액체에 초음파 공동 현상

고강도 초음파의 초음파는 액체에서 음향 캐비테이션을 생성합니다. 캐비테이션은 최대 1000km/hr의 액체 제트, 최대 2000기압의 압력 및 최대 5000켈빈의 온도와 같은 국지적으로 극도의 영향을 미칩니다. 이러한 초음파 생성 힘은 균질화, 분산, 유화, 추출, 세포 파괴 및 화학 반응의 강화와 같은 수많은 액체 처리 응용 분야에 사용됩니다.

초음파 캐비테이션의 작동 원리

높은 강도로 액체를 초음파 처리 할 때, 액체 매체로 전파되는 음파는 빈번하게 주파수에 따라 고압 (압축) 및 저압 (희박) 사이클을 번갈아 발생시킵니다. 저압 사이클 동안, 고강도 초음파는 액체 내에 작은 진공 기포 또는 공극을 생성합니다. 기포가 더 이상 에너지를 흡수 할 수없는 부피에 도달하면 고압 사이클 중에 격렬하게 붕괴됩니다. 이 현상을 캐비테이션이라고합니다. 내파 중 매우 높은 온도 (약 5,000K)와 압력 (약 2,000m)이 국지적으로 발생합니다. 캐비테이션 버블의 내파는 또한 최대 280m / s 속도의 액체 제트를 발생시킵니다.

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초음파 프로브는 음향 캐비테이션의 힘을 사용하여 강렬한 혼합 및 균질화를 제공합니다. 초음파 호모나이저는 효율적인 혼합, 분산, 유화, 추출, 탈기 및 초음파 화학에 널리 사용됩니다.

UP400St와 같은 프로브 형 초음파 발생기 음향 캐비테이션의 작동 원리를 사용하십시오.

음향 또는 초음파 캐비테이션 : 거품 성장 및 내파

음향 캐비테이션 (전력 초음파에 의해 생성됨)은 국부적으로 극한 조건, 소위 sonomechanical 및 sonochemical 효과를 만듭니다. 이러한 효과로 인해 초음파 처리는 화학 반응을 촉진하여 더 높은 수율, 빠른 반응 속도, 새로운 경로 및 전반적인 효율성 향상으로 이어집니다.

 
 
 

이 비디오는 Hielscher 초음파 검사기 UP400S (400W)가 물에서 음향 캐비테이션을 생성하는 것을 보여줍니다.

UP400S를 이용한 물 속의 초음파 캐비테이션

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음향 캐비테이션을 사용하는 초음파 발생기의 주요 응용

초음파 프로브라고도 하는 프로브형 초음파 발생기는 액체에서 강렬한 음향 캐비테이션을 효율적으로 생성합니다. 따라서 다양한 산업 분야의 다양한 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 프로브 형 초음파 에 의해 생성 된 음향 캐비테이션의 가장 중요한 응용 분야 중 일부는 다음과 같습니다.
 

Hielscher 캐스카로드의 강력한 초음파 캐비테이션

Hielscher 초음파 캐스카트로드의 강력한 초음파 캐비테이션

  1. 균질: 초음파 프로브는 강렬한 캐비테이션을 생성 할 수 있으며, 이는 진동 및 전단력의 에너지 밀도가 높은 필드로 특징 지어집니다. 이러한 힘은 우수한 혼합, 혼합 및 입자 크기 감소를 제공합니다. 초음파 균질화는 균일하게 혼합 된 현탁액을 생성합니다. 따라서 초음파 처리는 좁은 분포 곡선을 가진 균일 한 콜로이드 현탁액을 생산하는 데 사용됩니다.
  2. 나노 입자 분산: 초음파 는 나노 입자의 분산, 응집 제거 및 습식 밀링에 사용됩니다. 저주파 초음파는 응집체를 분해하고 입자 크기를 줄이는 영향력 있는 캐비테이션을 생성할 수 있습니다. 특히 액체 제트의 높은 전단력은 액체의 입자를 가속시켜 서로 충돌(입자간 충돌)하여 결과적으로 입자가 부서지고 침식됩니다. 그 결과 입자가 균일하고 안정적으로 분포되어 침전을 방지합니다. 이것은 나노 기술, 재료 과학 및 제약을 포함한 다양한 분야에서 중요합니다.
  3. 유화와 섞기: 프로브 형 초음파 는 에멀젼을 만들고 액체를 혼합하는 데 사용됩니다. 초음파 에너지는 캐비테이션, 미세한 기포의 형성 및 붕괴를 일으켜 강렬한 국소 전단력을 생성합니다. 이 공정은 비혼화성 액체를 유화하여 안정적이고 미세하게 분산된 에멀젼을 생성하는 데 도움이 됩니다.
  4. 추출: 캐비테이션 전단력으로 인해 초음파 는 세포 구조를 방해하고 고체와 액체 사이의 질량 전달을 개선하는 데 매우 효율적입니다. 따라서 초음파 추출은 고품질 식물 추출물을 생산하기 위해 생리 활성 화합물과 같은 세포 내 물질을 방출하는 데 널리 사용됩니다.
  5. 기체 제거 및 탈기: 프로브 형 초음파 는 액체에서 기포 또는 용해 된 가스를 제거하는 데 사용됩니다. 초음파 캐비테이션의 적용은 기포의 합체를 촉진하여 액체의 상단으로 성장하고 떠 다니도록합니다. 초음파 캐비테이션은 탈기를 빠르고 효율적인 절차로 만듭니다. 이는 가스의 존재가 제품 품질과 안정성에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 페인트, 유압유 또는 식품 및 음료 가공과 같은 다양한 산업에서 유용합니다.
  6. Sonocatalysis: 초음파 프로브는 화학 반응을 향상시키기 위해 음향 캐비테이션과 촉매를 결합하는 과정인 초음파 촉매에 사용할 수 있습니다. 초음파에 의해 생성 된 캐비테이션은 질량 전달을 개선하고 반응 속도를 증가 시키며 자유 라디칼 생성을 촉진하여보다 효율적이고 선택적인 화학적 변형을 유도합니다.
  7. 시료 전처리: 프로브 형 초음파 는 일반적으로 샘플 준비를 위해 실험실에서 사용됩니다. 그들은 세포, 조직 및 바이러스와 같은 생물학적 샘플을 균질화, 분해 및 추출하는 데 사용됩니다. 프로브에 의해 생성 된 초음파 에너지는 세포막을 파괴하여 세포 내용물을 방출하고 추가 분석을 용이하게합니다.
  8. 붕괴 및 세포 파괴: 프로브 형 초음파 는 세포 내 성분 추출, 미생물 불 활성화 또는 분석을위한 시료 준비와 같은 다양한 목적으로 세포와 조직을 분해하고 파괴하는 데 사용됩니다. 고강도 초음파와 그로 인해 생성된 캐비테이션은 기계적 응력과 전단력을 유발하여 세포 구조가 분해됩니다. 생물학 연구 및 의료 진단에서 프로브 형 초음파 는 세포 내 구성 요소를 방출하기 위해 열린 세포를 파괴하는 과정 인 세포 용해에 사용됩니다. 초음파 에너지는 세포벽, 막 및 세포 소기관을 파괴하여 단백질, DNA, RNA 및 기타 세포 성분을 추출할 수 있습니다.

 
이들은 프로브 형 초음파 의 주요 응용 분야 중 일부이지만,이 기술은 초음파 화학, 입자 크기 감소 (습식 밀링), 상향식 입자 합성 및 제약 식품, 식품 가공, 생명 공학 및 환경 과학과 같은 다양한 산업 분야에서 화학 물질 및 재료의 소노 합성을 포함하여 훨씬 더 광범위한 다른 용도를 가지고 있습니다.

 

물 속의 초음파 그래핀 각질 제거

물 속의 흑연 플레이크의 소노 기계적 각질 제거를 보여주는 프레임의 고속 시퀀스 (a에서 f까지) UP200S, 3mm sonotrode가있는 200W 초음파 발생기를 사용합니다. 화살표는 분할을 관통하는 캐비테이션 기포가 있는 분할 입자의 위치를 나타냅니다.
© 티우르니나 외 2020

Hielscher 초음파 처리기 UIP1500hdT에 표시된 음향 캐비테이션은 화학 반응을 시작하고 촉진하는 데 사용됩니다. 초음파 화학 반응을위한 Hielscher UIP1500hdT (1500W) 초음파 처리기에서 초음파 캐비테이션.

유리 반응기에서 초음파 발생기 UIP1000hdT (1000 와트, 20kHz)의 캐스카트로드 프로브에서 초음파 캐비테이션.

액체의 음향 캐비테이션 비디오

다음 비디오는 물이 채워진 유리 기둥에서 초음파 처리기 UIP1000hdT의 캐스카트로드에서 음향 캐비테이션을 보여줍니다. 유리 기둥은 캐비테이션 버블의 시각화를 향상시키기 위해 바닥에서 적색광으로 조명됩니다.

이 비디오는 Hielscher UIP1000에 의해 생성 된 물의 초음파 / 음향 캐비테이션을 보여줍니다. 초음파 캐비테이션은 균질화, 분산, 유화, 추출, 탈기 및 초음파 화학 반응과 같은 많은 액체 응용 분야에 사용됩니다.

UIP1000을 사용하는 액체의 초음파 캐비테이션

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아래 양식을 사용하여 음향 캐비테이션, 응용 프로그램 및 가격의 생성을위한 초음파 프로세서에 대한 추가 정보를 요청하십시오. 우리는 당신과 함께 당신의 과정을 논의하고 당신에게 당신의 요구 사항을 충족시키는 초음파 캐비테이션 시스템을 제공하게되어 기쁩니다!









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아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.

일괄 볼륨 유량 권장 장치
1 ~ 500mL 10 ~ 200mL / min UP100H
10 ~ 2000mL 20 ~ 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 ~ 20L 0.2 ~ 4L / min UIP2000hdT
10 ~ 100L 2 ~ 10L / min UIP4000hdT
N.A. 10 ~ 100L / min UIP16000
N.A. 더 큰 의 클러스터 UIP16000
초음파 고전기 균질화는 실험실, 벤치 탑, 파일럿 및 산업 처리에 사용됩니다.

Hielscher 초음파는 실험실, 파일럿 및 산업 규모의 응용 프로그램, 분산, 에멀화 및 추출을 위한 고성능 초음파 균질화를 제조합니다.



문학 / 참고 문헌


고성능 초음파! Hielscher의 제품 범위는 벤치 탑 유닛을 통해 소형 실험실 초음파 처리기에서 풀 산업 초음파 시스템에 이르기까지 전체 스펙트럼을 다룹니다.

Hielscher 초음파는 고성능 초음파 균질화기를 제조합니다. 산업 규모.


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