Hielscher Ultra ääni tekniikka

Probe-Type Sonication vs. Ultrasonic Bath: Tehokkuuden vertailu

Sonikaatioprosessit voidaan suorittaa käyttämällä koettimen tyyppistä ultraäänihomogenisaattoria tai ultraäänihaua. Vaikka molemmat tekniikat käyttävät ultraääntä näytteeseen, tehokkuus, tehokkuus ja prosessiominaisuudet ovat huomattavia eroja.

Halutut vaikutukset nesteiden ultraäänikäsittelystä – mukaan lukien homogenointi, hajotus, deagglomeraatio, jyrsintä, emulgointi, poisto, hajottaminen, hajoaminen ja sonokemialliset vaikutukset - aiheutuvat kavitaatio. Kun suuritehoinen ultraääni syötetään nestemäiseen väliaineeseen, ääniaaltoja lähetetään nesteessä ja muodostetaan vaihtelevat korkeapaine- (puristus-) ja matalapaineiset (harvinainen) syklit, joiden nopeudet riippuvat taajuudesta. Alhaisen paineen syklin aikana suuritehoiset ultraääni-aallot muodostavat pienet tyhjökuplat tai tyhjiöt nesteeseen. Kun kuplat saavuttavat tilavuuden, jossa ne eivät enää pysty absorboimaan energiaa, ne kutistuvat voimakkaasti korkeapaineisen syklin aikana. Tätä ilmiötä kutsutaan kavitaatioksi. Implosion aikana saavutetaan hyvin korkeita lämpötiloja (n. 5000 K) ja paineita (noin 2 000 m) paikallisesti. Kavitaatiokuplan implosio johtaa myös nestemäisiin suihkukoneisiin, joiden nopeus on jopa 280 m / s. [Suslick 1998]

Kavitaatiokuplia voidaan erottaa stabiileissa ja ohimeneviin kupliin. (Klikkaa suurentaaksesi!)

Moholkar et ai. (2000) havaitsivat, että korkeimman kavitaation intensiteetin alueella olevat kuplat menivät ohimeneviin liikkeisiin, kun taas pienimmän kavitaation intensiteetin alueella olevat kuplat olivat vakaita / värähtelevää liikkeitä. Kuplien tilapäinen romahdus, joka aiheuttaa paikallisen lämpötilan ja paineen maksimiä, on ultrasuurien havaittujen vaikutusten juuressa kemiallisissa järjestelmissä.
Ultraäänienergian voimakkuus on energian sisääntulon ja sonotrode-pinta-alan funktio. Tietyn energiansyötön osalta: mitä suurempi sonotrode-pinta-ala on, sitä pienempi on ultraääniintensiteetti.
Ultrasound-aaltoja voidaan tuottaa erilaisilla ultraäänijärjestelmillä. Seuraavassa verrataan ultraäänikuoreen, ultraäänikytkentälaitteen ja avoimessa astian ultraäänikokeessa käytettävän sonikaation välisiä eroja ja virransyöttökammiota.

Kavitaation hot spot -jakauman vertailu

Ultraääni kylpyamme

Ultraäänikylvyssä kavitaatio tapahtuu epätasapainoisesti ja hallitsemattomasti jakautuu säiliön läpi. Sonication vaikutus on matala intensiteetti ja epätasaisesti levitä. Prosessin toistettavuus ja skaalautuvuus ovat erittäin huonot.
Alla olevassa kuvassa esitetään ultraäänisäiliön foliotestien tulokset. Siksi ohut alumiini- tai tinikalvo sijoitetaan veden täytetyn ultraäänisäiliön pohjaan. Sonication jälkeen yksittäiset eroosion merkit näkyvät. Nämä yksittäiset rei'itetyt läiskät ja reiät kalvolla osoittavat kaviteettisia kuumia pisteitä. Vuoksi matala energia ja epätasainen ultraäänen jakautuminen säiliöön, eroosiomerkit esiintyvät vain tarkasti. Tällöin ultraäänikylpyjä käytetään enimmäkseen sovellusten puhdistamiseen.

In an ultrasonic bath or tank, the ultrasonic "hot spots" esiintyy hyvin epätasaisesti. (Klikkaa suurentaaksesi!)
Alla olevat kuviot osoittavat, että onteloisten kuumien pisteiden epätasainen jakautuminen ultraäänikylvyssä. Kuviossa 2 on kylpy, jonka pohjapinta-ala on 20×10 cm on käytetty.
Epätasainen kavitaatio ultrasuunissa (Klikkaa nähdäksesi suurempana!)

Kuviossa 3 esitetyistä mittauksista on käytetty ultrasuihkua, jonka pohjatila on 12 x 10 cm.
Kuviossa näkyy ultrasonic-kuumakohdat epäsäännöllinen spatiaalinen jakautuminen. (Klikkaa suurentaaksesi!)
Molemmat mittaukset osoittavat, että ultraääni säteilytyskenttä jakautuu ultraäänisäiliöissä hyvin epätasaisesti.
Ultraäänitutkimuksen tutkimus kylvyssä eri paikoissa osoittaa merkittäviä spatiaalisia vaihteluita kavitaation intensiteetissä ultraäänikylvyssä.

Alla olevassa kuvassa 4 verrataan ultraäänikylvyn ja ultraäänitunnistimen tehokkuutta, mikä on esimerkkinä atso- väriaineen Methyl Violetin värjäytymisestä.
Parempi tehokkuus koettimella varustetulla sonikoinnilla (Click to enlarge!)
Dhanalakshmi et ai. todettiin tutkimuksessaan, että koetin-tyyppinen ultraääni laitteilla on korkea paikallistunut intensiteetti suhteessa säiliötyyppiin ja siten suuremman lokalisoidun vaikutuksen, kuten kuviossa 4 on esitetty. Tämä tarkoittaa sonikaatioprosessin voimakkuutta ja tehokkuutta.
Kuviossa 4 esitetyn ultronaaliasetuksen avulla voidaan valvoa kaikkein tärkeimpiä parametrejä - amplitudi, paine, lämpötila, viskositeetti, pitoisuus, reaktorin tilavuus.

PROBE-tyyppinen sonikaatio on erittäin tehokas ja tehokas CVS sonikaattoriksi Bath

Probe-tyyppinen sonikointi Uf200 ः t

Ota yhteyttä / kysy lisätietoja

Kerro meille käsittelyn vaatimuksista. Suosittelemme projektin sopivia asennus- ja käsittelyparametreja.





Huomaathan, että Tietosuojakäytäntö.


Ultrasonic processing: Cavitational "hot spot"

Kuva 1: Ultrasonic sonotrode lähettää ääni-aaltoja nesteeksi. Sumutuksen alle sonotrode pinnan osoittaa cavitational hot spot alueella.

Edut Probe-Sonication:

  • voimakas
  • keskittynyt
  • täysin hallittavissa
  • tasaisen jakelun
  • toistettavissa
  • lineaarinen asteikko
  • erä ja in-line

Ultrasonic Probe Device avoimessa dekantterilasiassa

Kun näytteitä ultrasuodatustyökalulla ultrasuodatinta ultraäänellä, voimakas sonikointivyöhyke on suoraan sonotrode / koettimen alle. Ultraäänivalonsäteilyetäisyys rajoittuu sonotrode-kärjen tietylle alueelle. (katso kuva 1)
Avointen keittimien ultraäänitekniikoita käytetään enimmäkseen toteutettavuustestaukseen ja pienempien tilavuuksien valmistukseen.

Ultrasonic-koetinlaite jatkuvatoimisessa tilassa

Kaikkein hienostuneimmat sonikaatiotulokset saavutetaan jatkuvalla käsittelyllä suljetussa läpivirtaustilassa. Kaikki materiaali käsitellään samalla ultraääniintensiteetillä kuin virtausreitti ja viipymäaika ultraäänireaktorikammiossa on säädetty.

Ultrasonic inline-käsittely virtaussolureaktorilla (Klikkaa suuremmaksi!)

Kuva. 4: 1kW ultraäänijärjestelmä Uip1000hd virtaussolulla ja pumpulla

Prosessitulokset ultrasonic-nestekäsittelystä tietyn parametrijärjestelyn osalta ovat energian funktio prosessoitua tilavuutta kohden. Toiminto muuttuu yksittäisten parametrien muutoksilla. Lisäksi ultraääniyksikön sonotrodin todellinen teho ja teho pinta-alan mukaan riippuvat parametreista.

Tärkeimmät ultraäänimittauksen parametrit ovat amplitudi (A), paine (p), reaktorin tilavuus (VR), lämpötila (T) ja viskositeetti (η).

Ultraäänikäsittelyn kavitaatiovaikutus riippuu pinta-intensiteetistä, jota kuvataan amplitudi (A), paine (p), reaktorin tilavuus (VR), lämpötila (T), viskositeetti (η) ja muut. Plus- ja miinusmerkit ilmaisevat erityisparametrin positiivisen tai negatiivisen vaikutuksen sonisointitehoon.

Ohjaamalla sonikaatioprosessin tärkein parametri prosessi on täysin toistettavissa ja saavutetut tulokset voidaan skaalata täysin lineaarisesti. Erilaiset sonotrodit ja ultraäänivirtasolureaktorit mahdollistavat mukautumisen tiettyihin prosessivaatimuksiin.

Yhteenveto

Vaikka a Ultraääni kylpyamme tarjoaa a heikko Sonication kanssa noin. 20-40 W / L ja hyvin epäyhtenäinen jakelu, ultraäänianturin tyyppi laitteet voivat helposti pari n. 20 000 W / L käsitellylle väliaineelle. Tämä tarkoittaa sitä, että ultraäänitutkityyppinen laite erittelee ultraäänipesua kertoimella 1000 (1000 x suurempi energian syöttö tilavuus) keskittynyt ja yhtenäinen ultraääni tehonsyöttö. Täysi hallinta tärkeimmistä sonikaatioparametreista takaa täysin toistettavissa tulokset ja lineaarinen skaalautuvuus prosessin tuloksista.

Tehokas sonikointi koettimen ultraäänilaitteella.

Kuva 3: Sonication avoimessa testiputkessa käyttäen ultraäänilaboratorio sonotrode / koettimella

Kirjallisuus / Viitteet

 

  • Dhanalakshmi, NP; Nagarajan, R. (2011): Metyyli-violetin kemiallisen hajoamisen ultraääni tehostettu: kokeellinen tutkimus. Julkaisija: Worlds Acsd. Sei. Enginee Tech 2011, osa 5, 537-542.
  • Kiani, H .; Zhang, Z. Delgado, A .; Sun, D.-W. (2011): Jotkut nestemäiset ja kiinteät malliset elintarvikkeet ultraäänisyntyvät nukleaatiota jäädyttämisen aikana. Julkaisussa: Food Res. Intl. 2011, Vol.44 / No.9, 2915-2921.
  • Moholkar, VS; Sable, SP; Pandit, AB (2000): Kavitaation voimakkuuden kartoitus ultraäänihauteessa käyttäen akustista päästöä. Julkaisu: AIChE J. 2000, Voi.46 / No.4, 684-694.
  • Nascentes, CC; Korn, M .; Sousa, CS; Arruda, MAZ (2001): Ultrasuunien käyttö analyyttisiin sovelluksiin: uusi lähestymistapa optimointiolosuhteisiin. Julkaisussa: J. Braz. Chem. Soc. 2001, Vol.12 / No.1, 57-63.
  • Santos, HM; Lodeiro, C., Capelo-Martinez, J.-L. (2009): Teho ultraäänen. Julkaisussa: Ultrasound in Chemistry: Analytical Application. (toim. J.-L. Capelo-Martinez). Wiley-VCH: Weinheim, 2009. 1-16.
  • Suslick, KS (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4. Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, voi. 26, 517 - 541.

 

Ota yhteyttä / kysy lisätietoja

Kerro meille käsittelyn vaatimuksista. Suosittelemme projektin sopivia asennus- ja käsittelyparametreja.





Huomaathan, että Tietosuojakäytäntö.




Tosiasiat, jotka kannattaa tietää

Ultraäänikudossovegeneraattoreita kutsutaan usein koettimen sonikaattoriksi, soniclyseriksi, ultraäänisekoittajaksi, ultraäänihiomakoneeksi, sare-ruptoriksi, sonifieriksi, sonic dismembratoriksi, soluseeriksi, ultraäänidispersoriksi tai dissolveriksi. Eri termit johtuvat erilaisista sovelluksista, jotka voidaan täyttää sonikaatiolla.