Ultrasonic kavitaatio nesteissä

Korkean intensiteetin ultraäänen ultraääniaallot tuottavat akustista kavitaatiota nesteissä. Kavitaatio aiheuttaa äärimmäisiä vaikutuksia paikallisesti, kuten nestesuihkut jopa 1000 km / h, paineet jopa 2000 atm ja lämpötilat jopa 5000 Kelvin. Näitä ultraäänellä tuotettuja voimia käytetään lukuisiin nestemäisiin käsittelysovelluksiin, kuten homogenointiin, dispergointiin, emulgointiin, uuttamiseen, solujen häiriöihin sekä kemiallisten reaktioiden tehostamiseen.

Ultraäänikavitaation toimintaperiaate

Kun nesteitä sonikoidaan suurilla voimakkuuksilla, nestemäiseen väliaineeseen etenevät ääni-aallot johtavat vuorotellen korkeapaine- (puristus-) ja matalapaineisia (harvinainen) syklejä, 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.

Informaatio pyyntö




Huomaa, että Tietosuojakäytäntö.


Ultraäänianturit käyttävät akustisen kavitaation voimia intensiivisen sekoittamisen ja homogenoinnin aikaansaamiseksi. Ultraäänihomogneisaattoreita käytetään laajalti tehokkaaseen sekoittamiseen, dispergointiin, emulgointiin, uuttamiseen, kaasunpoistoon ja sonokemiaan.

Koetintyyppiset ultraäänilaitteet, kuten UP400St Käytä akustisen kavitaation toimintaperiaatetta.

Akustinen tai ultraääni kavitaatio: kuplin kasvu ja luhistuminen

Akustinen kavitaatio (tehon ultraäänen tuottama) luo paikallisesti äärimmäisiä olosuhteita, niin sanottuja sonomekaanisia ja sonokemiallisia vaikutuksia. Näiden vaikutusten vuoksi sonikaatio edistää kemiallisia reaktioita, jotka johtavat suurempiin saantoihin, nopeampaan reaktionopeuteen, uusiin reitteihin ja parempaan kokonaistehokkuuteen.

 
 
 

Tämä video näyttää Hielscher ultrasonicator UP400S (400W) tuottaa akustinen kavitaatio vedessä.

Ultraääni kavitaatio vedessä up400S

Videon pikkukuva

 

Ultrasonicatorsin tärkeimmät sovellukset, joissa käytetään akustista kavitaatiota

Koetintyyppiset ultraäänilaitteet, jotka tunnetaan myös nimellä ultraäänianturit, tuottavat tehokkaasti voimakasta akustista kavitaatiota nesteissä. Siksi niitä käytetään laajalti erilaisissa sovelluksissa eri toimialoilla. Jotkut tärkeimmistä koetintyyppisten ultraäänilaitteiden tuottamista akustisen kavitaation sovelluksista ovat:
 

Tehokas Ultrasonic Kavitaatio Hielscher cascatrode

Tehokas ultraäänikavitaatio Hielscherin ultraäänikascatrodessa

  1. Homogenisointi: Ultraäänianturit voivat tuottaa voimakasta kavitaatiota, jota luonnehditaan energiatiheäksi värähtely- ja leikkausvoimien kentäksi. Nämä voimat tarjoavat erinomaisen sekoittamisen, sekoittamisen ja hiukkaskoon pienentämisen. Ultraäänihomogenisointi tuottaa tasaisesti sekoitettuja suspensioita. Siksi sonikaatiota käytetään homogeenisen kolloidisen suspension tuottamiseen kapeilla jakelukäyrillä.
  2. Nanohiukkasten dispersio: Ultrasonicatoreita käytetään nanohiukkasten dispersioon, deagglomeraatioon ja märkäjyrsintään. Matalataajuiset ultraääniaallot voivat tuottaa vaikuttavaa kavitaatiota, joka hajottaa agglomeraatit ja vähentää hiukkaskokoa. Erityisesti nestesuihkujen suuri leikkaus kiihdyttää nesteen hiukkasia, jotka törmäävät toisiinsa (hiukkasten välinen törmäys) siten, että hiukkaset rikkoutuvat ja kuluvat. Tämä johtaa hiukkasten tasaiseen ja vakaaseen jakautumiseen, mikä estää sedimentaation. Tämä on ratkaisevan tärkeää eri aloilla, mukaan lukien nanoteknologia, materiaalitiede ja lääkkeet.
  3. Emulgointi ja sekoittaminen: Koetintyyppisiä ultraäänilaitteita käytetään emulsioiden luomiseen ja nesteiden sekoittamiseen. Ultraäänienergia aiheuttaa kavitaatiota, mikroskooppisten kuplien muodostumista ja romahtamista, mikä tuottaa voimakkaita paikallisia leikkausvoimia. Tämä prosessi auttaa emulgoimaan sekoittumattomia nesteitä ja tuottamaan stabiileja ja hienojakoisia emulsioita.
  4. Uuttaminen: Kavitaatioleikkausvoimien vuoksi ultraäänilaitteet ovat erittäin tehokkaita häiritsemään solurakenteita ja parantamaan massansiirtoa kiinteän ja nesteen välillä. Siksi ultraääniuuttoa käytetään laajalti solunsisäisen materiaalin, kuten bioaktiivisten yhdisteiden, vapauttamiseen korkealaatuisten kasvitieteellisten uutteiden tuottamiseksi.
  5. Kaasunpoisto ja ilmanpoisto: Koetintyyppisiä ultraäänilaitteita käytetään kaasukuplien tai liuenneiden kaasujen poistamiseen nesteistä. Ultraäänikavitaation käyttö edistää kaasukuplien yhteensulautumista niin, että ne kasvavat ja kelluvat nesteen yläosaan. Ultraäänikavitaatio tekee kaasunpoistosta nopean ja tehokkaan menettelyn. Tämä on arvokasta eri teollisuudenaloilla, kuten maaleissa, hydrauliikkanesteissä tai elintarvikkeiden ja juomien käsittelyssä, joissa kaasujen läsnäolo voi vaikuttaa negatiivisesti tuotteen laatuun ja vakauteen.
  6. Sonokatalyysi: Ultraääniantureita voidaan käyttää sonokatalyysiin, prosessiin, joka yhdistää akustisen kavitaation katalyytteihin kemiallisten reaktioiden parantamiseksi. Ultraääniaaltojen tuottama kavitaatio parantaa massansiirtoa, lisää reaktionopeuksia ja edistää vapaiden radikaalien tuotantoa, mikä johtaa tehokkaampiin ja selektiivisempiin kemiallisiin muutoksiin.
  7. Näytteen valmistelu: Koetintyyppisiä ultraäänilaitteita käytetään yleisesti laboratorioissa näytteen valmistukseen. Niitä käytetään biologisten näytteiden, kuten solujen, kudosten ja virusten, homogenointiin, hajottamiseen ja uuttamiseen. Koettimen tuottama ultraäänienergia häiritsee solukalvoja, vapauttaa solujen sisällön ja helpottaa lisäanalyysiä.
  8. Hajoaminen ja solujen hajoaminen: Koetintyyppisiä ultraäänilaitteita käytetään solujen ja kudosten hajottamiseen ja häiritsemiseen eri tarkoituksiin, kuten solunsisäisten komponenttien uuttamiseen, mikrobien inaktivointiin tai näytteen valmisteluun analysointia varten. Korkean intensiteetin ultraääniaallot ja siten syntynyt kavitaatio aiheuttavat mekaanista rasitusta ja leikkausvoimia, mikä johtaa solurakenteiden hajoamiseen. Biologisessa tutkimuksessa ja lääketieteellisessä diagnostiikassa anturityyppisiä ultraäänilaitteita käytetään solulyysiin, solujen avoimien hajottamisprosessiin niiden solunsisäisten komponenttien vapauttamiseksi. Ultraäänienergia häiritsee soluseinämiä, kalvoja ja organelleja, mikä mahdollistaa proteiinien, DNA: n, RNA: n ja muiden solujen ainesosien uuttamisen.

 
Nämä ovat joitain koetintyyppisten ultraäänilaitteiden keskeisiä sovelluksia, mutta tekniikalla on vielä laajempi valikoima muita käyttötarkoituksia, mukaan lukien sonokemia, hiukkaskoon pienentäminen (märkäjyrsintä), alhaalta ylöspäin suuntautuva hiukkassynteesi ja kemiallisten aineiden ja materiaalien sonosynteesi eri teollisuudenaloilla, kuten lääkkeissä, elintarvikkeiden jalostuksessa, biotekniikassa ja ympäristötieteissä.

 

Ultraäänigrafeenin kuorinta vedessä

Nopea kehyssarja (a:sta f:ään), joka kuvaa grafiittihiutaleen sonomekaanista kuorintaa vedessä käyttämällä UP200S: ää, 200 W: n ultraäänilaitetta, jossa on 3 mm: n sonotrode. Nuolet osoittavat hiukkasten halkaisupaikan, jossa kavitaatiokuplat tunkeutuvat jakoon.
© Tyurnina et al. 2020

Akustista kavitaatiota, kuten tässä on esitetty Hielscher-ultraäänilaitteessa UIP1500hdT, käytetään kemiallisten reaktioiden aloittamiseen ja edistämiseen. Ultraäänikavitaatio Hielscher UIP1500hdT (1500W) ultraäänilaitteessa sonokemiallisia reaktioita varten.

Ultraäänikavitaatio ultraäänilaitteen UIP1000hdT (1000 wattia, 20 kHz) cascatrode-anturissa lasireaktorissa.

Video akustisesta kavitaatiosta nesteessä

Seuraava video osoittaa akustisen kavitaation ultraäänilaitteen UIP1000hdT kaskatrodissa vedellä täytetyssä lasipylväässä. Lasipylväs valaistaan alhaalta punaisella valolla kavitaatiokuplien visualisoinnin parantamiseksi.

Tämä video näyttää Hielscher UIP1000: n tuottaman ultraääni- / akustisen kavitaation vedessä. Ultraäänikavitaatiota käytetään moniin nestemäisiin sovelluksiin, kuten homogenisointiin, dispersioon, emulgointiin, uuttamiseen, kaasunpoistoon ja sonokemiallisiin reaktioihin.

Ultraääni kavitaatio nesteitä käyttäen UIP1000

Videon pikkukuva

 

Ota meihin yhteyttä! / Kysy meiltä!

Kysy lisä tietoja

Käytä alla olevaa lomaketta pyytääksesi lisätietoja ultraääniprosessoreista akustisen kavitaation tuottamiseksi, sovelluksista ja hinnoista. Keskustelemme mielellämme prosessistasi kanssasi ja tarjoamme sinulle ultraäänikavitaatiojärjestelmän, joka täyttää vaatimuksesi!









Huomaathan, että Tietosuojakäytäntö.


Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

erätilavuus Virtausnopeus Suositeltavat laitteet
1 - 500 ml 10 - 200 ml / min UP100H
10 - 2000 ml 20 - 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 - 20L 0.2 - 4 l / min UIP2000hdT
10 - 100 litraa 2 - 10 l / min UIP4000hdT
n.a 10 - 100 l / min UIP16000
n.a suuremmat klusterin UIP16000
Ultraääni korkea leikkaus homogenisaattoreita käytetään laboratorio-, penkki-top, pilotti ja teollinen käsittely.

Hielscher Ultrasonics valmistaa korkean suorituskyvyn ultraäänihomygenisoijia sovellusten sekoittamiseen, dispersiointiin, emulgointiin ja uuttamiseen laboratoriossa, pilotissa ja teollisessa mittakaavassa.



Kirjallisuus / Referenssit


Korkean suorituskyvyn ultraäänet! Hielscherin tuotevalikoima kattaa koko spektrin kompaktista laboratorion ultraäänilaitteesta penkki-top-yksiköiden yli täysteollinen ultraäänijärjestelmä.

Hielscher Ultrasonics valmistaa korkealaatuisia ultraäänihomygenisoijia laboratorio että teollisen koon mukaan.


Keskustelemme mielellämme prosessistanne.

Otetaan yhteyttä.