Cavitation dans les liquides
Les ondes ultrasoniques des ultrasons de haute intensité génèrent cavitation dans des liquides. Cavitation provoque des effets extrêmes localement, tels que des jets de liquide allant jusqu'à 1000 km / h, des pressions allant jusqu'à 2000atm et des températures allant jusqu'à 5000 degrés Kelvin.
À propos de la cavitation ultrasonique
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.
La cavitation acoustique (générée par les ultrasons de puissance) crée localement des conditions extrêmes, appelées effets sonomécaniques et sonochimiques. Grâce à ces effets, la sonication favorise les réactions chimiques, ce qui permet d'obtenir des rendements plus élevés, une vitesse de réaction plus rapide, de nouvelles voies et une meilleure efficacité globale.
Cavitation ultrasonique à la sonde cascatrode de l'ultrasoniseur UIP1000hdT (1000 watts, 20kHz) dans un réacteur en verre.
Vidéo sur la cavitation acoustique
Applications de la cavitation
Les effets peuvent être utilisés dans des liquides pour de nombreux procédés, par exemple pour le mélange et le mélange, désagglomération, fraisage et désintégration cellulaire. En particulier, le fort cisaillement des jets de liquide provoque une fissure à la surface des particules et des collisions entre les particules.
Séquence d'images à grande vitesse (de a à f) illustrant l'exfoliation sono-mécanique d'un flocon de graphite dans l'eau à l'aide de l'UP200S, un ultrasoniseur de 200W avec une sonotrode de 3 mm. Les flèches montrent le lieu de la fente (exfoliation) avec les bulles de cavitation pénétrant dans la fente.
Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)
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Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators:
| lot Volume | Débit | Appareils recommandés |
|---|---|---|
| 1 à 500 ml | 10 à 200 ml / min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 20L | 00,2 à 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 à 100l | 2 à 10 L / min | UIP4000hdT |
| n / a. | 10 à 100 litres / min | UIP16000 |
| n / a. | plus grand | groupe de UIP16000 |
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Littérature / Références
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
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