Ուլտրաձայնային բյուրեղացում և նստեցում
Սոնոբյուրեղացում և սոնոնստեցում
Բյուրեղացման և նստեցման ընթացքում ուլտրաձայնային ալիքների կիրառումը տարբեր դրական ազդեցություններ է ունենում գործընթացի վրա։
Բարձր հզորության ուլտրաձայնն օգնում է
- ձևավորել գերհագեցած/ գերհագեցած լուծույթներ
- հարուցել արագ սաղմնագոյացում
- վերահսկել բյուրեղների աճի արագությունը
- վերահսկել նստեցումը
- վերահսկել պոլիմորֆ ձևերը
- նվազեցնել խառնուրդները
- ստանալ բյուրեղների չափերի համաչափ բաշխում
- ստանալ միատեսակ մորֆոլոգիա
- կանխել մակերևույթների վրա անցանկալի նստվածքագոյացումը
- հարուցել երկրորդային սաղմնագոյացում
- բարելավել պինդ և հեղուկ փուլերի բաժանումը
Ուլտրաձայնային մշակման UIP2000hdT սարք սոնոբյուրեղացման համար նախատեսված պարբերական ռեակտորով
Բյուրեղացման և նստեցման տարբերությունը
Թե՛ բյուրեղացումը, թե՛ նստեցումը լուծելիությամբ պայմանավորված գործընթացներ են, որոնց ընթացքում հագեցման կետը գերազանցած լուծույթից առաջանում է պինդ փուլ՝ բյուրեղի կամ նստվածքի տեսքով։ Բյուրեղացման և նստեցման տարբերությունը պայմանավորված է առաջացման մեխանիզմով և վերջնական արտադրանքի բնույթով։
Բյուրեղացման ընթացքում տեղի է ունենում բյուրեղային ցանցի կանոնավոր և աստիճանական զարգացում՝ օրգանական մոլեկուլների ընտրողական դասավորմամբ, ինչի արդյունքում ի վերջո ստացվում է մաքուր և հստակ սահմանված բյուրեղային կամ պոլիմորֆ միացություն։ Ի հակադրություն՝ նստեցումը ներառում է գերհագեցած լուծույթից պինդ փուլերի արագ առաջացումը, որի արդյունքում ձևավորվում են բյուրեղային կամ ամորֆ պինդ նյութեր։ Կարևոր է նշել, որ բյուրեղացումն ու նստեցումը տարբերակելը կարող է դժվար լինել, քանի որ շատ օրգանական նյութեր սկզբում առաջանում են որպես ամորֆ, ոչ բյուրեղային պինդ նյութեր, որոնք հետագայում անցում են կատարում իսկապես բյուրեղային վիճակի։ Նման դեպքերում նստեցման ընթացքում սաղմնագոյացման և ամորֆ պինդ նյութի առաջացման միջև սահմանազատումը բարդանում է։
Բյուրեղացման և նստեցման գործընթացները պայմանավորված են երկու հիմնարար փուլերով՝ սաղմնագոյացմամբ և բյուրեղների աճով։ Սաղմնագոյացումը սկսվում է, երբ գերհագեցած լուծույթում լուծված նյութի մոլեկուլները կուտակվում են՝ ձևավորելով կլաստերներ կամ սաղմեր, որոնք այնուհետև հիմք են ծառայում պինդ փուլերի հետագա աճի համար։
Բյուրեղացման և նստեցման գործընթացների տարածված խնդիրները
Բյուրեղացումն ու նստեցումը սովորաբար ընթանում են կա՛մ խիստ ընտրողականորեն, կա՛մ շատ արագ, ուստի դժվար են վերահսկվում։ Արդյունքում սաղմնագոյացումը հիմնականում տեղի է ունենում պատահականորեն, այնպես որ ստացվող բյուրեղների (նստվածքների) որակը չի վերահսկվում։ Համապատասխանաբար, ստացվող բյուրեղների չափը չի համապատասխանում նախապես սահմանված պահանջներին, դրանք անհավասարաչափ են բաշխված և ունեն ոչ միատեսակ ձև։ Այսպիսի պատահականորեն նստեցված բյուրեղներն առաջացնում են որակի լուրջ խնդիրներ , քանի որ բյուրեղների չափը, բաշխումը և մորֆոլոգիան նստեցված մասնիկների որակի վճռորոշ չափանիշներ են։ Չվերահսկվող բյուրեղացումն ու նստեցումը նշանակում են ցածրորակ արտադրանք։
Լուծում՝ բյուրեղացում և նստեցում ուլտրաձայնային մշակման պայմաններում
Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ բյուրեղացումը (սոնոբյուրեղացում) և նստեցումը (սոնոնստեցում) թույլ են տալիս ճշգրիտ վերահսկել գործընթացի պայմանները։ Ուլտրաձայնային բյուրեղացման բոլոր կարևոր պարամետրերի վրա կարելի է ճշգրիտ ներգործել՝ ապահովելով վերահսկվող բյուրեղագոյացում և բյուրեղացում։ Ուլտրաձայնային եղանակով նստեցված բյուրեղներն ունեն ավելի համաչափ չափեր և ավելի խորանարդաձև մորֆոլոգիա։ Սոնոբյուրեղացման և սոնոնստեցման վերահսկվող պայմանները թույլ են տալիս ապահովել բարձր վերարտադրելիություն և բյուրեղների կայուն որակ։ Փոքր մասշտաբով ստացված բոլոր արդյունքները կարող են լիովին գծային կերպով տեղափոխվել ավելի մեծ մասշտաբի։ Ուլտրաձայնային բյուրեղացումը և նստեցումը հնարավորություն են տալիս բյուրեղային նանոմասնիկներ արտադրել կատարելագործված տեխնոլոգիայով՝ ինչպես լաբորատոր, այնպես էլ արդյունաբերական մասշտաբով։
Ուլտրաձայնային եղանակով սինթեզված պերովսկիտային նանոբյուրեղների տրանսմիսիոն էլեկտրոնային մանրադիտակով (TEM) պատկերը. CH3NH3PbBr3 քվանտային կետեր (QDs)՝ (a) ուլտրաձայնային մշակմամբ և (b) առանց ուլտրաձայնային մշակման։
(Պատկեր և հետազոտություն՝ ©Chen et al., 2007)
Ուլտրաձայնային կավիտացիայի ազդեցությունը բյուրեղացման և նստեցման վրա
Երբ բարձր էներգիայով ուլտրաձայնային ալիքները հաղորդվում են հեղուկներին, բարձր և ցածր ճնշման հերթագայվող ցիկլերը հեղուկում ստեղծում են պղպջակներ կամ խոռոչներ։ Այդ պղպջակներն աճում են մի քանի ցիկլի ընթացքում, մինչև այլևս չեն կարողանում էներգիա կլանել, ինչի հետևանքով բարձր ճնշման ցիկլի ընթացքում ուժգին փլուզվում են։ Պղպջակների՝ դեպի ներս ուղղված այսպիսի ուժգին փլուզման երևույթը հայտնի է որպես ակուստիկ կավիտացիա և բնութագրվում է տեղային ծայրահեղ պայմաններով, ինչպիսիք են շատ բարձր ջերմաստիճանները, սառեցման բարձր արագությունները, ճնշման մեծ տարբերությունները, հարվածային ալիքները և հեղուկի շիթերը։
Ուլտրաձայնային կավիտացիայի ազդեցությունները նպաստում են բյուրեղացմանը և նստեցմանը՝ ապահովելով նախանյութերի խիստ համասեռ խառնում։ Ուլտրաձայնային լուծումը գերհագեցած լուծույթներ ստանալու լավ հաստատված մեթոդ է։ Ինտենսիվ խառնումը և դրա շնորհիվ բարելավված զանգվածափոխանակությունը բարելավում են բյուրեղացման սաղմերի սկզբնավորումը։ Ուլտրաձայնային հարվածային ալիքներն օժանդակում են սաղմերի ձևավորմանը։ Որքան շատ սաղմեր են սկզբնավորվում, այնքան ավելի մանր բյուրեղներ են ստացվում, և այնքան ավելի արագ է ընթանում բյուրեղների աճը։ Քանի որ ուլտրաձայնային կավիտացիան կարելի է շատ ճշգրիտ վերահսկել, հնարավոր է վերահսկել բյուրեղացման գործընթացը։ Ուլտրաձայնային ուժերի շնորհիվ բյուրեղագոյացման բնականորեն առկա արգելքները հեշտությամբ հաղթահարվում են։
Բացի այդ, ուլտրաձայնային մշակումն օժանդակում է այսպես կոչված երկրորդային բյուրեղագոյացմանը, քանի որ հզոր ուլտրաձայնային սահքի ուժերը կոտրում և ապաագլոմերացնում են ավելի խոշոր բյուրեղները կամ ագլոմերատները։
Ուլտրաձայնի կիրառմամբ կարելի է խուսափել նախանյութերի նախնական մշակումից, քանի որ ուլտրաձայնային մշակումն արագացնում է ռեակցիայի կինետիկան։
Ուլտրաձայնային կավիտացիան ստեղծում է խիստ ինտենսիվ ուժեր, որոնք նպաստում են բյուրեղացման և նստեցման գործընթացներին
Ուլտրաձայնային մշակմամբ բյուրեղների չափի վրա ներգործելը
Ուլտրաձայնը հնարավորություն է տալիս արտադրել պահանջներին համապատասխանեցված բյուրեղներ։ Ուլտրաձայնային մշակման երեք հիմնական տարբերակները զգալիորեն ազդում են ստացվող արդյունքի վրա.
- Սկզբնական ուլտրաձայնային մշակում.
Գերհագեցած լուծույթի նկատմամբ ուլտրաձայնային ալիքների կարճատև կիրառումը կարող է սկիզբ դնել բյուրեղացման սաղմերի սկզբնավորմանն ու ձևավորմանը։ Քանի որ ուլտրաձայնային մշակումը կիրառվում է միայն սկզբնական փուլում, բյուրեղների հետագա աճն ընթանում է անարգել, ինչի արդյունքում առաջանում են ավելի խոշոր բյուրեղներ։ - Շարունակական ուլտրաձայնային մշակում.
Գերհագեցած լուծույթի շարունակական ճառագայթման արդյունքում ստացվում են մանր բյուրեղներ, քանի որ անընդհատ ուլտրաձայնային մշակումը ստեղծում է մեծ թվով սաղմեր՝ հանգեցնելով բազմաթիվ մանր բյուրեղների աճին։ - Իմպուլսային ուլտրաձայնային մշակում.
Իմպուլսային ուլտրաձայնը նշանակում է ուլտրաձայնի կիրառում որոշակի միջակայքերով։ Ուլտրաձայնային էներգիայի ճշգրիտ վերահսկվող ներմուծումը թույլ է տալիս ազդել բյուրեղների աճի վրա՝ ապահովելու բյուրեղների պահանջներին համապատասխանեցված չափը։
Ուլտրաձայնային սարքեր՝ բյուրեղացման և նստեցման գործընթացների բարելավման համար
Սոնոբյուրեղացման և սոնոնստեցման գործընթացները կարող են իրականացվել խմբաքանակներով կամ փակ ռեակտորներում, որպես անընդհատ ներհոսքային գործընթաց կամ տեղում ընթացող ռեակցիա։ Hielscher Ultrasonics ընկերությունը ձեզ տրամադրում է ձեր կոնկրետ սոնոբյուրեղացման և սոնոնստեցման գործընթացին կատարելապես համապատասխան ուլտրաձայնային մշակման սարք՝ լինի դա լաբորատոր և սեղանադիր մասշտաբներով հետազոտությունների, թե արդյունաբերական արտադրության համար։ Մեր արտադրանքի լայն տեսականին բավարարում է ձեր կարիքները։ Բոլոր ուլտրաձայնային մշակման սարքերը կարող են կարգավորվել ուլտրաձայնային իմպուլսային ցիկլերով աշխատելու համար – այս գործառույթը թույլ է տալիս ազդել բյուրեղների չափի վրա՝ այն պահանջներին համապատասխանեցնելու նպատակով։
Ուլտրաձայնային բյուրեղացման առավելություններն էլ ավելի մեծացնելու համար խորհուրդ է տրվում օգտագործել Hielscher հոսքային բջջի MultiPhaseCavitator ներդիրը։ Այս հատուկ ներդիրն ապահովում է նախանյութի ներարկումը 48 բարակ կանյուլաներով՝ բարելավելով սկզբնական բյուրեղացման կենտրոնների առաջացումը։ Նախանյութերը կարող են ճշգրիտ դոզավորվել՝ ապահովելով բյուրեղացման գործընթացի կառավարելիության բարձր աստիճան։
MultiPhaseCavitator՝ բյուրեղացման գործընթացների բարելավման համար
Ուլտրաձայնային բյուրեղացում
- արագ
- արդյունավետ
- ճշգրիտ վերարտադրելի
- բարձրորակ վերջնարտադրանք
- բարձր ելքեր
- կառավարելի
- հուսալի
- համակարգի կազմաձևման տարբեր հնարավորություններ
- անվտանգ
- հեշտ շահագործում
- հեշտ մաքրում (CIP/ SIP)
- տեխնիկական սպասարկման փոքր պահանջ
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային մշակման սարքերի մոտավոր մշակման արտադրողականության մասին․
| Խմբաքանակի ծավալ | Ծավալային հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 0,5–1,5mL | n.a. | VialTweeter | 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | ավելի բարձր | սարքերի խումբ՝ UIP16000 |
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
Ուլտրաձայնային ապակե ռեակտոր՝ ներհոսքային բյուրեղացման և նստեցման համար
Գրականություն / Հղումներ
- Gielen, B.; Jordens, J.; Thomassen, L.C.J.; Braeken, L.; Van Gerven, T. (2017): Agglomeration Control during Ultrasonic Crystallization of an Active Pharmaceutical Ingredient. Crystals 7, 40; 2017.
- Pameli Pal, Jugal K. Das, Nandini Das, Sibdas Bandyopadhyay (2013): Synthesis of NaP zeolite at room temperature and short crystallization time by sonochemical method. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 20, Issue 1, 2013. 314-321.
- Bjorn Gielen, Piet Kusters, Jeroen Jordens, Leen C.J. Thomassen, Tom Van Gerven, Leen Braeken (2017): Energy efficient crystallization of paracetamol using pulsed ultrasound. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, Volume 114, 2017. 55-66.
- Szabados, Márton; Ádám, Adél Anna; Kónya, Zoltán; Kukovecz, Ákos; Carlson, Stefan; Sipos, Pál; Pálinkó, István (2019): Effects of ultrasonic irradiation on the synthesis, crystallization, thermal and dissolution behaviour of chloride-intercalated, co-precipitated CaFe-layered double hydroxide. Ultrasonics Sonochemistry 2019.
- Deora, N.S.; Misra, N.N.; Deswal, A.; Mishra, H.N.; Cullen, P.J.; Tiwari B.K. (2013): Ultrasound for Improved Crystallisation in Food Processing. Food Engineering Reviews, 5/1, 2013. 36-44.
- Jagtap, Vaibhavkumar A.; Vidyasagar, G.; Dvivedi, S. C. (2014): Solubility enhancement of rosiglitazone by using melt sonocrystallization technique. Journal of Ultrasound 17/1., 2014. 27-32.
- Luque de Castro, M.D.; Priego-Capote, F. (2007): Ultrasound-assisted crystallization (sonocrystallization). Ultrasonics Sonochemistry 14/6, 2007. 717-724.
- Sander, John R.G.; Zeiger, Brad W.; Suslick, Kenneth S. (2014): Sonocrystallization and sonofragmentation. Ultrasonics Sonochemistry 21/6, 2014. 1908-1915.
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
Հեղուկների, հեղուկ–պինդ և հեղուկ–գազ խառնուրդների նկատմամբ ինտենսիվ ուլտրաձայնային ալիքների կիրառումը նպաստում է նյութագիտության, քիմիայի, կենսաբանության և կենսատեխնոլոգիայի բազմաթիվ գործընթացների իրականացմանը։ Ինչպես բազմազան են դրա կիրառությունները, այնպես էլ հեղուկների կամ կախույթների մեջ ուլտրաձայնային ալիքների էներգիայի ներմուծումը կոչվում է տարբեր տերմիններով, որոնք նկարագրում են ուլտրաձայնային մշակման գործընթացը։ Տարածված տերմիններն են՝ սոնիկացիա, ուլտրասոնիկացիա, սոնիֆիկացիա, ուլտրաձայնային ճառագայթում, ինսոնացիա, սոնորիզացիա և ինսոնիֆիկացիա։
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ սկսած լաբորատոր չափերից մինչև արդյունաբերական չափերը։