Ultrahangos kavitáció folyadékokban

A nagy intenzitású ultrahang ultrahangos hullámai akusztikus kavitációt generálnak folyadékokban. A kavitáció lokálisan szélsőséges hatásokat okoz, például akár 1000 km / h folyadéksugarakat, akár 2000 atm nyomást és akár 5000 Kelvin hőmérsékletet. Ezeket az ultrahanggal generált erőket számos folyadékfeldolgozási alkalmazáshoz használják, mint például homogenizálás, diszpergálás, emulgeálás, extrakció, sejtbontás, valamint a kémiai reakciók fokozása.

Az ultrahangos kavitáció működési elve

A folyadékok nagy intenzitású szonikálásakor a folyékony közegbe terjedő hanghullámok váltakozó nagynyomású (kompressziós) és alacsony nyomású (ritka) ciklusokat eredményeznek, a frekvenciától függő sebességgel. Az alacsony nyomású ciklus alatt a nagy intenzitású ultrahangos hullámok kis vákuumbuborékokat vagy üregeket hoznak létre a folyadékban. Amikor a buborékok elérik azt a térfogatot, amelyen már nem képesek energiát elnyelni, hevesen összeomlanak egy nagynyomású ciklus során. Ezt a jelenséget kavitációnak nevezik. Az implózió során nagyon magas hőmérsékletet (kb. 5000K) és nyomást (kb. 2000 atm) érnek el helyben. A kavitációs buborék implóziója akár 280 m / s sebességű folyékony fúvókákat is eredményez.

Információkérés




Vegye figyelembe a Adatvédelem.


Az ultrahangos szondák az akusztikus kavitáció erőit használják intenzív keverés és homogenizálás biztosítására. Az ultrahangos homogneizátorokat széles körben használják hatékony keveréshez, diszpergáláshoz, emulgeáláshoz, extrakcióhoz, gáztalanításhoz és sonochemistry.

Szonda típusú ultrahangos készülékek, például a UP400St Használja az akusztikus kavitáció működési elvét.

Akusztikus vagy ultrahangos kavitáció: buboréknövekedés és implózió

Az akusztikus kavitáció (amelyet az ultrahang generál) lokálisan szélsőséges körülményeket teremt, úgynevezett sonomechanikai és szonokémiai hatásokat. Ezeknek a hatásoknak köszönhetően az ultrahangos kezelés elősegíti a kémiai reakciókat, amelyek magasabb hozamhoz, gyorsabb reakciósebességhez, új utakhoz és jobb általános hatékonysághoz vezetnek.

 
 
 

Ez a videó azt mutatja, hogy a Hielscher ultrasonicator UP400S (400W) akusztikus kavitációt generál vízben.

Ultrahangos kavitáció vízben a UP400S segítségével

Videó indexképe

 

Az ultrahangos készülékek legfontosabb alkalmazásai akusztikus kavitációval

A szonda típusú ultrahangos készülékek, más néven ultrahangos szondák, hatékonyan generálnak intenzív akusztikus kavitációt folyadékokban. Ezért széles körben használják őket különböző alkalmazásokban a különböző iparágakban. A szonda típusú ultrahangos készülékek által generált akusztikus kavitáció legfontosabb alkalmazásai a következők:
 

Erőteljes ultrahangos kavitáció a Hielscher Cascatrode-nál

Erőteljes ultrahangos kavitáció a Hielscher ultrahangos kaszkatrode-nál

  1. Homogenizálás: Az ultrahangos szondák intenzív kavitációt generálhatnak, amelyet a rezgés és a nyíróerők energia-sűrű mezőjeként jellemeznek. Ezek az erők kiváló keverést, keverést és részecskeméret-csökkentést biztosítanak. Az ultrahangos homogenizálás egyenletesen kevert szuszpenziókat eredményez. Ezért szonikálást alkalmaznak homogén kolloid szuszpenzió előállítására szűk eloszlási görbékkel.
  2. Nanorészecske diszperzió: Ultrahangos készülékeket alkalmaznak a nanorészecskék diszperziójára, deagglomerációjára és nedves őrlésére. Az alacsony frekvenciájú ultrahanghullámok hatásos kavitációt generálhatnak, amely lebontja az agglomerátumokat és csökkenti a részecskeméretet. Különösen a folyadéksugarak nagy nyírása gyorsítja fel a folyadékban lévő részecskéket, amelyek ütköznek egymással (részecskék közötti ütközés), így a részecskék ennek következtében eltörnek és erodálódnak. Ez a részecskék egyenletes és stabil eloszlását eredményezi, megakadályozva az üledékképződést. Ez kulcsfontosságú különböző területeken, beleértve a nanotechnológiát, az anyagtudományt és a gyógyszeripart.
  3. Emulgeálás és keverés: A szonda típusú ultrahangos készülékeket emulziók létrehozására és folyadékok keverésére használják. Az ultrahangos energia kavitációt, mikroszkopikus buborékok kialakulását és összeomlását okozza, ami intenzív helyi nyíróerőket generál. Ez az eljárás segíti a nem elegyedő folyadékok emulgeálását, stabil és finoman diszpergált emulziók előállítását.
  4. Extrakció: A kavitációs nyíróerők miatt az ultrahangos készülékek rendkívül hatékonyak a sejtszerkezetek megzavarásában és a szilárd és folyadék közötti tömegátadás javításában. Ezért az ultrahangos extrakciót széles körben használják intracelluláris anyagok, például bioaktív vegyületek felszabadítására kiváló minőségű botanikai kivonatok előállításához.
  5. Gáztalanítás és légtelenítés: A szonda típusú ultrahangos készülékeket gázbuborékok vagy oldott gázok folyadékokból történő eltávolítására használják. Az ultrahangos kavitáció alkalmazása elősegíti a gázbuborékok összeolvadását, hogy növekedjenek és lebegjenek a folyadék tetejére. Az ultrahangos kavitáció gyors és hatékony eljárássá teszi a gáztalanítást. Ez értékes a különböző iparágakban, például a festékekben, a hidraulikafolyadékokban vagy az élelmiszer- és italgyártásban, ahol a gázok jelenléte negatívan befolyásolhatja a termék minőségét és stabilitását.
  6. Sonocatalysis: Az ultrahangos szondák szonokatalízisre használhatók, olyan folyamat, amely ötvözi az akusztikus kavitációt a katalizátorokkal a kémiai reakciók fokozása érdekében. Az ultrahangos hullámok által generált kavitáció javítja a tömegátadást, növeli a reakciósebességet és elősegíti a szabad gyökök termelését, ami hatékonyabb és szelektívebb kémiai átalakulásokhoz vezet.
  7. A minta előkészítése: A szonda típusú ultrahangos készülékeket általában laboratóriumokban használják a minta előkészítéséhez. Ezeket biológiai minták, például sejtek, szövetek és vírusok homogenizálására, bontására és kivonására használják. A szonda által generált ultrahangos energia megzavarja a sejtmembránokat, felszabadítja a sejttartalmat és megkönnyíti a további elemzést.
  8. Szétesés és sejtzavar: A szonda típusú ultrahangos készülékeket a sejtek és szövetek szétesésére és megzavarására használják különböző célokra, például intracelluláris komponensek kivonására, mikrobiális inaktiválásra vagy minta előkészítésére elemzésre. A nagy intenzitású ultrahangos hullámok és az így generált kavitáció mechanikai feszültséget és nyíróerőket okoz, ami a sejtszerkezetek szétesését eredményezi. A biológiai kutatásban és az orvosi diagnosztikában szonda típusú ultrahangos készülékeket használnak a sejtlízishez, a nyitott sejtek megszakításának folyamatához, hogy felszabadítsák intracelluláris komponenseiket. Az ultrahangos energia megzavarja a sejtfalakat, membránokat és organellákat, lehetővé téve a fehérjék, DNS, RNS és más sejtösszetevők kivonását.

 
Ezek a szonda típusú ultrahangos készülékek kulcsfontosságú alkalmazásai, de a technológia még szélesebb körű egyéb felhasználásokkal rendelkezik, beleértve a sonochemistry-t, a részecskeméret-csökkentést (nedves marás), az alulról felfelé irányuló részecskeszintézist és a vegyi anyagok és anyagok szono-szintézisét különböző iparágakban, például gyógyszeriparban, élelmiszer-feldolgozásban, biotechnológiában és környezettudományokban.

 

Ultrahangos grafén hámlás vízben

A képkockák nagy sebességű szekvenciája (a-tól f-ig), amely szemlélteti a grafitpehely vízben történő szonomechanikus hámlását az UP200S, egy 200 W-os ultrahangos készülék 3 mm-es sonotrode-val. A nyilak a hasító részecskék helyét mutatják a hasításba behatoló kavitációs buborékokkal.
© Tyurnina és mtsai. 2020

Akusztikus kavitáció, amint az itt látható a Hielscher ultrasonicator UIP1500hdT használják a kémiai reakciók kezdeményezésére és előmozdítására. Ultrahangos kavitáció Hielscher UIP1500hdT (1500W) ultrahangos készülék szonokémiai reakciókhoz.

Ultrahangos kavitáció az UIP1000hdT ultrahangos készülék kaszkatród szondáján (1000 watt, 20kHz) üvegreaktorban.

Videó az akusztikus kavitációról folyadékban

A következő videó bemutatja az akusztikus kavitációt az UIP1000hdT ultrahangos készülék kaszkatródján vízzel töltött üvegoszlopban. Az üvegoszlopot alulról vörös fény világítja meg a kavitációs buborékok megjelenítésének javítása érdekében.

Ez a videó ultrahangos / akusztikus kavitációt mutat vízben - amelyet a Hielscher UIP1000 generál. Az ultrahangos kavitációt számos folyékony alkalmazáshoz használják, mint például homogenizálás, diszperzió, emulgeálás, extrakció, gáztalanítás és szonokémiai reakciók.

Ultrahangos kavitáció folyadékokban a UIP1000

Videó indexképe

 

Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!

További információ kérése

Kérjük, használja az alábbi űrlapot, hogy további információkat kérjen az ultrahangos processzorokról az akusztikus kavitáció generálásához, alkalmazásokhoz és árakhoz. Örömmel megvitatjuk Önnel a folyamatot, és felajánlunk Önnek egy ultrahangos kavitációs rendszert, amely megfelel az Ön igényeinek!









Kérjük, vegye figyelembe a Adatvédelem.


Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:

Kötegelt mennyiség Áramlási sebesség Ajánlott eszközök
1–500 ml 10–200 ml/perc UP100H
10 és 2000 ml között 20–400 ml/perc UP200Ht, UP400St
0.1-től 20L-ig 0.2-től 4 liter/percig UIP2000hdT
10–100 liter 2–10 l/perc UIP4000hdT
n.a. 10–100 l/perc UIP16000
n.a. Nagyobb klaszter UIP16000
Az ultrahangos nagy nyíróerejű homogenizátorokat laboratóriumi, asztali, kísérleti és ipari feldolgozásban használják.

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt keverési alkalmazásokhoz, diszperzióhoz, emulgeáláshoz és extrakcióhoz laboratóriumi, kísérleti és ipari méretekben.



Irodalom / Hivatkozások


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.


Örömmel megvitatjuk a folyamatot.

Let's get in contact.