Sonicatiounsprozesser kënnen duerch d'Benotzung vun engem Sonde-Typ Ultraschallhomogenisator oder engem Ultraschallbad duerchgefouert ginn. Och wa béid Techniken Ultraschall op d'Probe applizéieren, ginn et bedeitend Differenzen an Effektivitéit, Effizienz a Prozessfäegkeeten. Probe-Typ Ultraschaller excel Ultraschallbad drastesch wann et ëm Ultraschallintensitéit, Amplitude, eenheetlech Veraarbechtung a Reproduzibilitéit kënnt.

Déi gewënschte Effekter vun der Ultraschung vu Flëssegkeeten – abegraff Homogeniséierung, An ufänken, An Dekagglomeratioun, An Fräiraum, An Emulsioun, An Extraktioun, An Lyphus, An Dépensatioun an sonochemesch Auswierkungen - gëtt verursaacht Kavitation. Duerch d'Presentatioun vu High-Power-Ultraschelen zu engem flëssegen Medium, ginn d'Schallwellen am Fliiss übertrëppelt an alternéiert High-Pressure (Kompressioun) a Low-Pressure-Zigarettend Zyklen produzéiert. Während dem Drock-Zyklus, héich Ultraschallwellen erstallt kleng Vakuumbelueden oder Helleg an der Liquiditéit. Wann d'Blasen zu engem Volume bäibehalen, bei deem se net méi Energie méi absorbéieren kënnen, wëlle se heiansdo während engem Hochdruckzyklus. Dëse Phänomen gëtt als Kavitation genannt. Während der Implosioun extrem Temperaturen (ongeféier 5.000 K) an Drëchen (ongeféier 2.000atm) lokal lokal gelauschtert ginn. D'Implosioun vun der Kavitationbléck kënnt och zu Liquiditéiten vun bis zu 280m / s Geschwindigkeit. [Suslick 1998]

Moholkar et al. (2000) ware festgestallt, datt d'Blasen an der Héicht vun der héchster Kavitationstäerkt eng transient Bewegung erfuerscht hunn, während d'Blasen am Kär vun der tiefsten Kavitationstäerkt eng stabil / oszillatoresch Bewegung bewunnt hunn. Den transienten Zesummesetz vun de Blasen déi d'lokal Temperatur an den Drockmaxima erhéijen, ass bei der Wurzel vun den beobachtete Effekter vum Ultraschall op chemeschen Systemer.
D'Intensitéit vun der Ultraschall ass eng Funktioun vun der Energieeffekt an der Sonotrode-Uewerfläch. Fir eng gegebene Energieeergie gëlt: d'Gréisst d'Uewerfläch vun der Sonotrode, desto méi d'Intensitéit vum Ultraschall.
Ultraschallwellen kënnen duerch verschidden Typen vun Ultraschallsystemer generéiert ginn. An den folgenden Aspekter sinn d'Differenzen tëscht der Ouschterung mat engem Ultraschallbad, Ultraschall-Sonde-Gerät an engem Open-Boiler an Ultraschall-Sonde mat Stroumzellenkamera vergläicht.

Verglach vun der kavitationaler Hot Spot Verdeelung

Fir Ultraschallapplikatiounen ginn Ultraschallsonden (Sonotroden / Horn) an Ultraschallbäder benotzt. “Ënnert dësen zwou Methoden vun der Ultraschallung ass d'Sonde-Sonicatioun méi effektiv a mächteg wéi d'Ultraschallbad an der Uwendung vun der Nanopartikel-Dispersioun; den Ultraschallbadgerät kann eng schwaach Ultraschall mat ongeféier 20-40 W / L an eng ganz onuniform Verdeelung ubidden, während den Ultraschallsonde-Apparat 20.000 W / L an d'Flëssegkeet liwweren kann. Also heescht et datt en Ultraschallsondeapparat den Ultraschallbadapparat mam Faktor vun 1000 iwwerschratt.” (cf. Asadi et al., 2019)

Ultraschallbad

An enger Ultraschallbad, Kavitation fällt net konformabel an onkontrollabel iwwer den Tank. D'Sonikungseffekt ass vun der gerénger Intensitéit an ondifferenzéiert sinn verbreet. D'Widderhuelung an d'Skalierbarkeet vum Prozess ass ganz schlecht.
D'Bild ass méi wéi d'Resultater vun enger Folieprüfung an engem Ultraschallbehälter. Dofir gëtt eng dënn Aluminium oder Zinnfolie am Uewen vun engem Waasser gefüllt Ultraschallbehälter gesat. No Ofzündung sinn eenzel Erosiounsmarken sichtbar. Déi eenzel perforéierte Flecken a Lächer an der Folie weisen déi kavitational Hot Spots. Wéinst der wéineg Energie an der onglécklech sinn Verdeelung vum Ultraschall am Tank, d'Erosiounsmarken sinn nëmme Fleeg. D'Ultraschallbäder gi meeschtens fir d'Botzenaarbecht benotzt.

D'Zuelen ënnendrënner weisen déi ondifferenzesch Verdeelung vu kavitationalen Hot Spots an engem Ultraschallbad. An der 2 sinn e Bai mat 20m×10 cm gouf benotzt.

Fir d'Messungen, déi a Figur 3 bezeechent goufen, gouf en Ultraschallbad mat engem Buedraum vun 12x10cm benotzt.

Béid Messungen weisen datt d'Verdeelung vum Ultraschallbestrahlungsfeld an de Ultraschallbehälter ganz ongerecht ass.
D'Studie vun der Ultraschallbestralung op verschiddene Plazen am Bad bäisetzen signifikant räichlech Variatiounen an der Kavitationstäerkt am Ultraschallbad.

D'Fig. 4 vergleicht d'Wierkungsgrad vun engem Ultraschallbad a en Ultraschall-Sonde-Gerät, illustréiert duerch d'Entféierung vu Azofarbstoff Methyl Violet.

Dhanalakshmi et al. an hir Studie Sond-Typ Ultraschall Apparater hunn e héicher lokaliséiert d'Intensitéit am Verglach zum Behälter-Typ a béid méi grouss lokaliséierter Effekt, wéi d'Figur 4 steet. Dëst bedeit eng méi héich Intensitéit an Effizienz vun de Sonikatiounsprozess.
En Ultraschall Setup, wéi et op Bild 4 steet, erméiglecht et ganz Kontroll iwwert déi wichtegst Parameter - Amplitude, Drock, Temperatur, Viskositéit, Konzentratioun, Reaktorvolumen.

Ultraschaler Probe Device an engem oppe Buedem

Wann d'Proben mat engem Ultraschall-Sonde-Gerät sonicéiert ginn, ass d'intensiv Zone vun der Zone awer direkt ënner der Sonotrode / Sonde. D'Ultraschallbestréit ass limitéiert op eng gewëssen Distanz vum Sonotrode-Tipp. (kuck pic.1)
Ultraschallprozessë sech an offenen Bechergréit gi meeschtens fir d'Machbarkeetprüfung a fir d'Préparatioun vun méi kleng Volumen.

Ultraschallsonde an engem kontinuéierleche Flow-Modus

Déi raffinéiert Sonik Resultater ginn duerch eng kontinuéierlech Veraarbechtung an engem zougeschlossene Flow-Through-Modus erreecht. All Material gëtt duerch déiselwecht Ultraschallintensitéit veraarbecht, wéi de Flow a Verweildauer an der Ultraschallreaktor Kamera kontrolléiert gëtt.

Pic. 4: 1kW Ultraschallsystem UIP1000hd mat Zuel a Pompel

D'Prozessresultater vun der Ultraschallflussveraarbechtung fir eng gegebene Parameterenkonfiguratioun sinn eng Funktioun vun der Energie pro veraarbechte Volume. D'Funktioun äntweren mat Ännerungen an individuellen Parameteren. Ausserdeem hänkt d'tatsächlech Ausgab an d'Intensitéit pro Fläit vun der Sonotrode vun engem Ultrasone-unit vun den Parameteren.

De cavitational Auswierkunge vun der Ultraschallveraarbechtung hänkt vun der Uewerflächentintensitéit, déi duerch Amplitude (A), den Druck (p), den Reaktorvolumen (VR), d'Temperatur (T), d'Viskositéit (η) a soss anerer bezeechent gëtt. Déi Plus- a Minus-Zeechen weisen e positiven oder negativen Afloss vum spezifesche Parameter op der Sonikitéitstäerkt.

Duerch de Contrôle vum wichtegsten Parameter vum Oplossungsprozess ass de Prozess voll aersoart a kënne d'Resultater erreecht ganz komplett linear ze scaléieren. Verschidden Typen vu Sonotroden an Ultraschall-Stroumzellenreaktoren erlaaben d'Adaptatioun op spezifesch Prozesseranforderungen.

Summary

Whilst e Ultraschallbad bitt e schwaach sonication mat ca. 20-40 W / L an e ganz onméiglech Verdeelung, Ultraschallsprobess Apparater kënnen liicht mat ca. 20.000 W / L an de veraarbechten Mëttel. Dëst bedeit datt e Ultraschallsonde-Gerät e Ultraschallbad duerch Faktor 1000 (1000x méi energiespuer pro Volumen) héich ass duerch eng fokusséiert an Uniform Ultraschallgewiicht. Déi ganz Kontroll iwwert déi wichtegst Sonikoteparameter garantéiert komplett reproduzéiere kann Resultater an de Linear Skaléierbarkeet vun de Prozessresultater.