Hielscher Ultrasonics
Meil on hea meel teie protsessi arutada.
Helistage meile: +49 3328 437-420
Saatke meile kiri: info@hielscher.com

Ultraheli kavitatsioon vedelikes

Suure intensiivsusega ultraheli ultraheli lained tekitavad vedelikes akustilist kavitatsiooni. Kavitatsioon põhjustab kohapeal äärmuslikke efekte, näiteks vedelikujoad kuni 1000 km / h, rõhk kuni 2000 atm ja temperatuur kuni 5000 kelvinit. Neid ultraheli genereeritud jõude kasutatakse paljudes vedeliku töötlemise rakendustes, nagu homogeniseerimine, hajutamine, emulgeerimine, ekstraheerimine, rakkude katkemine ja keemiliste reaktsioonide intensiivistamine.

Ultraheli kavitatsiooni tööpõhimõte

Suure intensiivsusega vedelike ultraheliga töötlemisel põhjustavad vedelasse keskkonda levivad helilained vahelduvaid kõrgsurve (kokkusurumine) ja madala rõhuga (haruldane) tsükleid, mille kiirused sõltuvad sagedusest. Madala rõhu tsükli ajal tekitavad suure intensiivsusega ultraheli lained vedelikus väikesed vaakummullid või tühimikud. Kui mullid saavutavad mahu, mille juures nad ei suuda enam energiat absorbeerida, varisevad nad kõrgsurvetsükli ajal ägedalt kokku. Seda nähtust nimetatakse kavitatsiooniks. Implosiooni ajal saavutatakse kohapeal väga kõrged temperatuurid (umbes 5,000K) ja rõhud (umbes 2,000atm). Kavitatsioonimulli implosioon põhjustab ka vedelikujoad kiirusega kuni 280 m / s.

Teabe nõudmine




Pange tähele meie Privaatsuspoliitika.




Ultraheli sondid kasutavad akustilise kavitatsiooni jõude, et tagada intensiivne segamine ja homogeniseerimine. Ultraheli homogneiseerijaid kasutatakse laialdaselt tõhusaks segamiseks, hajutamiseks, emulgeerimiseks, ekstraheerimiseks, degaseerimiseks ja sonokheemiaks.

Sondi tüüpi ultrasonikaatorid nagu UP400St Kasutage akustilise kavitatsiooni tööpõhimõtet.

Akustiline või ultraheli kavitatsioon: mullide kasv ja implosioon

Akustiline kavitatsioon (genereeritud võimsuse ultraheli abil) loob lokaalselt äärmuslikud tingimused, nn sonomehaanilised ja sonokeemilised efektid. Nende mõjude tõttu soodustab ultrahelitöötlus keemilisi reaktsioone, mis põhjustavad suuremat saagikust, kiiremat reaktsioonikiirust, uusi radu ja paremat üldist efektiivsust.

 
 
 

See video näitab Hielscheri ultrasonikaatorit UP400S (400W), mis tekitab vees akustilist kavitatsiooni.

Ultraheli kavitatsioon vees, kasutades UP400S

Video pisipilt

 

Akustilist kavitatsiooni kasutavate ultrasonikaatorite peamised rakendused

Sondi tüüpi ultrasonikaatorid, tuntud ka kui ultraheli sondid, tekitavad tõhusalt vedelikes intensiivset akustilist kavitatsiooni. Seetõttu kasutatakse neid laialdaselt erinevates rakendustes erinevates tööstusharudes. Mõned sondi tüüpi ultrasonikaatorite tekitatud akustilise kavitatsiooni kõige olulisemad rakendused hõlmavad järgmist:
 

Võimas ultraheli kavitatsioon Hielscher Cascatrode'is

Võimas ultraheli kavitatsioon Hielscheri ultraheli kaskatroodis

  1. Homogeniseerimine: Ultraheli sondid võivad tekitada intensiivset kavitatsiooni, mida iseloomustab energiatihe vibratsiooniväli ja nihkejõud. Need jõud tagavad suurepärase segamise, segamise ja osakeste suuruse vähendamise. Ultraheli homogeniseerimine toodab ühtlaselt segatud suspensioone. Seetõttu kasutatakse ultrahelitöötlust homogeense kolloidse suspensiooni tootmiseks kitsaste jaotuskõveratega.
  2. Nanoosakeste dispersioon: Nanoosakeste hajutamiseks, deagglomeratsiooniks ja märgjahvatamiseks kasutatakse ultrasonikaatoreid. Madala sagedusega ultraheli lained võivad tekitada mõjusat kavitatsiooni, mis lagundab aglomeraate ja vähendab osakeste suurust. Eelkõige kiirendab vedelikujoade kõrge nihe vedelikus olevaid osakesi, mis põrkuvad üksteisega (osakestevaheline kokkupõrge), nii et osakesed purunevad ja erodeeruvad. Selle tulemuseks on settimist takistavate osakeste ühtlane ja stabiilne jaotumine. See on ülioluline erinevates valdkondades, sealhulgas nanotehnoloogias, materjaliteaduses ja farmaatsiatoodetes.
  3. Emulgeerimine ja segamine: Sondi tüüpi ultrasonikaatoreid kasutatakse emulsioonide loomiseks ja vedelike segamiseks. Ultraheli energia põhjustab kavitatsiooni, mikroskoopiliste mullide moodustumist ja kokkuvarisemist, mis tekitab intensiivseid kohalikke nihkejõude. See protsess aitab emulgeerida segunematuid vedelikke, tekitades stabiilseid ja peenelt dispergeeritud emulsioone.
  4. Kaevandamine: Kavitatsiooniliste nihkejõudude tõttu on ultrasonikaatorid väga tõhusad rakustruktuuride häirimisel ja massiülekande parandamisel tahke ja vedela vahel. Seetõttu kasutatakse ultraheli ekstraheerimist laialdaselt rakusisese materjali, näiteks bioaktiivsete ühendite vabastamiseks kvaliteetsete botaaniliste ekstraktide tootmiseks.
  5. Degaseerimine ja õhutamine: Sondi tüüpi ultrasonikaatoreid kasutatakse gaasimullide või lahustunud gaaside eemaldamiseks vedelikest. Ultraheli kavitatsiooni rakendamine soodustab gaasimullide koalestsentsi nii, et need kasvavad ja ujuvad vedeliku ülaosale. Ultraheli kavitatsioon muudab degaseerimise kiireks ja tõhusaks protseduuriks. See on väärtuslik erinevates tööstusharudes, näiteks värvides, hüdraulilistes vedelikes või toiduainete ja jookide töötlemisel, kus gaaside olemasolu võib negatiivselt mõjutada toote kvaliteeti ja stabiilsust.
  6. Sonokatalüüs: Ultraheli sonde saab kasutada sonokatalüüsiks- protsess, mis ühendab akustilise kavitatsiooni katalüsaatoritega keemiliste reaktsioonide suurendamiseks. Ultraheli lainete tekitatud kavitatsioon parandab massiülekannet, suurendab reaktsioonikiirust ja soodustab vabade radikaalide tootmist, mis viib tõhusamate ja selektiivsemate keemiliste transformatsioonideni.
  7. Proovi ettevalmistamine: Sondi tüüpi ultrasonikaatoreid kasutatakse tavaliselt proovide ettevalmistamise laborites. Neid kasutatakse bioloogiliste proovide, näiteks rakkude, kudede ja viiruste homogeniseerimiseks, eraldamiseks ja ekstraheerimiseks. Sondi tekitatud ultraheli energia häirib rakumembraane, vabastades raku sisu ja hõlbustades edasist analüüsi.
  8. Lagunemine ja rakkude katkestamine: Sondi tüüpi ultrasonikaatoreid kasutatakse rakkude ja kudede lagunemiseks ja häirimiseks erinevatel eesmärkidel, näiteks rakusiseste komponentide ekstraheerimiseks, mikroobide inaktiveerimiseks või proovi ettevalmistamiseks analüüsiks. Suure intensiivsusega ultraheli lained ja seeläbi tekitatud kavitatsioon põhjustavad mehaanilist stressi ja nihkejõude, mille tulemuseks on rakustruktuuride lagunemine. Bioloogilistes uuringutes ja meditsiinilises diagnostikas kasutatakse rakkude lüüsimiseks sondi tüüpi ultrasonikaatoreid, avatud rakkude purustamise protsessi, et vabastada nende rakusisesed komponendid. Ultraheli energia häirib rakuseinu, membraane ja organelle, võimaldades valkude, DNA, RNA ja teiste rakuliste koostisosade ekstraheerimist.

 
Need on mõned sondi tüüpi ultrasonikaatorite peamised rakendused, kuid tehnoloogial on veelgi laiem valik muid kasutusviise, sealhulgas sonokeemia, osakeste suuruse vähendamine (märgjahvatamine), alt-üles osakeste süntees ja keemiliste ainete ja materjalide sono-süntees erinevates tööstusharudes, nagu farmaatsiatooted, toiduainete töötlemine, biotehnoloogia ja keskkonnateadused.

 

Ultraheli grafeeni koorimine vees

Kiire kaadrite jada (a-st f-ni), mis illustreerib grafiidihelveste sonomehaanilist koorimist vees kasutades UP200S, 200W ultrasonikaatorit 3 mm sonotrode'iga. Nooled näitavad osakeste jagamise kohta kavitatsioonimullidega, mis tungivad lõhenemisse.
© Tyurnina et al. 2020

Akustilist kavitatsiooni, nagu on näidatud siin Hielscheri ultrasonikaatoril UIP1500hdT, kasutatakse keemiliste reaktsioonide algatamiseks ja edendamiseks. Ultraheli kavitatsioon Hielscher UIP1500hdT (1500W) ultrasonikaatoril sonokeemiliste reaktsioonide jaoks.

Ultraheli kavitatsioon ultrasonikaatori UIP1000hdT (1000 vatti, 20kHz) kasatroodi sondis klaasreaktoris.

Video akustilisest kavitatsioonist vedelikus

Järgmine video näitab akustilist kavitatsiooni ultrasonikaatori UIP1000hdT kasatoodis veega täidetud klaaskolonnis. Klaaskolonni valgustatakse alt punase valgusega, et parandada kavitatsioonimullide visualiseerimist.

See video näitab ultraheli / akustilist kavitatsiooni vees, mille on tekitanud Hielscheri UIP1000. Ultraheli kavitatsiooni kasutatakse paljudes vedelates rakendustes, nagu homogeniseerimine, dispersioon, emulgeerimine, ekstraheerimine, degaseerimine ja sonokeemilised reaktsioonid.

Ultraheli kavitatsioon vedelikes, kasutades UIP1000

Video pisipilt

 

Võta meiega ühendust! / Küsi meilt!

Küsi lisainfot

Palun kasutage allolevat vormi, et taotleda lisateavet ultraheli protsessorite kohta akustilise kavitatsiooni genereerimiseks, rakendused ja hinnad. Meil on hea meel arutada teie protsessi teiega ja pakkuda teile teie vajadustele vastavat ultraheli kavitatsioonisüsteemi!









Pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.




Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:

Partii maht Voolukiirus Soovitatavad seadmed
1 kuni 500 ml 10 kuni 200 ml / min UP100H
10 kuni 2000 ml 20 kuni 400 ml / min UP200Ht, UP400St
0.1 kuni 20L 0.2 kuni 4L / min UIP2000hdT
10 kuni 100L 2 kuni 10L/min UIP4000hdT
mujal liigitamata 10 kuni 100 L / min UIP16000
mujal liigitamata Suurem klaster UIP16000
Ultraheli kõrge nihkega homogenisaatoreid kasutatakse laboris, pink-topis, piloot- ja tööstuslikus töötlemises.

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid rakenduste segamiseks, hajutamiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks laboris, piloot- ja tööstuslikus mastaabis.



Kirjandus / Viited


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates Lab kuni tööstuslik suurus.

Meil on hea meel teie protsessi arutada.

Let's get in contact.