Ultrasonics: rakendused ja protsessid
Ultraheli kasutamist kasutatakse paljudes rakendustes, nagu homogeniseerimine, lagunemine, sonokheemia, degaseerimine või puhastamine. Allpool leiate süstemaatilise ülevaate erinevate ultrahelirakenduste ja -protsesside kohta.
Palun klõpsake iga rakenduse kohta lisateabe saamiseks järgmises loendis olevaid üksusi.
Ultraheli homogeenimine
Ultraheli töötlejaid kasutatakse homogenisaatorina, et vähendada väikeste osakeste sisaldust vedelikus ühtluse ja stabiilsuse parandamiseks. Need osakesed (dispersne faas) võivad olla kas tahked ained või vedelikud. Ultraheli homogeniseerimine on väga tõhus pehmete ja kõvade osakeste vähendamiseks. Hielscher toodab ultraheli seadmeid mis tahes vedeliku mahu homogeenimiseks partii või inline töötlemiseks. Laboratoorseid ultraheli seadmeid saab kasutada mahutite jaoks alates 1,5 mL kuni umbes. 2L Ultraheli tööstuslikke seadmeid kasutatakse protsesside väljatöötamiseks ja tootmiseks partiide 0,5 kuni umbes 2000L või voolu kiirused 0,1L kuni 20m³ tunnis.
Kliki siia, et lugeda ultraheli homogeenimist!
Ultraheli pritsimiseks ja Deagglomeration
Tahkete ainete hajutamine ja deagglomereerimine vedelikeks on ultraheli seadmete oluline rakendus. Ultraheli kavitatsioon genereerib kõrge nihkejõudu, mis purustab osakeste aglomeraate üksikutesse hajutatud osakestesse. Pulbrite segamine vedelikeks on tavaline samm erinevate toodete valmistamisel, nagu näiteks värv, tint, šampooni, joogid või poleerimisvahendid. Üksikuid osakesi hoiavad kokku erineva füüsikalise ja keemilise iseloomuga atraktsioonjõud, sealhulgas van der Waalsi jõud ja vedel pindpinevus. Atraktsioonjõud tuleb ületada, et deaglomereerida ja osakesi vedelasse keskkonda hajutada. Vedelate pulbrite hajutamiseks ja deagglomerateks on kõrge intensiivsusega ultrasonikatsioon huvipakkuv alternatiiv kõrge rõhu homogenisaatoritele ja rootor-stator-segistitele.
Kliki siia, et lugeda ultraheli hajutamise ja deagglomeraadi kohta!
ultraheli emulgeeriv
Lai valik vahesaadusi ja tarbekaupu, nagu näiteks kosmeetika ja nahahooldusvahendid, farmatseutilised salvid, lakid, värvid ja määrdeained ning kütused põhinevad täielikult või osaliselt emulsioonidel. Emulsioonid on kahe või enama segunemisega vedeliku dispersioonid. Väga intensiivne ultraheli varustab vett, mis on vajalik vedela faasi (hajutatud faasi) hajutamiseks väikeste tilkade jaoks teises faasis (pidev faas). Dispergeeruvas tsoonis tekitavad kavitatsioonimullid implanteerivad ümbritsevas vedelikus intensiivseid šokinlaineid ja põhjustavad suure vedeliku kiiruse vedelate joa kujunemist. Sobivate energiatiheduse taseme korral võib ultraheli saavutada keskmise tilga suurused alla 1 mikroni (mikroemulsioon).
Kliki siia, et lugeda rohkem ultraheli emulgeerivast!
Ultraheli märg-freesimine ja lihvimine
Ultraheli kasutamine on tõhus vahend osakeste märg-freesimiseks ja mikro-lihvimiseks. Ultraheliuurusega pulbrite valmistamiseks on ultraheli puhul palju eeliseid, võrreldes tavaliste suuruse vähendamise seadmetega, näiteks: kolloidveskid (nt kuulmullid, rõngasveskid), ketasveskid või reaktiivveskid. Ultraheli kasutamine võimaldab töödelda kõrge kontsentratsiooniga ja kõrge viskoossusega vedelikke, vähendades seega töödeldava mahu hulka. Ultraheli freesimine sobib mikron-suuruste ja nano-suurus materjalid nagu keraamika, alumiiniumtrihüdraat, baariumsulfaat, kaltsiumkarbonaat ja metalloksiidid.
Kliki siia, et lugeda rohkem ultraheli märg mise ja mikro-lihvimine!
Ultrahelirakkude lagunemine
Ultraheliravi võib lõhustada kiuline, tselluloosmaterjal peeneid osakesi ja murda raku struktuuri seinu. See vabastab rohkem rakusisest materjali, näiteks tärklist või suhkrut vedelikku. Lisaks sellele lõigatakse rakuseina materjal väikesteks prahtkohtadeks.
Seda efekti saab kasutada orgaanilise aine fermenteerimiseks, lagundamiseks ja muudeks muundamisprotsessideks. Pärast jahvatamist ja lihvimist muudab ultrasonikumine enam rakusisest materjali, nt tärklist, samuti raku seina prahti, mis on saadaval ensüüme, mis muudavad tärklise suhkruks. Samuti suurendab see veeldamise või sahharitsemise ajal ensüümidele pindala. See suurendab tavaliselt pärmi kääritamise ja teiste muundamisprotsesside kiirust ja saagist, nt etanooli tootmiseks biomassist.
Klõpsake siin, et lugeda rohkem rakukonstruktsioonide ultraheli lagunemist!
Ultraheli rakkude eraldamine
Rakkudes ja rakuvälises osakeses säilitatavate ensüümide ja valkude ekstraheerimine on kõrge intensiivsusega ultraheli efektiivne rakendamine, kuna taimede kehas ja seemnete lahuses sisalduvate orgaaniliste ühendite ekstraheerimist saab märkimisväärselt parandada. Ultraheli potentsiaalne kasu on uudsete potentsiaalselt bioaktiivsete komponentide eraldamisel ja eraldamisel, näiteks praegustes protsessides moodustunud mittekasutatavate kõrvalsaaduste voogude puhul.
Kliki siia, et saada lisateavet ultrahelirakkude eemaldamise kohta!
Ultraheli Sonochemical Application
Sonokheemia on ultraheli kasutamine keemiliste reaktsioonide ja protsesside jaoks. Sokokeemiliste toimete põhjustatav mehhanism vedelikes on akustiliste kavitatsioonide nähtus. Keemiliste reaktsioonide ja protsesside sonokheemilised mõjud hõlmavad reaktsiooni kiiruse ja / või väljundi suurenemist, efektiivsemat energiakasutust, faasiülekande katalüsaatorite jõudlust, metallide ja tahkiste aktiveerimist või reagentide või katalüsaatorite reaktiivsuse suurenemine.
Kliki siia, et lugeda ultraheli sonocheemilistest mõjudest!
Õli ultraheli ümberesterifitseerimine biodiislikütusesse
Ultraheli suurendab taimeõlide ja loomsete rasvade ümberesterdamise keemilist reaktsiooni kiirust ja saagist biodiislikütusesse. See võimaldab muuta tootmist partii töötlemisest pideva voolu töötlemiseks ja vähendab investeerimis- ja tegevuskulusid. Biodiisli tootmine taimeõlist või loomsetest rasvadest hõlmab rasvhapete baaskatalüüsitud ümberesterdamist metanooli või etanooliga, saamaks vastavaid metüülestreid või etüülestreid. Ultrasonication võib saavutada biodiisli saagise üle 99%. Ultraheli vähendab oluliselt töötlemisaega ja eraldamisaega.
Klõpsake siin, et lugeda rohkem biodiislit sisaldava õli ultraheli abil ümberesterdamise kohta!
Vedelike ultraheli degaseerimine
Vedade degaseerimine on ultraheli seadmete huvitav rakendus. Sellisel juhul eemaldab ultraheli vedeliku väikesed tõrjutud gaasimullid ja vähendab lahustunud gaasi taset allapoole looduslikku tasakaalu.
Klõpsake siin, et lugeda rohkem vedelike ultraheli degaseerumisest!
Lekke tuvastamise pudelite ja kastmete puhastamine
Ultraheli kasutatakse villimiseks ja villimiseks, et kontrollida purgide ja pudelite lekkeid. Süsinikdioksiidi hetkjaotus on gaseeritud jookidega täidetud konteinerite ultraheli lekkekontrolli otsustav mõju.
Lisateabe saamiseks ultraheli lekke avastamise kohta klõpsake siin!
Kuumaveesüsteemide pidev desinfitseerimine
Võidelda ohtlike Legionella bakteritega kuuma veesüsteemides ja kindlustada turvalisem muljumisruum Gruenbecki ettevõte on välja töötanud GENO-break® süsteemi. See süsteem kasutab Hielscheri ultraheli tehnoloogiat koos UV-C valgusega.
Lisateabe saamiseks ultraheli-disinfitseerimise kohta klõpsake siin!
Ultraheli juhe, kaablite ja ribade puhastamine
Ultraheli puhastamine on keskkonnasõbralik alternatiiv pidevate materjalide puhastamiseks, nagu traat ja kaabel, lindid või torud. Ultraheli võimsusest tingitud kavitatsiooni mõju kõrvaldab määrdejäägid nagu õli või rasv, seebid, stearaadid või tolm.
Lisateavet ultraheli puhastamise kohta klõpsake siin!
Üldine teave ultraheli töötlemise kohta
Viimase kümne aasta jooksul on ultraheli arenenud tärkava tehnoloogiaga ja on kujunenud täielikuks kommertstöötluseks. Suur töökindlus ja ulatuslikkus, samuti madalad hoolduskulud ja kõrge energiatõhusus teha ultraheli paljulubav kandidaat kindlaksmääratud vedeliku töötlemise seadmete jaoks. Ultrahelbed pakuvad veelgi põnevaid võimalusi: Kavitatsioon - ultrahelil põhinev põhiline efekt - võimaldab uusi tulemusi bioloogilistes, keemilistes ja füüsikalistes protsessides.
Ehkki madala intensiivsuse või kõrgsagedusliku ultraheli kasutatakse peamiselt analüüsimiseks, mittepurustavateks katseteks ja pildistamiseks, kasutatakse kõrg intensiivsusega ultraheli vedelike nagu Segamine, emulgeerivad, hajutamine ja Deagglomeration, raku lagunemise of ensüümi deaktiveerimine. Suurte intensiivsusega vedelike ultraheliga töötamisel põhjustavad vedelasse kandjasse levivad helilained vahelduvat kõrgsurve (kokkusurumise) ja madala rõhu (rarefaction) tsükleid, mille sagedus sõltub sagedusest. Madala rõhu tsükli ajal tekitavad kõrge intensiivsusega ultraheli lained vedelikus väikeseid vaakummulle või tühimikke. Kui mullid saavutavad mahu, kus nad ei suuda enam energiat neelavad, kukuvad nad kõrgsurvetsükli ajal ägedalt kokku. Seda nähtust nimetatakse kavitatsiooniks. Ajal implosion väga kõrgetemperatuurne (umbes 5000K) ja surve (umbes 2000atm) on saavutatud kohapeal. Kavitatsioonimulli implosioon põhjustab ka kuni 280 m/s kiirusega vedelaid joad.
Üldiselt võib põhjustada vedelike kavitatsioon kiire ja täielik degaseerimine: algatada erinevaid keemilisi reaktsioone tekitades vabu keemilisi ioone (radikaale); Kiirendada keemilisi reaktsioone hõlbustades reagentide segamist; suurendavad ajutiselt polümerisatsiooni ja depolümerisatsiooni reaktsioone dispergeerivad agregaadid või püsivalt purustades keemilisi sidemeid polümeersetes ahelates; suurendada emulgeerimist määrad; difusioonimäärade parandamine; toota väga kontsentreeritud emulsioone või ühtlane dispersioon mikron-suurusest või nano-suurusega materjalid; aidata selliste ainete nagu loomsete, taimede, pärmide või bakterirakkude ensüümide eraldamine; eemaldada viirused nakatunud kudedest; ja lõpuks kahjustavad ja lagunevad vastuvõtlikud osakesed, sealhulgas mikroorganismid. (Kuldiloke 2002)
Suure intensiivsusega ultraheli tekitab madala viskoossusega vedelike vägivaldset segamist, mida saab kasutada hajuma. (Ensminger, 1988) Vedeliku / tahkise või gaasi / tahke liideses võib kavitatsioonimullide asümmeetriline implosioon põhjustada ekstreemseid turbulentseid muutusi, mis vähendavad difusioonipiiri kihti, suurendavad konvektsioonimassiülekannet ja oluliselt kiirendavad difusiooni süsteemides, kus tavaline segamine pole võimalik. (Nyborg, 1965)
Kirjandus
Ensminger, DE (1988): Akustilised ja elektroakustilised veetustamise ja kuivatamise meetodid: Kuivatamine Tech. 6, 473 (1988).
Kuldiloke, J. (2002): Ultraheli-, temperatuuri- ja surveseadmete mõju ensüümide aktiivsusele puu- ja köögiviljamahlade kvaliteediindikaatorid; Ph.D. Distsiplineerimine Technische Universität Berliinis (2002).
Nyborg, WL (1965): Akustiline voog, kd. 2B, Academic Press, New York (1965).