Ultrasonics: अनुप्रयोगों और प्रक्रियाओं
Ultrasonication ऐसे homogenizing, विघटन, sonochemistry, degassing या सफाई के रूप में कई अनुप्रयोगों में प्रयोग किया जाता है। नीचे, आप विभिन्न अल्ट्रासोनिक अनुप्रयोगों और प्रक्रियाओं पर एक व्यवस्थित सिंहावलोकन पाते हैं।
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अल्ट्रासोनिक Homogenizing
अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर एक तरल में छोटे कणों को कम करने के एकरूपता और स्थिरता में सुधार करने, homogenizers के रूप में इस्तेमाल कर रहे हैं। इन कणों (चरण को तितर-बितर) या तो ठोस या तरल पदार्थ हो सकता है। अल्ट्रासोनिक homogenizing नरम और कठिन कणों की कमी के लिए बहुत ही कुशल है। Hielscher बैच या इनलाइन प्रसंस्करण के लिए किसी भी तरल मात्रा की एकरूपता के लिए अल्ट्रासोनिक उपकरण उत्पादन करता है। प्रयोगशाला अल्ट्रासोनिक उपकरण लगभग करने के लिए 1.5mL से संस्करणों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। 2L। अल्ट्रासोनिक औद्योगिक उपकरणों लगभग 0.1L से 2000L या प्रवाह दरों प्रति घंटे 20m³ को 0.5 से प्रक्रिया विकास और बैचों के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है।
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अल्ट्रासोनिक डिसर्सिंग और डिग्लोमेशन
तरल पदार्थ में ठोस पदार्थों का फैलाव और विघटन अल्ट्रासोनिक उपकरणों का एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग है। अल्ट्रासोनिक पोकेशन उच्च कतरनी बलों उत्पन्न करता है जो एकल फैलाने वाले कणों में कण agglomerates तोड़ने। तरल पदार्थ में पाउडर का मिश्रण विभिन्न उत्पादों के निर्माण में एक आम कदम है, जैसे पेंट, स्याही, शैम्पू, पेय पदार्थ, या चमकाने मीडिया। व्यक्तिगत कणों वान डर वाल्स बल और तरल सतह तनाव सहित विभिन्न भौतिक और रासायनिक प्रकृति, का आकर्षण बलों द्वारा एक साथ आयोजित की जाती हैं। आकर्षण बलों आदेश deagglomerate और तरल मीडिया में कणों को फैलाने के लिए दूर किया जाना चाहिए। dispersing और तरल पदार्थ में पाउडर के deagglomeration के लिए, उच्च तीव्रता ultrasonication उच्च दबाव homogenizers और रोटर-स्टेटर-मिक्सर के लिए एक दिलचस्प विकल्प है।
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अल्ट्रासोनिक पायसीकारी
जैसे मध्यवर्ती और उपभोक्ता उत्पादों की एक विस्तृत श्रृंखला प्रसाधन सामग्री और त्वचा लोशन, दवा मलहम, वार्निश, पेंट और स्नेहक और ईंधन पूरी तरह या इमल्शन के हिस्से में आधारित हैं। इमल्शन दो या अधिक अमिश्रणीय तरल पदार्थों की dispersions हैं। अति गहन अल्ट्रासाउंड शक्ति एक दूसरे चरण (सतत चरण) में छोटे बूंदों में एक तरल चरण (छितरी चरण) को तितर-बितर करने के लिए आवश्यक आपूर्ति करती है। dispersing क्षेत्र में, imploding गुहिकायन बुलबुले आसपास के तरल पदार्थ में गहन सदमे तरंगों का कारण और उच्च तरल वेग का तरल जेट विमानों के गठन में परिणाम। उचित ऊर्जा घनत्व के स्तर पर, अल्ट्रासाउंड अच्छी तरह से 1 माइक्रोन (माइक्रो-पायस) नीचे एक मतलब छोटी बूंद आकार को प्राप्त कर सकते हैं।
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अल्ट्रासोनिक गीला-मिलिंग और पीस
Ultrasonication गीला-मिलिंग और कणों की सूक्ष्म पीसने के लिए एक कुशल साधन है। कोलाइड मिलों (जैसे गेंद मिलों, मनका मिलों), डिस्क मिलों या जेट मिलों: अति सूक्ष्म आकार slurries के विनिर्माण के लिए विशेष रूप से, अल्ट्रासाउंड, जब इस तरह के रूप में आम आकार में कमी उपकरण, के साथ तुलना में, कई फायदे हैं। Ultrasonication उच्च एकाग्रता और उच्च चिपचिपापन slurries के प्रसंस्करण के लिए अनुमति देता है - इसलिए कम करने मात्रा संसाधित करने के लिए। अल्ट्रासोनिक मिलिंग प्रसंस्करण माइक्रोन आकार और के लिए उपयुक्त है नैनो-आकार इस तरह के मिट्टी के बरतन, एल्यूमिना trihydrate, बेरियम सल्फेट, कैल्शियम कार्बोनेट और धातु ऑक्साइड के रूप में सामग्री,।
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अल्ट्रासोनिक सेल विघटन
अल्ट्रासोनिक उपचार ठीक कणों में रेशेदार, cellulosic सामग्री बिखर और कोशिका की संरचना की दीवारों तोड़ सकते हैं। इस तरह के स्टार्च या तरल में शर्करा के रूप में इंट्रा-सेलुलर सामग्री के और अधिक, विज्ञप्ति। कि कोशिका दीवार सामग्री के अलावा छोटे मलबे में टूट जा रहा है।
इस आशय किण्वन, पाचन और कार्बनिक पदार्थ के अन्य रूपांतरण प्रक्रियाओं के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। मिलिंग और पीस के बाद, ultrasonication अंतर सेलुलर सामग्री के और अधिक जैसे बनाता है स्टार्च और साथ ही कोशिका दीवार एंजाइमों कि शर्करा में परिवर्तित करने के लिए उपलब्ध मलबे। यह भी द्रवीकरण या saccharification के दौरान सतह एंजाइमों के संपर्क क्षेत्र में वृद्धि करता है। यह आमतौर पर गति और खमीर किण्वन और अन्य रूपांतरण प्रक्रियाओं, जैसे की उपज बढ़ाने करता है बायोमास से इथेनॉल उत्पादन को बढ़ावा देने के लिए।
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अल्ट्रासोनिक सेल निष्कर्षण
के रूप में एक विलायक द्वारा पौधों और बीजों के शरीर के भीतर निहित कार्बनिक यौगिकों के निष्कर्षण में काफी सुधार किया जा सकता है कोशिकाओं और subcellular के कणों में संग्रहीत एंजाइमों और प्रोटीन की निकासी, उच्च तीव्रता अल्ट्रासाउंड का एक प्रभावी अनुप्रयोग है। अल्ट्रासाउंड उपन्यास संभावित जैवसक्रिय घटकों, जैसे की निकासी में एक संभावित लाभ और अलगाव है से गैर उपयोग किया उपोत्पाद धाराओं वर्तमान प्रक्रियाओं में बनते।
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Ultrasonics के Sonochemical आवेदन
![गुहिकायन [2]p0200](https://www.hielscher.com/wp-content/uploads/2013/02/cavitation_2_p0200-81x200.jpg)
Sonochemistry रासायनिक प्रतिक्रियाओं और प्रक्रियाओं के अल्ट्रासाउंड के आवेदन है। तंत्र तरल पदार्थ में sonochemical प्रभाव पैदा ध्वनिक गुहिकायन की घटना है। रासायनिक प्रतिक्रियाओं और प्रक्रियाओं के sonochemical प्रभाव धातुओं और ठोस या की प्रतिक्रिया की गति और / या उत्पादन में वृद्धि, अधिक कुशल ऊर्जा के उपयोग, चरण हस्तांतरण उत्प्रेरक के प्रदर्शन में सुधार, सक्रियण शामिल अभिकर्मकों या उत्प्रेरक की प्रतिक्रिया में वृद्धि।
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बायोडीजल के लिए तेल की अल्ट्रासोनिक ट्रान्सएस्टरीफिकेशन
Ultrasonication रासायनिक प्रतिक्रिया की गति और वनस्पति तेल और पशु वसा की ट्रान्सएस्टरीफिकेशन बायोडीजल में की उपज बढ़ जाती है। यह सतत प्रवाह प्रसंस्करण के लिए बैच प्रोसेसिंग से उत्पादन को बदलने की अनुमति देता है और यह निवेश और परिचालन लागत को कम कर देता है। वनस्पति तेल या पशु वसा, से जैव-डीजल के विनिर्माण इसी मिथाइल एस्टर या एथिल एस्टर देने के लिए मेथनॉल या इथेनॉल के साथ फैटी एसिड के आधार उत्प्रेरित ट्रान्सएस्टरीफिकेशन शामिल है। Ultrasonication 99% से अधिक की जैव-डीजल उपज प्राप्त कर सकते हैं। अल्ट्रासाउंड प्रसंस्करण समय और जुदाई समय काफी कम कर देता है।
तरल पदार्थ की अल्ट्रासोनिक Degassing
तरल पदार्थ की degassing अल्ट्रासोनिक उपकरण का एक दिलचस्प आवेदन है। इस मामले में अल्ट्रासाउंड तरल से छोटे निलंबित गैस बुलबुले दूर करता है और प्राकृतिक संतुलन स्तर से नीचे भंग गैस का स्तर कम कर देता है।
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बोतलें और रिसाव का पता लगाने के लिए डिब्बे के sonication
अल्ट्रासाउंड बॉटलिंग और भरने मशीनों लीक के लिए डिब्बे और बोतलें जांच करने के लिए इस्तेमाल किया जा रहा है। कार्बन डाइऑक्साइड की तात्कालिक रिहाई कार्बोनेटेड पेय पदार्थों से भरा कंटेनर के अल्ट्रासोनिक रिसाव परीक्षणों के निर्णायक प्रभाव होता है।
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गर्म पानी प्रणाली की सतत कीटाणुशोधन
गर्म पानी प्रणालियों में खतरनाक लीजोनेला बैक्टीरिया से लड़ने और एक सुरक्षित स्नान पर्यावरण को सुरक्षित करने के Gruenbeck कंपनी GENO-break® प्रणाली विकसित की है। इस प्रणाली यूवी-सी रोशनी के साथ संयोजन में Hielscher अल्ट्रासोनिक प्रौद्योगिकी का उपयोग करता।
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अल्ट्रासोनिक तार, केबल और पट्टी सफाई
अल्ट्रासोनिक सफाई ऐसी तार और केबल, टेप या ट्यूब के रूप में निरंतर सामग्री, की सफाई के लिए एक पर्यावरण अनुकूल विकल्प नहीं है। अल्ट्रासोनिक शक्ति द्वारा उत्पन्न गुहिकायन के प्रभाव तेल या चिकनाई, साबुन, stearates या धूल की तरह स्नेहन अवशेषों को हटा।
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अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण के बारे में सामान्य जानकारी
अल्ट्रासाउंड हाल दस वर्षों के भीतर एक उभरती हुई प्रौद्योगिकी से विकसित किया गया है, और एक पूरी तरह से वाणिज्यिक प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी के रूप में विकसित किया गया है। उच्च विश्वसनीयता और scaleablility के साथ-साथ कम रखरखाव लागत और उच्च ऊर्जा दक्षता अल्ट्रासाउंड स्थापित तरल प्रसंस्करण उपकरण के लिए एक वादा किया दावेदार बनाते हैं। बुनियादी अल्ट्रासोनिक प्रभाव - - Cavitation जैविक, रासायनिक और भौतिक प्रक्रियाओं में नए परिणामों के लिए अनुमति देता है: अल्ट्रासाउंड अतिरिक्त रोमांचक अवसर प्रदान करता है।
जबकि कम तीव्रता या उच्च आवृत्ति अल्ट्रासाउंड मुख्य रूप से विश्लेषण, गैर विनाशकारी परीक्षण और इमेजिंग के लिए प्रयोग किया जाता है, उच्च तीव्रता अल्ट्रासाउंड जैसे तरल पदार्थ के प्रसंस्करण के लिए प्रयोग किया जाता है मिश्रण, पायसीकरण, dispersing तथा deagglomeration, सेल विघटन का एंजाइम छोड़ना. When sonicating liquids at high intensities, the sound waves that propagate into the liquid media result in alternating high-pressure (compression) and low-pressure (rarefaction) cycles, with rates depending on the frequency. During the low-pressure cycle, high-intensity ultrasonic waves create small vacuum bubbles or voids in the liquid. When the bubbles attain a volume at which they can no longer absorb energy, they collapse violently during a high-pressure cycle. This phenomenon is termed cavitation. During the implosion very high temperatures (approx. 5,000K) and pressures (approx. 2,000atm) are reached locally. The implosion of the cavitation bubble also results in liquid jets of up to 280m/s velocity.
सामान्य तौर पर, तरल पदार्थ में गुहिकायन कारण हो सकता है तेजी से और पूरा degassing: विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं आरंभ मुक्त रासायनिक आयनों (कण) उत्पन्न करके; रासायनिक प्रतिक्रियाओं में तेजी लाने अभिकारकों के मिश्रण को सुविधाजनक बनाने के; अस्थायी रूप से द्वारा बहुलकीकरण और depolymerization प्रतिक्रियाओं को बढ़ाने समुच्चय dispersing या द्वारा स्थायी रूप से बहुलक जंजीरों में रासायनिक बंधन तोड़ने; पायसीकरण वृद्धि दरें; प्रसार की दर में सुधार; अत्यधिक ध्यान केंद्रित किया इमल्शन उत्पादन या वर्दी dispersions माइक्रोन आकार की या नैनो-आकार सामग्री; सहायता इस तरह के पशु, पौधे, खमीर, या बैक्टीरियल कोशिकाओं से एंजाइम जैसे पदार्थों की निकासी; संक्रमित ऊतक से वायरस को दूर; और अंत में, खत्म और सूक्ष्म जीवों सहित अतिसंवेदनशील कणों, टूट। (कुलदीलोक 2002)
उच्च तीव्रता अल्ट्रासाउंड कम चिपचिपापन तरल पदार्थ में हिंसक आंदोलन है, जो करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता का उत्पादन फैलाने। (एन्सिंगर, 1988) तरल / ठोस या गैस / ठोस इंटरफेस में गुहिकायन बुलबुले के असममित विविधता चरम turbulences कि प्रसार सीमा परत को कम कर सकते हैं, संवहन जन स्थानांतरण में वृद्धि, और काफी प्रणालियों में प्रसार में तेजी लाने के जहां साधारण मिश्रण संभव नहीं है। (Nyborg, 1965)
साहित्य
Ensminger, डी ई (1988): सुखाने टेक: dewatering और सुखाने, में की ध्वनिक और electroacoustic तरीकों। 6, 473 (1988)।
Kuldiloke, जे (2002): फलों और सब्जियों के रस का एक गुणवत्ता संकेतकों एनजाइम गतिविधि पर अल्ट्रासाउंड, तापमान और दबाव उपचार का प्रभाव; पीएच.डी. बर्लिन के तकनीकी विश्वविद्यालय में थीसिस (2002)।
नायबोर्ग, W.L. (1965) ध्वनिक स्ट्रीमिंग, वॉल्यूम। 2 बी, शैक्षिक प्रेस, न्यू यॉर्क (1965)।