Ultrasonication ir mehāniska apstrādes metode, kas rada akustisku kavitāciju un ļoti intensīvus fiziskos spēkus. Tāpēc ultrasonics tiek izmantots daudziem lietojumiem, piemēram, sajaukšanai, homogenizācijai, frēzēšanai, dispersijai, emulgācijai, ekstrakcijai, degazēšanai un sonoķīmiskām reakcijām.
Zemāk jūs uzzināsiet visu par tipiskiem ultraskaņas lietojumiem un procesiem.

Ultraskaņas homogenizēt

Ultraskaņas homogenizatori samazina mazas daļiņas šķidrumā, lai uzlabotu viendabīgumu un dispersijas stabilitāti. Daļiņas (disperģējošā fāze) var būt cietas vielas vai šķidruma pilieni, kas suspendēti šķidrā fāzē. Ultraskaņas homogenizācija ir ļoti efektīva mīksto un cieto daļiņu samazināšanai. Hielscher ražo ultrasonikatorus jebkura šķidruma tilpuma homogenizācijai un partijas vai inline apstrādei. Laboratorijas ultraskaņas ierīces var izmantot tilpumiem no 1,5 ml līdz aptuveni 4L. Ultraskaņas rūpnieciskās ierīces var apstrādāt partijas no 0,5 līdz aptuveni 2000L vai plūsmas ātrumu no 0,1L līdz 20 kubikmetriem stundā procesu izstrādē un komerciālajā ražošanā.
Uzklikšķināt šeit, lai uzzinātu vairāk par ultraskaņas homogenizēt!

Ultraskaņas izkliedēšana un dehlomeration

Cietvielu dispersija un deagglomerācija šķidrumos ir svarīgs zondes tipa ultrasonikatoru pielietojums. Ultraskaņas / akustiskā kavitācija rada augstus bīdes spēkus, kas sadala daļiņu aglomerātus atsevišķās, atsevišķās izkliedētās daļiņās. Pulveru sajaukšana šķidrumos ir izplatīts solis dažādu produktu, piemēram, krāsu, laku, kosmētikas līdzekļu, pārtikas un dzērienu vai pulēšanas līdzekļu, formulēšanā. Atsevišķās daļiņas tiek turētas kopā ar dažādu fizikālo un ķīmisko raksturu piesaistes spēkiem, ieskaitot van-der-Vāla spēkus un šķidruma virsmas spraigu. Ultrasonication pārvar šos piesaistes spēkus, lai deagglomerētu un izkliedētu daļiņas šķidrā vidē. Pulveru izkliedēšanai un deagglomerācijai šķidrumos augstas intensitātes ultrasonication ir interesanta alternatīva augstspiediena homogenizatoriem, augstas bīdes maisītājiem, pērlīšu dzirnavām vai rotora statora maisītājiem.
Uzklikšķināt šeit, lai uzzinātu vairāk par ultraskaņas izkliešanu un Deagglomeration!

Ultraskaņas Emulsifikācija

Plašs starpproduktu un patēriņa produktu klāsts, piemēram, kosmētika un ādas losjoni, farmaceitiskās ziedes, lakas, krāsas un smērvielas un kurināmais, pilnībā vai daļēji balstās uz emulsijām. Emulsijas ir divu vai vairāku nesajaucamu šķidro fāžu dispersijas. Ļoti intensīva ultraskaņa piegādā pietiekami intensīvu nobīdi, lai izkliedētu šķidro fāzi (izkliedēto fāzi) mazos pilienos otrajā fāzē (nepārtrauktā fāzē). Izkliedēšanas zonā imploding kavitācijas burbuļi izraisa intensīvus trieciena viļņus apkārtējā šķidrumā un izraisa šķidru strūklu veidošanos ar augstu šķidruma ātrumu (augsta bīde). Ultrasonication var precīzi pielāgot mērķa emulsijas lielumam, kas tādējādi ļauj droši ražot mikroemulsijas un nanoemulsijas.
Uzklikšķināt šeit, lai uzzinātu vairāk par ultraskaņas emulsifikācija!

Ultraskaņas wet-frēzēšana un slīpēšana

Ultrasonication ir efektīvs līdzeklis daļiņu mitrai frēzēšanai un mikroslīpēšanai. Jo īpaši superfine izmēra vircas ražošanai ultraskaņai ir daudz priekšrocību. Tas ir pārāks par tradicionālajām izmēru samazināšanas iekārtām, piemēram: koloīdu dzirnavām (piemēram, lodīšu dzirnavām, pērlīšu dzirnavām), disku dzirnavām vai reaktīvajām dzirnavām. Ultrasonication var apstrādāt augstas koncentrācijas un augstas viskozitātes vircas - tādējādi samazinot apstrādājamo tilpumu. Protams, ultraskaņas frēzēšana ir piemērota mikronu izmēra un nano izmēra materiālu, piemēram, keramikas, pigmentu, bārija sulfāta, kalcija karbonāta vai metāla oksīdu, apstrādei. It īpaši, ja runa ir par nanomateriāliem, ultrasonication izceļas ar veiktspēju, jo tā ļoti ietekmīgie bīdes spēki rada vienmērīgi mazas nanodaļiņas.
Uzklikšķināt šeit, lai uzzinātu vairāk par ultraskaņas mitrā malšana un mikro slīpēšanas!

Izsmidzināmi žāvēts TiO2 pirms un pēc ultraskaņas frēzēšanas

Ultraskaņas šūnu sadalīšanās un līze

Ultraskaņas apstrāde var sadalīt šķiedrainu, celulozes materiālu smalkās daļiņās un salauzt šūnu struktūras sienas. Tas šķidrumā izdala vairāk intracelulārā materiāla, piemēram, cieti vai cukuru. Šo efektu var izmantot organisko vielu fermentācijai, gremošanai un citiem pārveidošanas procesiem. Pēc malšanas un malšanas ultrasonication padara vairāk no intracelulārā materiāla, piemēram, cietes, kā arī šūnu sienu gružus, kas pieejami fermentiem, kas pārvērš cieti cukuros. Tas arī palielina fermentu virsmas laukumu sašķidrināšanas vai saharifikācijas laikā. Tas parasti palielina rauga fermentācijas un citu pārveidošanas procesu ātrumu un ražu, piemēram, lai palielinātu etanola ražošanu no biomasas.
Uzklikšķināt šeit, lai uzzinātu vairāk par ultraskaņas dezintegrācija šūnu struktūru!

botānisko produktu ultraskaņas ekstrakcija

Šūnās un subcelulārajās daļiņās uzglabāto bioaktīvo savienojumu ekstrakcija ir plaši izmantots augstas intensitātes ultraskaņas pielietojums. Ultraskaņas ekstrakciju izmanto, lai izolētu sekundāros metabolītus (piemēram, polifenolus), polisaharīdus, olbaltumvielas, ēteriskās eļļas un citas aktīvās sastāvdaļas no augu un sēnīšu šūnu matricas. Piemērots organisko savienojumu ūdens un šķīdinātāja ekstrakcijai, ultraskaņas apstrāde ievērojami uzlabo augos vai sēklās esošo botānisko vielu ražu. Ultraskaņas ekstrakciju izmanto farmaceitisko līdzekļu, uztura bagātinātāju / uztura bagātinātāju, smaržvielu un bioloģisko piedevu ražošanai. Ultrasonics ir zaļās ekstrakcijas tehnika, ko izmanto arī bioaktīvo komponentu ekstrakcijai biorafinēšanas fabrikās, piemēram, atbrīvojot vērtīgus savienojumus no neizmantotām blakusproduktu plūsmām, kas veidojas rūpnieciskos procesos. Ultrasonication ir ļoti efektīva tehnoloģija botāniskai ekstrakcijai laboratorijā un ražošanas mērogā.
Noklikšķiniet šeit, lai iegūtu vairāk informācijas par ultraskaņas ekstrakciju!

Ultrasonics SONOCHEMICAL pielietojums

Sonochemistry ir ultraskaņas piemērošana ķīmiskām reakcijām un procesiem. Mehānisms, kas izraisa sonochemical ietekmi šķidrumos ir parādība akustisko kavitāciju. Sonoķīmiskā ietekme uz ķīmiskām reakcijām un procesiem ietver reakcijas ātruma vai izlaides palielināšanu, efektīvāku enerģijas izmantošanu, fāzes pārneses katalizatoru veiktspējas uzlabošanu, metālu un cietu vielu aktivāciju vai reaģentu vai katalizatoru reaktivitātes palielināšanos.
Uzklikšķināt šeit, lai uzzinātu vairāk par sonochemical ietekmi ultraskaņu!

Ultraskaņas pāresterificēšanu naftas biodīzeļdegviela

Ultrasonication palielina ķīmiskās reakcijas ātrumu un augu eļļu un dzīvnieku tauku pāresterificēšanas iznākumu biodīzeļdegvielā. Tas ļauj mainīt ražošanu no partijas apstrādes uz nepārtrauktu plūsmas apstrādi, un tas samazina ieguldījumu un darbības izmaksas. Viena no galvenajām ultraskaņas biodīzeļdegvielas ražošanas priekšrocībām ir atkritumeļļu, piemēram, izlietoto cepamo eļļu un citu sliktas kvalitātes eļļas avotu, izmantošana. Ultraskaņas pāresterificēšana var pārvērst pat zemas kvalitātes izejvielas augstas kvalitātes biodīzeļdegvielā (taukskābju metilesteris / FAME). Biodīzeļdegvielas ražošana no augu eļļām vai dzīvnieku taukiem ietver taukskābju bāzes katalizējošu pāresterificēšanu ar metanolu vai etanolu, lai iegūtu atbilstošos metilesterus vai etilesterus. Ultrasonication var sasniegt biodīzeļdegvielas ražu, kas pārsniedz 99%. Ultraskaņa ievērojami samazina apstrādes laiku un atdalīšanas laiku.
Uzklikšķināt šeit, lai uzzinātu vairāk par ultraskaņas palīdz pāresterificēšanu eļļas biodīzeļdegvielu!

Ultraskaņas degazācija un šķidrumu de-aerācija

Šķidrumu degazēšana ir vēl viens svarīgs zondes tipa ultrasonikatoru pielietojums. Ultraskaņas vibrācijas un kavitācija izraisa izšķīdušo gāzu saplūšanu šķidrumā. Tā kā minūtes gāzes burbuļi saplūst, tie tādējādi veido lielākus burbuļus, kas ātri peld uz šķidruma augšējo virsmu no turienes tos var noņemt. Tādējādi ultraskaņas degazēšana un deaerācija var samazināt izšķīdušās gāzes līmeni zem dabiskā līdzsvara līmeņa.
Uzklikšķināt šeit, lai uzzinātu vairāk par ultraskaņas degazēšana šķidrumu!

Ultraskaņas stieples, kabeļu un striptīza tīrīšana

Ultraskaņas tīrīšana ir videi draudzīga alternatīva nepārtrauktu materiālu, piemēram, stieples un kabeļu, lentes vai cauruļu, tīrīšanai. Spēcīgās ultraskaņas kavitācijas efekts no materiāla virsmas noņem eļļošanas atlikumus, piemēram, eļļu vai taukus, ziepes, stearātus vai putekļus. Hielscher Ultrasonics piedāvā dažādas ultraskaņas sistēmas nepārtrauktu profilu inline tīrīšanai.
Noklikšķiniet šeit, lai iegūtu vairāk informācijas par nepārtrauktu profilu ultraskaņas tīrīšanu!

Kas padara ultraskaņas apstrādi par izcilu apstrādes metodi?

Ultraskaņas apstrāde vai augstfrekvences skaņas viļņu izmantošana šķidrumu sajaukšanai ir efektīva apstrādes metode dažādu iemeslu dēļ. Šeit ir daži iemesli, kāpēc ultraskaņas apstrāde ar augstas intensitātes un zemu frekvenci aptuveni 20 kHz ir īpaši ietekmīga un izdevīga šķidrumu un vircas apstrādei:

1. Kavitāciju: Viens no galvenajiem ultraskaņas apstrādes mehānismiem ir sīku burbuļu radīšana un sabrukums, parādība, ko sauc par kavitāciju. Pie 20kHz skaņas viļņi ir tieši pareizajā frekvencē, lai efektīvi izveidotu un sabruktu burbuļus. Šo burbuļu sabrukums rada augstas enerģijas triecienviļņus, kas var sadalīt daļiņas un traucēt šūnas šķidrumā, kas tiek apstrādāts ar ultraskaņu.
2. Svārstības un vibrācija: Papildus radītajai akustiskajai kavitācijai ultraskaņas zondes svārstības rada papildu uzbudinājumu un sajaukšanos šķidrumā, tādējādi veicinot masas pārnesi un / vai degazēšanu.
3. Izplatība: Skaņas viļņiem 20kHz frekvencē ir salīdzinoši garš viļņa garums, kas ļauj tiem dziļi iekļūt šķidrumos. Ultraskaņas kavitācija ir lokalizēta parādība, kas parādās ultraskaņas zondes apkārtnē. Palielinoties attālumam līdz zondei, kavitācijas intensitāte samazinās. Tomēr ultraskaņas apstrāde 20 kHz frekvencē var efektīvi apstrādāt lielākus šķidruma daudzumus, salīdzinot ar augstākas frekvences ultraskaņu, kurai ir īsāki viļņu garumi un kas var būt ierobežotāka iespiešanās dziļumā.
4. Zems enerģijas patēriņš: Ultraskaņas apstrādi var veikt ar salīdzinoši zemu enerģijas patēriņu, salīdzinot ar citām apstrādes metodēm, piemēram, augstspiediena homogenizāciju vai mehānisku maisīšanu. Tas padara to par energoefektīvāku un rentablāku šķidrumu apstrādes metodi.
5. Lineārā mērogojamība: Ultraskaņas procesus var mērogot pilnīgi lineāri līdz lielākiem vai mazākiem apjomiem. Tas padara procesa pielāgošanu ražošanā uzticamu, jo produktu kvalitāti var uzturēt nepārtraukti stabilu.
6. Partijas un iekļautā plūsma: Ultrasonication var veikt kā partiju vai kā nepārtrauktus inline procesus. Partiju apstrādei ar ultraskaņu ultraskaņas zonde tiek ievietota atvērtā traukā vai slēgtā partijas reaktorā. Nepārtrauktas plūsmas plūsmas ultraskaņas apstrādei ir uzstādīta ultraskaņas plūsmas šūna. Šķidrā vide šķērso sonotrode (ultrasoniski vibrējošs stienis) vienā caurlaidē vai recirkulācijā un ir ļoti viendabīga un efektīva, pakļauta ultraskaņas viļņiem.

Kopumā intensīvie kavitācijas spēki, zems enerģijas patēriņš un procesa mērogojamība padara zemas frekvences, lieljaudas ultraskaņu par efektīvu šķidrumu apstrādes metodi.

Darba princips un ultraskaņas apstrādes izmantošana

Ultrasonication ir komerciāla apstrādes tehnoloģija, ko daudzas nozares ir pieņēmušas liela mēroga ražošanai. Augsta uzticamība un mērogojamība, kā arī zemas uzturēšanas izmaksas un augsta energoefektivitāte padara ultraskaņas procesorus par labu alternatīvu tradicionālajām šķidruma apstrādes iekārtām. Ultraskaņa piedāvā papildu aizraujošas iespējas: Kavitācija – pamata ultraskaņas efekts – rada unikālus rezultātus bioloģiskos, ķīmiskos un fizikālos procesos. Piemēram, ultraskaņas dispersija un emulgācija viegli rada stabilus nano izmēra preparātus. Arī botāniskās ekstrakcijas jomā ultraskaņa ir netermiska metode bioaktīvo savienojumu izolēšanai.

Lai gan zemas intensitātes vai augstfrekvences ultraskaņu galvenokārt izmanto analīzei, nesagraujošai testēšanai un attēlveidošanai, augstas intensitātes ultraskaņu izmanto šķidrumu un pastas apstrādei, kur intensīvus ultraskaņas viļņus izmanto sajaukšanai, emulgācijai, izkliedēšanai un deagglomerācijai, šūnu sadalīšanai vai fermentu deaktivizācijai. Apstrādājot šķidrumus ar augstu intensitāti, skaņas viļņi izplatās caur šķidro vidi. Tā rezultātā mainās augstspiediena (kompresijas) un zema spiediena (retināšanas) cikli, kuru ātrums ir atkarīgs no frekvences. Zema spiediena cikla laikā augstas intensitātes ultraskaņas viļņi šķidrumā rada mazus vakuuma burbuļus vai tukšumus. Kad burbuļi sasniedz tilpumu, pie kura tie vairs nespēj absorbēt enerģiju, tie spēcīgi sabrūk augsta spiediena cikla laikā. Šo parādību sauc par kavitāciju. Implosijas laikā ļoti augstas temperatūras (aptuveni 5,000K) un spiediens (aptuveni 2,000atm) tiek sasniegti lokāli. Kavitācijas burbuļa implosijas rezultātā tiek iegūtas arī šķidruma strūklas līdz 280 metriem sekundē.

Ultraskaņas kavitācija šķidrumos var izraisīt ātru un pilnīgu degazāciju; iniciēt dažādas ķīmiskas reakcijas, radot brīvus ķīmiskos jonus (radikāļus); paātrināt ķīmiskās reakcijas, atvieglojot reaģentu sajaukšanos; pastiprina polimerizācijas un depolimerizācijas reakcijas, izkliedējot agregātus vai neatgriezeniski pārraujot ķīmiskās saites polimēru ķēdēs; palielināt emulgācijas rādītājus; uzlabot difūzijas rādītājus; ražo ļoti koncentrētas emulsijas vai vienmērīgas mikronu izmēra vai nanoizmēra materiālu dispersijas; palīdz ekstrahēt tādas vielas kā fermenti no dzīvnieku, augu, rauga vai baktēriju šūnām; noņemt vīrusus no inficētajiem audiem; un, visbeidzot, noārda un noārda uzņēmīgās daļiņas, tostarp mikroorganismus. (sal.: Kuldiloke 2002)

Augstas intensitātes ultraskaņa rada vardarbīgu uzbudinājumu zemas viskozitātes šķidrumos, kurus var izmantot materiālu izkliedēšanai šķidrumos. (sal.: Ensminger, 1988) Pie šķidruma/cietām vai gāzes/cietām saskarnēm kavitācijas burbuļu asimetriskā implozija var izraisīt ārkārtējas turbulences, kas samazina difūzijas robežslāni, palielina konvekcijas masas pārnesi un ievērojami paātrina difūziju sistēmās, kur parasta sajaukšana nav iespējama. (sal. ar Nīborgu, 1965)

Literatūra