Sonda-Tip Sonication vs Ultrasonic Bath: Usporedba učinkovitosti

Procesi ultrazvukom mogu se provesti korištenjem ultrazvučnog homogenizatora tipa sonde ili ultrazvučne kupke. Iako, obje tehnike primjenjuju ultrazvuk na uzorak, postoje značajne razlike u učinkovitosti, učinkovitosti i mogućnostima procesa. Sonda tipa ultrasonicators excel ultrazvučna kupka drastično kada je u pitanju ultrazvučni intenzitet, amplituda, ujednačena obrada, i ponovljivost.

Željeni efekti s ultrazvukom tekućine – uključujući homogenizacija, raspršivanje, razbijanje nakupina, mljevenje, emulsification, Izvlačenje, liza, dezintegracija i sonochemical učinci - uzrokovane kavitacija, Uvođenjem ultrazvuka visoke snage u tekući medij, zvučni valovi se prenose u tekućinu i stvaraju izmjenične cikluse visokotlačnog (komprimiranog) i niskotlačnog (rijetkog) tlaka, ovisno o frekvenciji. Tijekom niskotlačnog ciklusa, visokotlačni ultrazvučni valovi stvaraju male mjehuriće vakuuma ili praznine u tekućini. Kada mjehurići dosegnu volumen na kojem više ne apsorbiraju energiju, oni se snažno sruše tijekom visokotlačnog ciklusa. Taj fenomen naziva se kavitacija. Tijekom implozije dolazi do vrlo visokih temperatura (približno 5.000K) i tlaka (oko 2.000m) lokalno. Implozija mjehura kavitacije također rezultira tekućim mlazom brzine do 280 m / s. [Suslick 1998]

Moholkar et al. (2000) su utvrdili da su mjehurići u regiji najvišeg intenziteta kavitacije doživio prolazni prijedlog, dok su mjehurići u regiji najniže intenziteta kavitacije prošao stabilnu / oscilatorno gibanje. Prolazni kolaps mjehurića koji dovodi do lokalne temperature i tlaka maksimuma je u korijenu promatranih učinaka ultrazvuka o kemijskim sustavima.
Intenzitet ultrazvuka je funkcija ulazne energije i površine sonotrode. Za dani unos energije vrijedi: što je veća površina sonotrode, donji intenzitet ultrazvuka.
Ultrazvučni valovi mogu biti generirani od strane različitih vrsta ultrazvučnih sustava. U nastavku, razlike između ultrazvučne kupelji pomoću ultrazvučne kupelji, ultrazvučna naprava sonda u otvorenoj posudi i ultrazvučnog uređaja sondom sa staničnom protoka komoru se usporediti.

Usporedba cavitational raspodjelu toplog licu

Za ultrazvučne primjene koriste se ultrazvučne sonde (sonotrodes / rogovi) i ultrazvučne kupke. “Među ove dvije metode ultrazvuka, sonda ultrazvukom je učinkovitiji i snažniji od ultrazvučne kupke u primjeni disperzije nanočestica; ultrazvučni uređaj za kupanje može pružiti slabu ultrazvuku s oko 20-40 W / L i vrlo neujednačenu distribuciju, dok ultrazvučni uređaj sonde može osigurati 20.000 W / L u tekućinu. Dakle, to znači da ultrazvučni uređaj sonda ističe ultrazvučni uređaj za kupanje po faktoru 1000.” (usp. Asadi et al., 2019.)

ultrazvučna kupelj

U ultrazvučnoj kupelji, kavitacija nastaje bez pokoran i nekontrolirano distribuira kroz spremnik. Sonikaciju učinak niskog intenziteta i nejednako širenje. Ponovljivost i skalabilnost proces je vrlo slaba.
Donja slika prikazuje rezultate ispitivanja folije u ultrazvučnoj spremniku. Stoga, tanki aluminijski ili aluminijsku foliju se nalazi na dnu vode napuni ultrazvučni spremnika. Nakon sonikacije, pojedinačni erozije oznake vidljive. Ti pojedinačni perforirane mrlje i rupe u foliji ukazuju na cavitational žarišta. Zbog niska energija a neujednačen distribucija ultrazvuka u spremniku, oznake erozije javljaju samo točka-mudar. Dakle, ultrazvučni kupke se uglavnom koristi za primjenu za čišćenje.

Slike ispod pokazuju neravnomjernu raspodjelu kavitacijskim hot spotova u ultrazvučnoj kupelji. Na sl. 2, kupelj s dna površine 20×korištena je 10 cm.

Za mjerenja prikazanih na sl. 3, se koristi ultrazvučnu kupelj s donjeg prostora 12x10cm.

Oba mjerenja pokazuje da je distribucija ultrazvučnog zračenja polje u ultrazvučnih tenkova je vrlo neujednačena.
Studija ultrazvučnog zračenja na različitim mjestima u kadi pokazuje značajne prostorne varijacije u intenzitetu kavitacije u ultrazvučnoj kupelji.

Sl. 4, niže, uspoređuje učinkovitost ultrazvučnoj kupelji i ultrazvučni uređaj sonda primjerima od Obezbojavanje azo bojila metil ljubičasto.

Dhanalakshmi et al. naći u svojoj studiji da sonda tipa ultrazvučni uređaji imaju visoka lokaliziran intenzitet u odnosu na spremnik tipa i stoga veće, lokalizirane učinak kao što je prikazano na Sl. 4. To znači veću jačinu i učinkovitost procesa ultrazvučnoj.
Ultrazvučni postava kao što je prikazano na slici 4, omogućuje potpunu kontrolu nad najvažnijim parametrima - amplituda, tlaka, temperature, viskoznosti, koncentracije, volumena reaktora.

Ultrazvučna sonda Uređaj u otvorenoj posudu

Kada su uzorci sonicirana pomoću ultrazvučnog uređaja sonde, intenzivno sonikaciju zona je neposredno ispod sonotrode / sonde. Ultrazvučni zračenje udaljenost je ograničena na određeno područje sonotrode je savjet. (Vidi pic.1)
Ultrazvučni procesi u otvorenim čaše uglavnom koristi za ispitivanje izvedivosti i za pripremu uzorka manjih količina.

Ultrazvučna sonda uređaj u kontinuiranom modu protoka

Najsofisticiraniji rezultati sonikacije postižu kontinuiranom obradu u protočnim način zatvorene. Sav materijal je obrađen po istom ultrazvuk intenzitetom kao kontrolira put protoka i vrijeme zadržavanja u ultrazvučnom reaktora.

Pic. 4. Sustav ultrazvučnog 1kW UIP1000hd uz protočnu ćeliju i pumpe

Postupak rezultira u ultrazvučnu obradu tekućine za određeni oblik parametra su funkcija energije po volumenu obrađene. Funkcija se mijenja s promjenama u individualnim parametrima. Osim toga, stvarna izlazna snaga i intenzitet po površini sonotrode ultrazvučnog uređaja ovisi o parametrima.

Cavitational Utjecaj ultrazvučne obrade ovisi o intenzitetu površine koja je opisana od strane amplituda (A), tlaka (p), volumen reaktora (VR), temperatura (T), viskozitet (η) i drugi. Plus i minus znakovi ukazuju na pozitivan ili negativan utjecaj specifičnog parametra na intenzitetu ultrazvučnom.

Kontrolom najvažniji parametar procesa ultrazvučnom proces je u potpunosti ponoviti, a postignuti rezultati mogu biti umanjena u potpunosti linearna. Različite vrste sonotrode i ultrazvučni stanica toka reaktora omogućiti Prilagodeno specifičnim zahtjevima procesa.

Sažetak

dok je jedan ultrazvučna kupelj pruža slab ultrazvukom s cca. 20-40 W / L i vrlo nejednoliko distribucija, Ultrazvučna sonda tipa uređaji mogu lako par cca. 20.000 W / L u medij obrađene. To znači da ultrazvučna sonda tipa uređaja odlikuje ultrazvučne kupelji po faktorom 1000 (1000 x visokog unosa energije po volumenu) nastaje zbog usmjerena i uniforma ultrazvučni ulazna snaga. Puna kontrola nad najvažnijim sonication parametara osigurava sasvim izvodljiv rezultati i linearni skalabilnost rezultata procesa.