Ultrasons: Applications et processus
Ultrasons est utilisé dans de nombreuses applications, telles que homogénéisant, désintégration, sonochemistry, dégazage ou de nettoyage. Ci-dessous, vous trouverez un aperçu systématique sur les diverses applications et ultrasons.S'il vous plaît cliquer sur les éléments de la liste suivante pour plus d'informations sur chaque processus.
homogénéisation par ultrasons
Les processeurs à ultrasons sont utilisés comme homogénéisateurs, pour réduire les petites particules dans un liquide afin d'améliorer l'uniformité et la stabilité. Ces particules (phase dispersée) peuvent être solides ou liquides. L'homogénéisation par ultrasons est très efficace pour la réduction des particules molles et dures. Hielscher produit des dispositifs à ultrasons pour l'homogénéisation de tout volume de liquide pour le traitement par lots ou en ligne. Les appareils à ultrasons de laboratoire peuvent être utilisés pour des volumes allant de 1,5 ml à env. 2L. Les appareils industriels à ultrasons sont utilisés pour le développement de processus et la production de lots de 0,5 à environ 2000L ou de débits de 0,1L à 20m³ par heure.
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Dispersion et Désagglomération Ultrasonique
La dispersion et la désagglomération des solides dans les liquides est une application importante des dispositifs à ultrasons. La cavitation ultrasonique génère des forces de cisaillement élevées qui cassent les agglomérats de particules en particules dispersées simples. Le mélange de poudres dans des liquides est une étape courante dans la formulation de divers produits, tels que la peinture, Encre, shampoing, boissons, ou supports de polissage. Les particules individuelles sont maintenues ensemble par des forces d'attraction de différentes natures physique et chimique, y compris les forces de Van der Waals et la tension de surface du liquide. Les forces d'attraction doivent être surmontés pour désagréger et disperser les particules dans un milieu liquide. Pour la dispersion et la désagglomération de poudres dans les liquides, à haute ultrasonication d'intensité est une alternative intéressante à l'homogénéisateur haute pression et rotor-stator-mélangeurs.
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émulsifiant à ultrasons
Une large gamme de produits intermédiaires et de consommation, tels que Cosmétique et lotions pour la peau, onguents pharmaceutiques, les vernis, les peintures et les lubrifiants et les carburants sont basés en tout ou en partie d'émulsions. Emulsions sont des dispersions de deux ou plusieurs liquides non miscibles. ultrasons de haute intensité fournit l'énergie nécessaire pour disperser une phase liquide (phase dispersée) dans de petites gouttelettes dans une seconde phase (phase continue). Dans la zone de dispersion, implosion des bulles de cavitation provoquent des ondes de choc intenses dans le liquide environnant et conduisent à la formation de jets de liquide à haute vitesse de liquide. A des niveaux de densité d'énergie appropriées, les ultrasons peuvent ainsi atteindre une taille moyenne de gouttelettes inférieure à 1 micron (micro-émulsion).
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Ultrasons humide fraisage et rectification
Ultrasons, est un moyen efficace pour le broyage par voie humide et de micro-broyage de particules. En particulier pour la fabrication de suspensions superfine de taille, les ultrasons présente de nombreux avantages, par rapport à l'équipement de réduction de taille courante, par exemple: les broyeurs colloïdaux (par exemple des broyeurs à boulets, des broyeurs à billes), des broyeurs à disques ou des broyeurs à jet. Ultrasonication permet le traitement de haute concentration et de boues à haute viscosité - réduisant ainsi le volume à traiter. fraisage à ultrasons est adapté pour le traitement micronique et nano-taille des matériaux tels que les céramiques, l'alumine trihydratée, le sulfate de baryum, le carbonate de calcium et des oxydes métalliques.
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Cellule ultrasonique Disintegration
traitement par ultrasons peut se désintégrer matériau fibreux cellulosique en particules fines et de briser les parois de la structure cellulaire. Cela libère plus du matériau intra-cellulaire, tels que l'amidon ou de sucre dans le liquide. En plus de ce que le matériau de la paroi cellulaire est en cours cassé en petits débris.
Cet effet peut être utilisé pour la fermentation, la digestion et d'autres processus de conversion de la matière organique. Après le broyage et le broyage, ultrasonication fait plus du matériel intra-cellulaire par exemple l'amidon, ainsi que les débris de paroi cellulaire à la disposition des enzymes qui convertissent l'amidon en sucres. Il n'augmente également la surface exposée aux enzymes pendant la liquéfaction ou saccharification. Cela n'augmente généralement la vitesse et le rendement de fermentation de la levure et d'autres procédés de conversion, par exemple, pour stimuler la production d'éthanol à partir de biomasse.
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Extraction de cellules par ultrasons
L'extraction des enzymes et des protéines stockées dans des cellules et des particules subcellulaires est une application efficace des ultrasons de haute intensité, comme l'extraction de composés organiques contenus dans le corps des plantes et des graines par un solvant peut être améliorée de manière significative. Les ultrasons ont un avantage potentiel dans l'extraction et l'isolement de nouveaux composants potentiellement bioactifs, par exemple à partir de courants non-utilisés des sous-produits formés dans les procédés actuels.
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Sonochimique Application de Ultrasons
Sonochemistry est l'application des ultrasons à des réactions chimiques et des processus. Le mécanisme à l'origine des effets sonochimiques dans les liquides est le phénomène de cavitation acoustique. Les effets sonochimiques à des réactions chimiques et les procédés comprennent augmentation de la vitesse de réaction et / ou de sortie, la consommation d'énergie plus efficace, l'amélioration des performances des catalyseurs de transfert de phase, l'activation des métaux et des matières solides ou augmentation de la réactivité des réactifs ou des catalyseurs.
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Ultrasons Transestérification d'huile Biodiesel
Ultrasonication augmente la vitesse de réaction chimique et le rendement de la transestérification d'huiles végétales et de graisses animales en biodiesel. Cela permet de modifier la production de traitement par lots pour le traitement de flux continu et réduit les investissements et les coûts d'exploitation. La fabrication de biodiesel à partir d'huiles végétales ou de graisses animales, implique la transestérification catalysée par une base d'acides gras avec le méthanol ou l'éthanol pour donner les esters méthyliques correspondants ou les esters d'éthyle. Ultrasons peut obtenir un rendement de biodiesel supérieur à 99%. L'échographie permet de réduire le temps de traitement et le temps de séparation de manière significative.
Ultrasons Dégazage de liquides
Dégazage de liquides est une application intéressante de dispositifs à ultrasons. Dans ce cas, les ultrasons supprime les petites bulles de gaz en suspension dans le liquide et réduit le niveau de gaz dissous au-dessous du niveau d'équilibre naturel.
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Sonication des bouteilles et des boîtes de conserve pour la détection des fuites
L'échographie est utilisé dans l'embouteillage et machines de remplissage pour vérifier les boîtes et les bouteilles de fuites. La libération instantanée de dioxyde de carbone est l'effet déterminant des tests de fuite à ultrasons de conteneurs remplis de boissons gazeuses.
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La désinfection continue des systèmes d'eau chaude
Pour lutter contre les bactéries Legionella dangereuses dans les systèmes d'eau chaude et d'assurer un environnement plus sûr la douche société Gruenbeck a développé le système géno-BREAK®. Ce système utilise la technologie des ultrasons Hielscher en combinaison avec la lumière UV-C.
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Fil à ultrasons, câble et nettoyage bande
Le nettoyage par ultrasons est une alternative écologique pour le nettoyage des matériaux continus, tels que les fils et câbles, de bandes ou de tubes. L'effet de la cavitation produite par la puissance ultrasonique élimine les résidus de lubrification, comme l'huile ou de la graisse, des savons, des stéarates ou de la poussière.
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Informations générales sur le traitement par ultrasons
L'échographie a évolué à partir d'une technologie émergente, au cours des dix dernières années et a mis au point dans une technologie de traitement entièrement commerciale. Haute fiabilité et scaleablility ainsi que des coûts d'entretien et Haute efficacité énergétique faire une échographie de candidat prometteur pour l'équipement de traitement de liquides établie. L'échographie offre des possibilités intéressantes supplémentaires: - Cavitation l'effet de base à ultrasons - permet de nouveaux résultats dans les processus biologiques, chimiques et physiques.
Bien que de faible intensité ou un ultrason à haute fréquence est principalement utilisé pour l'analyse, le contrôle non destructif et de l'imagerie, les ultrasons de haute intensité est utilisée pour le traitement des liquides tels que mélange, Émulsion, Dispersion et désagglomération, désintégration cellulaire de désactivation enzymatique. Lorsque sonication des liquides à des intensités élevées, les ondes sonores qui se propagent dans le milieu liquide conduisent à haute pression alternée (compression) et basse pression (cycles de raréfaction), avec des taux en fonction de la fréquence. Au cours du cycle à basse pression, les ondes ultrasonores à haute intensité créent de petites bulles de vide ou des vides dans le liquide. Quand les bulles atteignent un volume auquel ils ne peuvent plus absorber l'énergie, ils s'effondrent violemment pendant un cycle haute pression. Ce phénomène est appelé cavitation. Au cours de l'implosion des températures très élevées (environ. 5,000 K) et les pressions (environ. 2,000atm) sont atteintes localement. L'implosion de la bulle de cavitation se traduit également par des jets de liquide allant jusqu'à 280 m / s vitesse.
En général, cavitation dans des liquides peut provoquer dégazage rapide et complète: initier diverses réactions chimiques par la production d'ions chimiques libres (radicaux); Accélérer les réactions chimiques en facilitant le mélange des réactifs; améliorer les réactions de polymérisation et de dépolymérisation par temporairement la dispersion des agrégats ou par rupture des liaisons chimiques de manière permanente dans les chaînes polymères; augmenter émulsification les taux; améliorer les taux de diffusion; produire des émulsions très concentrées ou dispersions uniformes de taille micrométrique ou matériaux nanométriques; aider le l'extraction de substances telles que des enzymes d'origine animale, végétale, de levure ou des cellules bactériennes; supprimer les virus de tissus infectés; et enfin, éroder et décomposer les particules sensibles, y compris les micro-organismes. (Kuldiloke 2002)
ultrasons de haute intensité produit une violente agitation dans un liquide à faible viscosité, qui peut être utilisé pour disperser. (Ensminger, 1988) Au solide / liquide ou gaz / interfaces solides, l'implosion asymétrique des bulles de cavitation peut provoquer des turbulences extrêmes qui réduisent la couche limite de diffusion, d'augmenter le transfert de masse par convection, et d'accélérer considérablement la diffusion dans les systèmes où le mélange ordinaire est impossible. (Nyborg, 1965)
Littérature
Ensminger, DE (1988): Les méthodes acoustiques et électroacoustiques de déshydratation et de séchage, dans: séchage Tech. 6, 473 (1988).
Kuldiloke, J. (2002) : Effet de l'échographie, la température et la pression Traitements sur l'activité enzymatique un des indicateurs de la qualité des fruits et jus de légumes; Doctorat Thèse à l'Université technique de Berlin (2002).
Nyborg, W.L. (1965) Streaming Acoustic, Vol. 2B, Academic Press, New York (1965).