ულტრაბგერითი Cavitation in Liquids
მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ულტრაბგერითი ტალღები წარმოქმნის აკუსტიკური კავიტაციას სითხეებში. კავიტაცია იწვევს ადგილობრივ ექსტრემალურ ეფექტებს, როგორიცაა თხევადი ჭავლები 1000 კმ/სთ-მდე, წნევა 2000 ატმ-მდე და ტემპერატურა 5000 კელვინამდე. ეს ულტრაბგერითი წარმოქმნილი ძალები გამოიყენება მრავალი სითხის დამუშავებისთვის, როგორიცაა ჰომოგენიზაცია, დაშლა, ემულსიფიკაცია, ექსტრაქცია, უჯრედების დაშლა, ასევე ქიმიური რეაქციების გაძლიერება.
ულტრაბგერითი კავიტაციის მუშაობის პრინციპი
მაღალი ინტენსივობის დროს სითბოს დამონტაჟებისას, სითხე ტალღების გავრცელების შედეგად, თხევადი მედიის გავრცელებას გამოიწვევს მაღალი წნევის (შეკუმშვის) და დაბალი წნევის (არანჟირება) ციკლის ალტერნატივა, რაც დამოკიდებულია სიხშირის მიხედვით. დაბალი წნევის ციკლის დროს, მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ტალღები თხევადი ვაკუუმური ბუშტების ან ვაიდის შექმნას ქმნის. როდესაც ბუშტები მიიღებენ მოცულობას, რომლითაც მათ აღარ შეუძლიათ ენერგიის მიღება, ისინი ზეწოლას ახდენენ მაღალი წნევის ციკლის დროს. ამ ფენომენს უწოდა კვატაცია. ჭაბურღილის დროს ძალიან მაღალი ტემპერატურა (დაახლოებით 5,000 კ) და ზეწოლა (2,000 სმ). Cavitation bubble of implosion ასევე იწვევს 280m / s სიჩქარის თხევადი გამანადგურებლებზე.
ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი აპარატები, როგორიცაა UP400St გამოიყენეთ აკუსტიკური კავიტაციის მუშაობის პრინციპი.
აკუსტიკური კავიტაცია (წარმოქმნილი დენის ულტრაბგერითი) ქმნის ადგილობრივ ექსტრემალურ პირობებს, ეგრეთ წოდებულ სონომექანიკურ და სონოქიმიურ ეფექტებს. ამ ეფექტების გამო, sonication ხელს უწყობს ქიმიურ რეაქციებს, რაც იწვევს უფრო მაღალ მოსავლიანობას, რეაქციის უფრო სწრაფ სიჩქარეს, ახალ გზებს და გაუმჯობესებულ საერთო ეფექტურობას.
ულტრაბგერითების ძირითადი აპლიკაციები აკუსტიკური კავიტაციის გამოყენებით
ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი, ასევე ცნობილი როგორც ულტრაბგერითი ზონდები, ეფექტურად წარმოქმნის ინტენსიურ აკუსტიკური კავიტაციას სითხეებში. აქედან გამომდინარე, ისინი ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა პროგრამებში სხვადასხვა ინდუსტრიაში. ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი წარმოქმნილი აკუსტიკური კავიტაციის ზოგიერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი პროგრამა მოიცავს:
ძლიერი ულტრაბგერითი კავიტაცია Hielscher Ultrasonic Cascatrode-ში
- ჰომოგენიზაცია: ულტრაბგერითი ზონდებს შეუძლიათ წარმოქმნან ინტენსიური კავიტაცია, რომელიც ხასიათდება როგორც ვიბრაციისა და ათვლის ძალების ენერგიით მკვრივი ველი. ეს ძალები უზრუნველყოფს შესანიშნავ შერევას, შერევას და ნაწილაკების ზომის შემცირებას. ულტრაბგერითი ჰომოგენიზაცია აწარმოებს ერთნაირად შერეულ სუსპენზიებს. მაშასადამე, სონიკა გამოიყენება ვიწრო განაწილების მრუდებით ერთგვაროვანი კოლოიდური სუსპენზიის შესაქმნელად.
- ნანონაწილაკების დისპერსია: ულტრაბგერითები გამოიყენება ნანონაწილაკების დისპერსიის, დეაგლომერაციისა და სველი დაფქვისთვის. დაბალი სიხშირის ულტრაბგერითი ტალღები შეიძლება გამოიწვიოს გავლენიანი კავიტაცია, რომელიც ანგრევს აგლომერატებს და ამცირებს ნაწილაკების ზომას. კერძოდ, თხევადი ჭავლების მაღალი ათვლა აჩქარებს სითხეში არსებულ ნაწილაკებს, რომლებიც ერთმანეთს ეჯახებიან (ნაწილაკთაშორისი შეჯახება), რის შედეგადაც ნაწილაკები იშლება და იშლება. ეს იწვევს ნაწილაკების ერთგვაროვან და სტაბილურ განაწილებას, რომელიც ხელს უშლის დალექვას. ეს გადამწყვეტია სხვადასხვა სფეროში, მათ შორის ნანოტექნოლოგიაში, მასალების მეცნიერებაში და ფარმაცევტულ პროდუქტებში.
- ემულსიფიკაცია და შერევა: ზონდის ტიპის ულტრაბგერითები გამოიყენება ემულსიების შესაქმნელად და სითხეების შერევისთვის. ულტრაბგერითი ენერგია იწვევს კავიტაციას, მიკროსკოპული ბუშტების წარმოქმნას და კოლაფსს, რაც წარმოქმნის ინტენსიურ ადგილობრივ ათვლის ძალებს. ეს პროცესი ხელს უწყობს შეურევადი სითხეების ემულგირებას, სტაბილური და წვრილად გაფანტული ემულსიების წარმოქმნას.
- მოპოვება: კავიტაციური ათვლის ძალების გამო, ულტრაბგერითები ძალზე ეფექტურია უჯრედული სტრუქტურების ჩაშლაში და მასის გადაცემის გასაუმჯობესებლად მყარ და თხევადს შორის. ამიტომ, ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ფართოდ გამოიყენება უჯრედშორისი მასალის გასათავისუფლებლად, როგორიცაა ბიოაქტიური ნაერთები მაღალი ხარისხის ბოტანიკური ექსტრაქტების წარმოებისთვის.
- დეგაზაცია და დეაერაცია: ზონდის ტიპის ულტრაბგერითები გამოიყენება სითხეებიდან გაზის ბუშტების ან გახსნილი გაზების მოსაშორებლად. ულტრაბგერითი კავიტაციის გამოყენება ხელს უწყობს გაზის ბუშტების გაერთიანებას ისე, რომ ისინი გაიზარდოს და ცურავს სითხის ზედა ნაწილში. ულტრაბგერითი კავიტაცია დეგაზიზაციას სწრაფ და ეფექტურ პროცედურად აქცევს. ეს ღირებულია სხვადასხვა ინდუსტრიებში, როგორიცაა საღებავები, ჰიდრავლიკური სითხეები ან საკვები და სასმელების გადამუშავება, სადაც გაზების არსებობამ შეიძლება უარყოფითად იმოქმედოს პროდუქტის ხარისხსა და სტაბილურობაზე.
- სონოკატალიზი: ულტრაბგერითი ზონდები შეიძლება გამოყენებულ იქნას სონოკატალიზისთვის, პროცესი, რომელიც აერთიანებს აკუსტიკური კავიტაციას კატალიზატორებთან ქიმიური რეაქციების გასაძლიერებლად. ულტრაბგერითი ტალღების მიერ წარმოქმნილი კავიტაცია აუმჯობესებს მასის გადაცემას, ზრდის რეაქციის სიჩქარეს და ხელს უწყობს თავისუფალი რადიკალების გამომუშავებას, რაც იწვევს უფრო ეფექტურ და შერჩევით ქიმიურ ტრანსფორმაციას.
- ნიმუშის მომზადება: ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი აპარატები ჩვეულებრივ გამოიყენება ლაბორატორიებში ნიმუშის მოსამზადებლად. ისინი გამოიყენება ბიოლოგიური ნიმუშების, როგორიცაა უჯრედების, ქსოვილებისა და ვირუსების ჰომოგენიზაციის, დაშლისა და ამოღების მიზნით. ზონდის მიერ წარმოქმნილი ულტრაბგერითი ენერგია არღვევს უჯრედის მემბრანებს, ათავისუფლებს უჯრედულ შიგთავსს და ხელს უწყობს შემდგომ ანალიზს.
- დაშლა და უჯრედების დარღვევა: ზონდის ტიპის ულტრაბგერითები გამოიყენება უჯრედებისა და ქსოვილების დაშლისა და დაშლის მიზნით სხვადასხვა მიზნებისთვის, როგორიცაა უჯრედშიდა კომპონენტების ექსტრაქცია, მიკრობული ინაქტივაცია ან ნიმუშის მომზადება ანალიზისთვის. მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ტალღები და ამით წარმოქმნილი კავიტაცია იწვევს მექანიკურ სტრესს და ათვლის ძალებს, რაც იწვევს უჯრედის სტრუქტურების დაშლას. ბიოლოგიურ კვლევასა და სამედიცინო დიაგნოსტიკაში ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი გამოიყენება უჯრედების ლიზისისთვის, ღია უჯრედების დაშლის პროცესი მათი უჯრედშიდა კომპონენტების გასათავისუფლებლად. ულტრაბგერითი ენერგია არღვევს უჯრედის კედლებს, მემბრანებსა და ორგანელებს, რაც უზრუნველყოფს ცილების, დნმ-ის, რნმ-ის და სხვა უჯრედული კომპონენტების ექსტრაქციას.
ეს არის ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი აპარატების ზოგიერთი ძირითადი გამოყენება, მაგრამ ტექნოლოგიას აქვს სხვა გამოყენების კიდევ უფრო ფართო სპექტრი, მათ შორის სონოქიმია, ნაწილაკების ზომის შემცირება (სველი დაფქვი), ნაწილაკების ქვემოდან ზემოდან სინთეზი და ქიმიური ნივთიერებების სონოსინთეზი. და მასალები სხვადასხვა ინდუსტრიებში, როგორიცაა ფარმაცევტული, საკვების გადამამუშავებელი, ბიოტექნოლოგია და გარემოსდაცვითი მეცნიერებები.
ჩარჩოების მაღალსიჩქარიანი თანმიმდევრობა (a-დან f-მდე), რომელიც ასახავს წყალში გრაფიტის ფანტელის სონო-მექანიკურ აქერცვლას. გამოყენებით UP200S, 200W ულტრაბგერითი 3 მმ sonotrode. ისრები აჩვენებს ნაწილაკების გაყოფის ადგილს კავიტაციის ბუშტებით, რომლებიც შეაღწევენ გაყოფას.
© ტიურნინა და სხვ. 2020 წელი
ულტრაბგერითი კავიტაცია ულტრაბგერითი UIP1000hdT (1000 ვატი, 20 კჰც) კასკატროდის ზონდზე მინის რეაქტორში.
აკუსტიკური კავიტაციის ვიდეო სითხეში
შემდეგი ვიდეო გვიჩვენებს აკუსტიკური კავიტაციას ულტრაბგერითი აპარატის UIP1000hdT კასკატროდზე წყლით სავსე მინის სვეტში. შუშის სვეტი ქვემოდან განათებულია წითელი შუქით, რათა გაუმჯობესდეს კავიტაციის ბუშტების ვიზუალიზაცია.
დაგვიკავშირდით! / გვკითხე ჩვენ!
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გაძლევთ ჩვენს ულტრასონისტების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:
| Batch მოცულობა | დინების სიჩქარე | რეკომენდირებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 1-დან 500 მლ-მდე | 10 დან 200 მლ / წთ | UP100H |
| 10 დან 2000 მლ | 20 დან 400 მლ / წთ | Uf200 ः t, UP400St |
| 01-დან 20 ლ-მდე | 02-დან 4 ლ / წთ | UIP2000hdT |
| 10-დან 100 ლ | 2-დან 10 ლ / წთ | UIP4000hdT |
| na | 10-დან 100 ლ / წთ | UIP16000 |
| na | უფრო დიდი | კასეტური UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ლაბორატორიული, საპილოტე და სამრეწველო მასშტაბის პროგრამების, დისპერსიის, ემულგირებისა და მოპოვების შერევისთვის.
ლიტერატურა / ცნობები
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Ali Gholami, Fathollah Pourfayaz, Akbar Maleki (2021): Techno-economic assessment of biodiesel production from canola oil through ultrasonic cavitation. Energy Reports, Volume 7, 2021. 266-277.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორებისგან ლაბორატორია to სამრეწველო ზომა.