अल्ट्रासोनिक्स : अनुप्रयोग और प्रक्रियाएं

अल्ट्रासोनिकेशन एक यांत्रिक प्रसंस्करण विधि है जो ध्वनिक गुहिकायन और अत्यधिक तीव्र शारीरिक बल बनाती है। इसलिए, अल्ट्रासोनिक्स का उपयोग कई अनुप्रयोगों जैसे मिश्रण, समरूपीकरण, मिलिंग, फैलाव, पायसीकरण, निष्कर्षण, degassing, और सोनो-रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए किया जाता है।
नीचे, आप विशिष्ट अल्ट्रासोनिक अनुप्रयोगों और प्रक्रियाओं के बारे में जानेंगे।

अल्ट्रासोनिक homogenizing

अल्ट्रासोनिक homogenizers एकरूपता और फैलाव स्थिरता में सुधार करने के लिए एक तरल में छोटे कणों को कम करते हैं। कण (फैलाव चरण) एक तरल चरण में निलंबित ठोस या तरल बूंदें हो सकते हैं। अल्ट्रासोनिक homogenizing नरम और कठोर कणों की कमी के लिए बहुत कुशल है। Hielscher किसी भी तरल मात्रा के समरूपीकरण के लिए और बैच या इनलाइन प्रसंस्करण के लिए अल्ट्रासोनिकेटर बनाती है। प्रयोगशाला अल्ट्रासोनिक उपकरणों का उपयोग 1.5mL से लगभग 4L तक की मात्रा के लिए किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक औद्योगिक उपकरण प्रक्रिया विकास और वाणिज्यिक उत्पादन में 0.5 से लगभग 2000L या प्रवाह दर 0.1L से 20 क्यूबिक मीटर प्रति घंटे तक बैचों को संसाधित कर सकते हैं।
अल्ट्रासोनिक homogenizing के बारे में अधिक पढ़ने के लिए यहां क्लिक करें!

अल्ट्रासोनिक dispersing और Deagglomeration

तरल पदार्थों में ठोस पदार्थों का फैलाव और विघटन जांच-प्रकार के अल्ट्रासोनिकेटर का एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग है। ध्वनिक कैविटेशन उच्च कतरनी बल उत्पन्न करता है जो कण समूह को व्यक्तिगत, एकल छितरी कणों में तोड़ता है। तरल पदार्थों में पाउडर का मिश्रण विभिन्न उत्पादों, जैसे पेंट, वार्निश, कॉस्मेटिक उत्पाद, खाद्य और पेय पदार्थ, या पॉलिशिंग मीडिया के निर्माण में एक सामान्य कदम है। वैन-डेर-वाल-बल तथा द्रव पृष्ठ तनाव सहित विभिन्न भौतिक एवं रासायनिक प्रकृति के आकर्षण बलों द्वारा वैयक्तिक कणों को एक साथ रखा जाता है। अल्ट्रासोनिकेशन तरल मीडिया में कणों को डीग्लोमरेट और फैलाने के लिए इन आकर्षण बलों पर काबू पा लेता है। तरल पदार्थ में पाउडर के फैलाव और deagglomeration के लिए, उच्च तीव्रता ultrasonication उच्च दबाव homogenizers, उच्च कतरनी मिक्सर, मनका मिलों या रोटर-स्टेटर-मिक्सर के लिए एक दिलचस्प विकल्प है।
अल्ट्रासोनिक dispersing और deagglomeration के बारे में अधिक पढ़ने के लिए यहां क्लिक करें!

अल्ट्रासोनिक पायसीकरण

मध्यवर्ती और उपभोक्ता उत्पादों की एक विस्तृत श्रृंखला, जैसे सौंदर्य प्रसाधन और त्वचा लोशन, दवा मलहम, वार्निश, पेंट और स्नेहक और ईंधन पूरी तरह से या आंशिक रूप से इमल्शन पर आधारित हैं। इमल्शन दो या दो से अधिक अमिश्रणीय तरल चरणों के फैलाव हैं। अत्यधिक गहन अल्ट्रासाउंड दूसरे चरण (निरंतर चरण) में छोटी बूंदों में एक तरल चरण (छितरी हुई चरण) को फैलाने के लिए पर्याप्त तीव्र कतरनी की आपूर्ति करता है। फैलाव क्षेत्र में, impoding cavitation बुलबुले आसपास के तरल में गहन सदमे तरंगों का कारण बनता है और उच्च तरल वेग (उच्च कतरनी) के तरल जेट विमानों के गठन में परिणाम. अल्ट्रासोनिकेशन को लक्ष्य पायस आकार के लिए ठीक से अनुकूलित किया जा सकता है, जिससे सूक्ष्म पायस और नैनो-पायस के विश्वसनीय उत्पादन की अनुमति मिलती है।
अल्ट्रासोनिक पायसीकरण के बारे में अधिक पढ़ने के लिए यहां क्लिक करें!

अल्ट्रासोनिक वेट-मिलिंग और पीस

अल्ट्रासोनिकेशन गीले-मिलिंग और कणों के सूक्ष्म पीसने के लिए एक कुशल साधन है। विशेष रूप से सुपरफाइन-आकार के घोल के निर्माण के लिए, अल्ट्रासाउंड के कई फायदे हैं। यह पारंपरिक आकार में कमी के उपकरण से बेहतर है, जैसे: कोलाइड मिलों (जैसे बॉल मिल्स, बीड मिल्स), डिस्क मिलों या जेट मिल्स। अल्ट्रासोनिकेशन उच्च एकाग्रता और उच्च चिपचिपाहट घोल को संसाधित कर सकता है - इसलिए संसाधित होने वाली मात्रा को कम करना। बेशक, अल्ट्रासोनिक मिलिंग माइक्रोन आकार और नैनो आकार की सामग्री, जैसे सिरेमिक, पिगमेंट, बेरियम सल्फेट, कैल्शियम कार्बोनेट या धातु ऑक्साइड के प्रसंस्करण के लिए उपयुक्त है। विशेष रूप से जब नैनो-सामग्री की बात आती है, तो अल्ट्रासोनिकेशन प्रदर्शन में उत्कृष्टता प्राप्त करता है क्योंकि इसकी अत्यधिक प्रभावशाली कतरनी बल समान रूप से छोटे नैनोकणों का निर्माण करते हैं।
अल्ट्रासोनिक गीला मिलिंग और माइक्रो-पीस के बारे में अधिक पढ़ने के लिए यहां क्लिक करें!

स्प्रे-सूखे TiO2 अल्ट्रासोनिक मिलिंग से पहले और बाद में

अल्ट्रासोनिक सेल विघटन और Lysis

अल्ट्रासोनिक उपचार रेशेदार, सेल्यूलोसिक सामग्री को ठीक कणों में विघटित कर सकता है और सेल संरचना की दीवारों को तोड़ सकता है। यह तरल में स्टार्च या चीनी जैसे इंट्रा-सेलुलर सामग्री का अधिक रिलीज करता है। इस प्रभाव का उपयोग किण्वन, पाचन और कार्बनिक पदार्थों की अन्य रूपांतरण प्रक्रियाओं के लिए किया जा सकता है। मिलिंग और पीसने के बाद, अल्ट्रासोनिकेशन इंट्रा-सेलुलर सामग्री जैसे स्टार्च के साथ-साथ सेल दीवार मलबे को एंजाइमों के लिए उपलब्ध कराता है जो स्टार्च को शर्करा में परिवर्तित करते हैं। यह द्रवीकरण या सैक्रीफिकेशन के दौरान एंजाइमों के संपर्क में आने वाले सतह क्षेत्र को भी बढ़ाता है। यह आम तौर पर खमीर किण्वन और अन्य रूपांतरण प्रक्रियाओं की गति और उपज में वृद्धि करता है, उदाहरण के लिए बायोमास से इथेनॉल उत्पादन को बढ़ावा देने के लिए।
सेल संरचनाओं के अल्ट्रासोनिक विघटन के बारे में अधिक पढ़ने के लिए यहां क्लिक करें!

वनस्पति विज्ञान के अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण

कोशिकाओं और उपकोशिकीय कणों में संग्रहीत बायोएक्टिव यौगिकों का निष्कर्षण उच्च तीव्रता वाले अल्ट्रासाउंड का व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला अनुप्रयोग है। अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण का उपयोग पौधों और कवक के सेलुलर मैट्रिक्स से माध्यमिक चयापचयों (जैसे, पॉलीफेनोल), पॉलीसेकेराइड, प्रोटीन, आवश्यक तेलों और अन्य सक्रिय अवयवों को अलग करने के लिए किया जाता है। कार्बनिक यौगिकों के पानी और विलायक-निष्कर्षण के लिए उपयुक्त, सोनिकेशन पौधों या बीजों के भीतर निहित वनस्पति की उपज में काफी सुधार करता है। अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण का उपयोग फार्मास्यूटिकल्स, न्यूट्रास्यूटिकल्स / पोषक तत्वों की खुराक, सुगंध और जैविक योजक के उत्पादन के लिए किया जाता है। अल्ट्रासोनिक्स एक हरे रंग की निष्कर्षण तकनीक है जिसका उपयोग बायोरिफाइनरियों में बायोएक्टिव घटकों के निष्कर्षण के लिए भी किया जाता है, उदाहरण के लिए औद्योगिक प्रक्रियाओं में गठित गैर-उपयोग किए गए उप-उत्पाद धाराओं से मूल्यवान यौगिकों को छोड़ दें। अल्ट्रासोनिकेशन प्रयोगशाला और उत्पादन पैमाने पर वनस्पति निष्कर्षण के लिए एक अत्यधिक प्रभावी तकनीक है।
अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण के बारे में अधिक जानकारी के लिए यहां क्लिक करें!

अल्ट्रासोनिक्स के सोनोकेमिकल अनुप्रयोग

सोनोकेमिस्ट्री रासायनिक प्रतिक्रियाओं और प्रक्रियाओं के लिए अल्ट्रासाउंड का अनुप्रयोग है। तरल पदार्थों में सोनोकेमिकल प्रभाव पैदा करने वाला तंत्र ध्वनिक गुहिकायन की घटना है। रासायनिक प्रतिक्रियाओं और प्रक्रियाओं के सोनोकेमिकल प्रभावों में प्रतिक्रिया की गति या आउटपुट में वृद्धि, अधिक कुशल ऊर्जा उपयोग, चरण हस्तांतरण उत्प्रेरक के प्रदर्शन में सुधार, धातुओं और ठोस पदार्थों की सक्रियता या अभिकर्मकों या उत्प्रेरक की प्रतिक्रियाशीलता में वृद्धि शामिल है।
अल्ट्रासाउंड के सोनोकेमिकल प्रभावों के बारे में अधिक पढ़ने के लिए यहां क्लिक करें!

बायोडीजल के लिए तेल का अल्ट्रासोनिक ट्रांसस्टेरिफिकेशन

अल्ट्रासोनिकेशन रासायनिक प्रतिक्रिया की गति और वनस्पति तेलों और पशु वसा के ट्रांसस्टेरिफिकेशन की उपज को बायोडीजल में बढ़ाता है। यह उत्पादन को बैच प्रोसेसिंग से निरंतर प्रवाह प्रसंस्करण में बदलने की अनुमति देता है और यह निवेश और परिचालन लागत को कम करता है। अल्ट्रासोनिक बायोडीजल विनिर्माण के प्रमुख लाभों में से एक अपशिष्ट तेलों जैसे कि खाना पकाने के तेल और अन्य खराब गुणवत्ता वाले तेल स्रोतों का उपयोग है। अल्ट्रासोनिक ट्रांसस्टेरिफिकेशन भी कम गुणवत्ता वाले फीडस्टॉक को उच्च गुणवत्ता वाले बायोडीजल (फैटी एसिड मिथाइल एस्टर / फेम) में परिवर्तित कर सकता है। वनस्पति तेलों या पशु वसा से बायोडीजल के निर्माण में संबंधित मिथाइल एस्टर या एथिल एस्टर देने के लिए मेथनॉल या इथेनॉल के साथ फैटी एसिड के आधार-उत्प्रेरित ट्रांसस्टेरिफिकेशन शामिल है। अल्ट्रासोनिकेशन 99% से अधिक बायोडीजल उपज प्राप्त कर सकता है। अल्ट्रासाउंड प्रसंस्करण समय और जुदाई के समय को काफी कम कर देता है।
बायोडीजल में तेल के अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त ट्रांसस्टेरिफिकेशन के बारे में अधिक पढ़ने के लिए यहां क्लिक करें!

अल्ट्रासोनिक Degassing और तरल पदार्थ के डी-वातन

तरल पदार्थों का डिगैसिंग जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर का एक और महत्वपूर्ण अनुप्रयोग है। अल्ट्रासोनिक कंपन और गुहिकायन एक तरल में भंग गैसों के सहवास का कारण बनते हैं। जैसे ही गैस के बुलबुले आपस में जुड़ते हैं, वे बड़े बुलबुले बनाते हैं जो तरल की ऊपरी सतह पर जल्दी से तैरते हैं, वहां से उन्हें हटाया जा सकता है। इस प्रकार, अल्ट्रासोनिक degassing और deaeration प्राकृतिक संतुलन स्तर से नीचे भंग गैस के स्तर को कम कर सकते हैं।
तरल पदार्थों के अल्ट्रासोनिक degassing के बारे में अधिक पढ़ने के लिए यहां क्लिक करें!

अल्ट्रासोनिक तार, केबल और पट्टी सफाई

अल्ट्रासोनिक सफाई निरंतर सामग्री, जैसे तार और केबल, टेप या ट्यूब की सफाई के लिए पर्यावरण के अनुकूल विकल्प है। शक्तिशाली अल्ट्रासोनिक कैविटेशन का प्रभाव सामग्री की सतह से तेल या तेल, साबुन, स्टीयरेट्स या धूल जैसे स्नेहन अवशेषों को हटा देता है। Hielscher Ultrasonics निरंतर प्रोफाइल की इनलाइन सफाई के लिए विभिन्न अल्ट्रासोनिक सिस्टम प्रदान करता है।
निरंतर प्रोफाइल की अल्ट्रासोनिक सफाई के बारे में अधिक जानकारी के लिए यहां क्लिक करें!

क्या Sonication एक सुपीरियर प्रसंस्करण विधि बनाता है?

सोनिकेशन, या तरल पदार्थ को उत्तेजित करने के लिए उच्च आवृत्ति ध्वनि तरंगों का उपयोग, विभिन्न कारणों से एक कुशल प्रसंस्करण विधि है। यहाँ कुछ कारण दिए गए हैं कि लगभग 20kHz की उच्च-तीव्रता और निम्न-आवृत्ति पर सोनिकेशन तरल पदार्थ और घोल के प्रसंस्करण के लिए विशेष रूप से प्रभावशाली और लाभप्रद है:

1. गुहिकायन: सोनिकेशन के मुख्य तंत्रों में से एक छोटे बुलबुले का निर्माण और पतन है, एक घटना जिसे गुहिकायन कहा जाता है। 20kHz पर, ध्वनि तरंगें बुलबुले को कुशलतापूर्वक बनाने और संक्षिप्त करने के लिए सही आवृत्ति पर होती हैं। इन बुलबुले के पतन से उच्च ऊर्जा शॉकवेव पैदा होते हैं, जो कणों को तोड़ सकते हैं और तरल में कोशिकाओं को बाधित कर सकते हैं।
2. दोलन और कंपन: उत्पन्न ध्वनिक गुहिकायन के अलावा, अल्ट्रासोनिक जांच का दोलन तरल में अतिरिक्त आंदोलन और मिश्रण बनाता है, जिससे बड़े पैमाने पर स्थानांतरण और /
3. प्रवेश: 20kHz पर ध्वनि तरंगों में अपेक्षाकृत लंबी तरंग दैर्ध्य होती है, जो उन्हें तरल पदार्थों में गहराई से प्रवेश करने की अनुमति देती है। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन एक स्थानीयकृत घटना है जो अल्ट्रासोनिक जांच के आसपास दिखाई देती है। जांच की बढ़ती दूरी के साथ, गुहिकायन तीव्रता कम हो रही है। हालांकि, 20kHz पर sonication उच्च आवृत्ति sonication की तुलना में तरल की बड़ी मात्रा का कुशलतापूर्वक इलाज कर सकता है, जिसमें कम तरंग दैर्ध्य होता है और इसकी पैठ गहराई में अधिक सीमित हो सकता है।
4. कम ऊर्जा की खपत: सोनिकेशन को अन्य प्रसंस्करण विधियों जैसे उच्च दबाव समरूपता या यांत्रिक सरगर्मी की तुलना में अपेक्षाकृत कम ऊर्जा खपत के साथ पूरा किया जा सकता है। यह तरल पदार्थों के प्रसंस्करण के लिए इसे अधिक ऊर्जा-कुशल और लागत प्रभावी तरीका बनाता है।
5. रैखिक मापनीयता: अल्ट्रासोनिक प्रक्रियाओं को पूरी तरह से रैखिक से बड़े या छोटे संस्करणों तक बढ़ाया जा सकता है। यह उत्पादन में प्रक्रिया अनुकूलन को विश्वसनीय बनाता है क्योंकि उत्पाद की गुणवत्ता लगातार स्थिर बनाए रखी जा सकती है।
6. बैच और इनलाइन प्रवाह: अल्ट्रासोनिकेशन बैच के रूप में या निरंतर इनलाइन प्रक्रियाओं के रूप में किया जा सकता है। बैचों के सोनिकेशन के लिए, अल्ट्रासोनिक जांच को खुले पोत या बंद बैच रिएक्टर में डाला जाता है। एक सतत प्रवाह धारा के sonication के लिए, एक अल्ट्रासोनिक प्रवाह सेल स्थापित किया गया है। तरल माध्यम एकल पास या पुनरावर्तन में सोनोट्रोड (अल्ट्रासोनिक रूप से हिल रॉड) से गुजरता है और अल्ट्रासाउंड तरंगों के संपर्क में अत्यधिक समान और कुशल होता है।

कुल मिलाकर, गुहिकायन, कम ऊर्जा खपत, और प्रक्रिया मापनीयता की तीव्र ताकतें कम आवृत्ति, उच्च-शक्ति सोनिकेशन को तरल पदार्थ के प्रसंस्करण के लिए एक कुशल तरीका बनाती हैं।

कार्य सिद्धांत और अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण का उपयोग

अल्ट्रासोनिकेशन एक वाणिज्यिक प्रसंस्करण तकनीक है, जिसे बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए कई उद्योगों द्वारा अपनाया गया है। उच्च विश्वसनीयता और स्केलेबिलिटी के साथ-साथ कम रखरखाव लागत और उच्च ऊर्जा दक्षता अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर को पारंपरिक तरल प्रसंस्करण उपकरण के लिए एक अच्छा विकल्प बनाती है। अल्ट्रासाउंड अतिरिक्त रोमांचक अवसर प्रदान करता है: कैविटेशन - मूल अल्ट्रासोनिक प्रभाव - जैविक, रासायनिक और भौतिक प्रक्रियाओं में अद्वितीय परिणाम पैदा करता है। उदाहरण के लिए, अल्ट्रासोनिक फैलाव और पायसीकरण आसानी से स्थिर नैनो आकार के योगों का उत्पादन करता है। वनस्पति निष्कर्षण के क्षेत्र में भी, अल्ट्रासाउंड बायोएक्टिव यौगिकों को अलग करने के लिए एक गैर-थर्मल तकनीक है।

जबकि कम तीव्रता या उच्च आवृत्ति अल्ट्रासाउंड मुख्य रूप से विश्लेषण, गैर-विनाशकारी परीक्षण और इमेजिंग के लिए उपयोग किया जाता है, उच्च तीव्रता वाले अल्ट्रासाउंड का उपयोग तरल पदार्थ और पेस्ट के प्रसंस्करण के लिए किया जाता है, जहां तीव्र अल्ट्रासाउंड तरंगों का उपयोग मिश्रण, पायसीकारी, फैलाव और deagglomeration, सेल विघटन या एंजाइम निष्क्रियता के लिए किया जाता है। उच्च तीव्रता पर तरल पदार्थ को सोनिकेट करते समय, ध्वनि तरंगें तरल मीडिया के माध्यम से फैलती हैं। इसके परिणामस्वरूप आवृत्ति के आधार पर दरों के साथ उच्च दबाव (संपीड़न) और कम दबाव (दुर्लभता) चक्र बारी-बारी से होते हैं। कम दबाव चक्र के दौरान, उच्च तीव्रता वाली अल्ट्रासोनिक तरंगें तरल में छोटे वैक्यूम बुलबुले या voids बनाती हैं। जब बुलबुले एक मात्रा प्राप्त करते हैं जिस पर वे अब ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकते हैं, तो वे उच्च दबाव चक्र के दौरान हिंसक रूप से ढह जाते हैं। इस घटना को गुहिकायन कहा जाता है। विस्फोट के दौरान बहुत अधिक तापमान (लगभग 5,000K) और दबाव (लगभग 2,000atm) स्थानीय रूप से पहुंच जाते हैं। गुहिकायन बुलबुले के विस्फोट के परिणामस्वरूप 280 मीटर प्रति सेकंड वेग तक के तरल जेट भी होते हैं।

तरल पदार्थों में अल्ट्रासोनिक कैविटेशन तेजी से और पूर्ण गिरावट का कारण बन सकता है; मुक्त रासायनिक आयनों (कट्टरपंथी) उत्पन्न करके विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं की शुरुआत करें; अभिकारकों के मिश्रण की सुविधा के द्वारा रासायनिक प्रतिक्रियाओं में तेजी लाना; पोलीमराइजेशन और डिपोलीमराइजेशन प्रतिक्रियाओं को समुच्चय को फैलाकर या बहुलक श्रृंखलाओं में रासायनिक बंधों को स्थायी रूप से तोड़कर; पायसीकरण दरों में वृद्धि; प्रसार दरों में सुधार; माइक्रोन-आकार या नैनो-आकार सामग्री के अत्यधिक केंद्रित पायस या समान फैलाव का उत्पादन; पशु, पौधे, खमीर, या जीवाणु कोशिकाओं से एंजाइम जैसे पदार्थों के निष्कर्षण में सहायता करना; संक्रमित ऊतक से वायरस निकालें; और अंत में, सूक्ष्म जीवों सहित अतिसंवेदनशील कणों को नष्ट और तोड़ दें। (सीएफ. कुलडिलोक 2002)

उच्च तीव्रता वाला अल्ट्रासाउंड कम-चिपचिपाहट तरल पदार्थों में हिंसक आंदोलन पैदा करता है, जिसका उपयोग तरल पदार्थों में सामग्री को फैलाने के लिए किया जा सकता है। (सीएफ एन्समिंगर, 1988) तरल/ठोस या गैस/ठोस इंटरफेस पर, गुहिकायन बुलबुले का असममित प्रत्यारोपण अत्यधिक अशांति पैदा कर सकता है जो प्रसार सीमा परत को कम करता है, संवहन द्रव्यमान हस्तांतरण को बढ़ाता है, और उन प्रणालियों में प्रसार में काफी तेजी लाता है जहां साधारण मिश्रण संभव नहीं है। (सीएफ न्यबोर्ग, 1965)

साहित्य