ძლიერი ულტრაბგერის გამოყენება ულტრაბგერითი რქების საშუალებით
ულტრაბგერითი რქები ან პრობები ფართოდ გამოიყენება სითხეების დამუშავების მრავალფეროვანი მიზნებისთვის, მათ შორის ჰომოგენიზაციის, დისპერგირების, სველი დაქუცმაცების, ემულსიფიკაციის, ექსტრაქციის, დეზინტეგრაციის, გახსნისა და დეაერაციისთვის. შეისწავლეთ საფუძვლები ულტრაბგერითი რქების, ულტრაბგერითი პრობებისა და მათი გამოყენების შესახებ.
ულტრაბგერითი რქა vs ულტრაბგერითი პრობი
ხშირად, ტერმინები ულტრაბგერითი რქა და პრობი ერთმანეთის ნაცვლად გამოიყენება და გულისხმობს ულტრაბგერით ღეროს, რომელიც ულტრაბგერით ტალღებს სითხეში გადასცემს. სხვა ტერმინები, რომლებიც ულტრაბგერითი პრობისთვის გამოიყენება, არის აკუსტიკური რქა, სონოტროდი, აკუსტიკური ტალღის გზამკვლევი ან ულტრაბგერითი თითი. თუმცა, ტექნიკურად არსებობს განსხვავება ულტრაბგერით რქასა და ულტრაბგერით პრობს შორის.
როგორც რქა, ისე პრობი, ეკუთვნის ე.წ. პრობის ტიპის ულტრაბგერით აპარატს. ულტრაბგერითი რქა არის ულტრაბგერითი ტრანსდუსერის მეტალის ნაწილი, რომელიც პიეზოელექტრიკულად გენერირებული ვიბრაციებით აღიგზნება. ულტრაბგერითი რქა ვიბრირებს გარკვეულ სიხშირეზე, მაგ. 20kHz, რაც ნიშნავს 20 000 ვიბრაციას წამში. ტიტანი არის ულტრაბგერითი რქების წარმოებისთვის უპირატესად შერჩეული მასალა მისი შესანიშნავი აკუსტიკური გადაცემის თვისებების, საიმედო დაღლილობის სიმტკიცისა და ზედაპირის სიხისტის გამო.
ულტრაბგერით პრობს ასევე უწოდებენ სონოტროდს ან ულტრაბგერით თითს. ეს არის მეტალის ღერო, უმეტესად ტიტანისგან დამზადებული, რომელიც შეკრულია ულტრაბგერით რქაზე. ულტრაბგერითი პრობი არის ულტრაბგერითი პროცესორის აუცილებელი ნაწილი, რომელიც ულტრაბგერით ტალღებს ულტრაბგერით დამუშავებულ გარემოში გადასცემს. ულტრაბგერითი პრობები / სონოტროდები ხელმისაწვდომია სხვადასხვა ფორმით (მაგ. კონუსური, წვეტიანი, კონუსურად დამუშავებული ან Cascatrode-ის სახით). მიუხედავად იმისა, რომ ტიტანი არის ულტრაბგერითი პრობებისთვის ყველაზე ხშირად გამოყენებული მასალა, ხელმისაწვდომია ასევე სონოტროდები, დამზადებული უჟანგავი ფოლადის, კერამიკის, მინისა და სხვა მასალებისგან.
ვინაიდან ულტრაბგერითი რქა და პრობი ულტრაბგერითი დამუშავების დროს მუდმივად განიცდიან შეკუმშვას ან დაჭიმვას, რქისა და პრობის მასალის შერჩევა კრიტიკულია. მაღალი ხარისხის ტიტანის შენადნობი (5-ე ხარისხი) ითვლება ყველაზე საიმედო, გამძლე და ეფექტურ ლითონად, რომელიც უძლებს დაძაბულობას, ინარჩუნებს მაღალ ამპლიტუდებს ხანგრძლივი პერიოდის განმავლობაში და გადასცემს აკუსტიკურ და მექანიკურ თვისებებს.
ულტრაბგერითი ტრანსდუსერი UIP2000hdT ულტრაბგერითი რქით, ბუსტერითა და პრობით (სონოტროდით)
- ულტრაბგერითი მაღალი ძვრის შერევა
- ულტრაბგერითი სველი დაქუცმაცება
- ულტრაბგერითი ნანონაწილაკების დისპერსია
- ულტრაბგერითი ნანოემულსიფიკაცია
- ულტრაბგერითი ექსტრაქცია
- ულტრაბგერითი დეზინტეგრაცია
- ულტრაბგერითი უჯრედების დისრუფცია და ლიზისი
- ულტრაბგერითი დეგაზირება და დეაერაცია
- სონოქიმია (სონოსინთეზი, სონოკატალიზი)
როგორ მუშაობს ძლიერი ულტრაბგერა? – აკუსტიკური კავიტაციის მუშაობის პრინციპი
მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი გამოყენებისთვის, როგორიცაა ჰომოგენიზაცია, ნაწილაკების ზომის შემცირება, დეზინტეგრაცია ან ნანოდისპერსიები, მაღალი ინტენსივობის, დაბალი სიხშირის ულტრაბგერა გენერირდება ულტრაბგერითი ტრანსდუსერის მიერ და გადაეცემა ულტრაბგერითი რქისა და პრობის (სონოტროდის) მეშვეობით სითხეში. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერად ითვლება ულტრაბგერა 16-30kHz დიაპაზონში. ულტრაბგერითი პრობი ფართოვდება და იკუმშება, მაგ., 20kHz-ზე, რითაც შესაბამისად 20 000 ვიბრაციას გადასცემს წამში გარემოში. როდესაც ულტრაბგერითი ტალღები გადის სითხეში, მონაცვლეობითი მაღალი წნევის (შეკუმშვა) / დაბალი წნევის (გაიშვიათება / გაფართოება) ციკლები ქმნიან მიკროსკოპულ ღრუებს (ვაკუუმის ბუშტუკებს), რომლებიც იზრდება რამდენიმე წნევის ციკლის განმავლობაში. სითხისა და ბუშტუკების შეკუმშვის ფაზის დროს წნევა არის დადებითი, ხოლო გაიშვიათების ფაზა ქმნის ვაკუუმს (უარყოფითი წნევა). შეკუმშვა-გაფართოების ციკლების დროს ღრუები სითხეში იზრდება, სანამ არ მიაღწევენ ზომას, რომელზეც ისინი ვეღარ შთანთქავენ დამატებით ენერგიას. ამ მომენტში ისინი ძლიერად იმპლოდირდებიან. ამ ღრუების იმპლოზია იწვევს სხვადასხვა მაღალენერგიულ ეფექტებს, რომლებიც ცნობილია როგორც აკუსტიკური / ულტრაბგერითი კავიტაციის ფენომენი. აკუსტიკური კავიტაცია ხასიათდება მრავალრიცხოვანი მაღალენერგიული ეფექტებით, რომლებიც მოქმედებენ სითხეებზე, მყარი/სითხე სისტემებზე, ასევე აირი/სითხე სისტემებზე. ენერგიით მდიდარი ზონა ანუ კავიტაციური ზონა ცნობილია როგორც ე.წ. ცხელი წერტილის ზონა, რომელიც ყველაზე ენერგიით მდიდარია ულტრაბგერითი პრობის სიახლოვეს და მცირდება სონოტროდიდან მანძილის ზრდასთან ერთად. ულტრაბგერითი კავიტაციის მთავარი მახასიათებლები მოიცავს ლოკალურად წარმოქმნილ ძალიან მაღალ ტემპერატურებსა და წნევებს და მათ შესაბამის სხვაობებს, ტურბულენციას და სითხის ნაკადს. ულტრაბგერითი ღრუების იმპლოზიის დროს ულტრაბგერით ცხელ წერტილებში შესაძლებელია გაიზომოს ტემპერატურა 5000 კელვინამდე, წნევა 200 ატმოსფერომდე და სითხის ჯეტები 1000km/h-მდე. ეს შესანიშნავი ენერგიით მდიდარი პირობები ხელს უწყობს სონომექანიკურ და სონოქიმიურ ეფექტებს, რომლებიც სხვადასხვა გზით ინტენსიფიცირებენ პროცესებსა და ქიმიურ რეაქციებს.
ულტრაბგერითი დამუშავების მთავარი გავლენა სითხეებზე და ნარევებზე არის შემდეგი:
- მაღალი ძვრა: ულტრაბგერითი მაღალი ძვრის ძალები არღვევენ სითხეებს და სითხე-მყარი სისტემებს, რაც იწვევს ინტენსიურ აღრევას, ჰომოგენიზაციასა და მასის გადატანას.
- გავლენა: ულტრაბგერითი კავიტაციით წარმოქმნილი სითხის ჯეტები და ნაკადები აჩქარებენ მყარ ნაწილაკებს სითხეში, რაც შემდგომში იწვევს ნაწილაკთაშორის შეჯახებას. როდესაც ნაწილაკები ძალიან მაღალი სიჩქარით ეჯახებიან ერთმანეთს, ისინი ეროზიას განიცდიან, იმსხვრევიან, იფქვებიან და წვრილად დისპერგირდებიან, ხშირად ნანოზომამდე. ბიოლოგიური მასალისთვის, როგორიცაა მცენარეული მასალები, მაღალსიჩქარიანი სითხის ჯეტები და მონაცვლეობითი წნევის ციკლები არღვევენ უჯრედის კედლებს და ათავისუფლებენ უჯრედშიდა მასალას. ეს იწვევს ბიოაქტიური კომპონენტების მაღალეფექტურ ექსტრაქციას და ბიოლოგიური მასალის ჰომოგენურ შერევას.
- აგიტაცია: ულტრაბგერითი დამუშავება იწვევს ინტენსიურ ტურბულენტობას, ძვრის ძალებსა და მიკრომოძრაობას სითხეში ან ნარევში. ამრიგად, ულტრაბგერითი დამუშავება ყოველთვის ინტენსიფიცირებს მასის გადატანას და ამით აჩქარებს რეაქციებსა და პროცესებს.
ულტრაბგერითი რქა
ინდუსტრიაში გავრცელებული ულტრაბგერითი გამოყენებები მოიცავს კვებისა და ფარმაცევტიკის, ფინ-ქიმიის, ენერგეტიკისა და ნავთობქიმიის, რეციკლირების, ბიორეფინერიების და სხვა ბევრ დარგს და მოიცავს შემდეგს:
- ულტრაბგერითი ბიოდიზელის სინთეზი
- ულტრაბგერითი ხილის წვენების ჰომოგენიზაცია
- ულტრაბგერითი ვაქცინების წარმოება
- ულტრაბგერითი Li-იონური ბატარეების რეციკლირება
- ულტრაბგერითი ნანომასალების სინთეზი
- ულტრაბგერითი ფარმაცევტული პრეპარატების ფორმულირება
- ულტრაბგერითი CBD-ის ნანოემულსიფიკაცია
- ულტრაბგერითი ბოტანიკური მასალების ექსტრაქცია
- ულტრაბგერითი ნიმუშების მომზადება ლაბორატორიებში
- ულტრაბგერითი სითხეების დეგაზირება
- ულტრაბგერითი ნედლი ნავთობის დესულფურიზაცია
- და ბევრი სხვა …
ულტრაბგერითი რქები და პრობები მაღალი წარმადობის გამოყენებებისთვის
Hielscher Ultrasonics არის მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი აპარატების ხანგრძლივი გამოცდილების მქონე მწარმოებელი და დისტრიბუტორი. ეს აპარატები მსოფლიო მასშტაბით გამოიყენება მრავალ ინდუსტრიაში მძიმე დატვირთვის გამოყენებებისთვის.
ულტრაბგერითი პროცესორებით ყველა ზომის 50 ვატიდან 16kW-მდე ერთ მოწყობილობაზე, პრობებით სხვადასხვა ზომისა და ფორმის, ულტრაბგერითი რეაქტორებით სხვადასხვა მოცულობისა და გეომეტრიის, Hielscher Ultrasonics-ს აქვს შესაბამისი აღჭურვილობა თქვენი გამოყენებისთვის იდეალური ულტრაბგერითი კონფიგურაციის შესაქმნელად.
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების დაახლოებით დამუშავების სიმძლავრეზე:
| პარტიის მოცულობა | ნაკადის სიჩქარე | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 1-დან 500mL-მდე | 10-დან 200mL/min-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000mL-მდე | 20-დან 400mL/min-მდე | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-დან 20L-მდე | 0,2-დან 4L/min-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100L-მდე | 2-დან 10L/min-მდე | UIP4000hdT |
| n.a. | 10-დან 100L/min-მდე | UIP16000 |
| n.a. | უფრო დიდი | კლასტერი UIP16000 |
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით!
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს შერევის გამოყენებებისთვის, დისპერსიისთვის, ემულსიფიკაციისთვის და ექსტრაქციისთვის ლაბორატორიულ, საცდელ და ინდუსტრიულ მასშტაბებზე.
ლიტერატურა / რეფერენსები
- Kenneth S. Suslick, Yuri Didenko, Ming M. Fang, Taeghwan Hyeon, Kenneth J. Kolbeck, William B. McNamara, Millan M. Mdleleni, Mike Wong (1999): Acoustic Cavitation and Its Chemical Consequences. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, Vol. 357, Issue 1751, 1999. 335-353.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
- Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering) 77:5; 2015. 155-161.