Ultrasone cavitatie in vloeistoffen

Ultrasone golven met een hoge intensiteit genereren akoestische cavitatie in vloeistoffen. Cavitatie veroorzaakt lokaal extreme effecten, zoals vloeistofstralen tot 1000 km/u, drukken tot 2000 atm en temperaturen tot 5000 Kelvin. Deze ultrasonisch gegenereerde krachten worden gebruikt voor tal van vloeistofverwerkingstoepassingen zoals homogenisatie, dispergeren, emulgeren, extractie, celdisruptie en intensivering van chemische reacties.

Het werkingsprincipe van ultrasone cavitatie

Wanneer sonicating vloeistoffen bij hoge intensiteiten de geluidsgolven die zich voortplanten in de vloeibare media resulteren in afwisselend hoge druk (compressie) en lage druk (verdunning) cycli, met tarieven afhankelijk van de frequentie. Tijdens de lage-druk-cyclus, hoge intensiteit ultrasone golven creëren kleine vacuüm bellen of holten in de vloeistof. Wanneer de bellen een volume waar zij niet meer energie kan absorberen bereiken, ze instorten hevig tijdens een hoge-drukcyclus. Dit fenomeen wordt aangeduid als cavitatie. Tijdens de implosie zeer hoge temperaturen (ong. 5000 K) en druk (. Ca. 2,000atm) worden lokaal bereikt. De implosie van het cavitatiebel resulteert ook in vloeibare stralen tot 280m / s snelheid.

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


Ultrasone sondes gebruiken de krachten van akoestische cavitatie om intens te mengen en te homogeniseren. Ultrasone homogenisatoren worden veel gebruikt voor efficiënt mengen, dispergeren, emulgeren, extractie, ontgassen en sonochemie.

Sonde-type ultrasone apparaten zoals de UP400St gebruiken het werkingsprincipe van akoestische cavitatie.

Akoestische of ultrasone cavitatie: bellengroei en implosie

Akoestische cavitatie (opgewekt door ultrageluid) creëert plaatselijk extreme omstandigheden, de zogenaamde sonomechanische en sonochemische effecten. Door deze effecten bevordert sonicatie chemische reacties die leiden tot hogere opbrengsten, een snellere reactiesnelheid, nieuwe routes en een verbeterde algemene efficiëntie.

 
 
 

Deze video toont de Hielscher ultrasonicator UP400S (400W) die akoestische cavitatie in water genereert.

Ultrasone cavitatie in water met behulp van de UP400S

Video miniatuur

 

Belangrijke toepassingen van ultrasone apparaten die gebruik maken van akoestische cavitatie

Ultrasone sondes, ook bekend als ultrasone sondes, genereren op efficiënte wijze intense akoestische cavitatie in vloeistoffen. Daarom worden zij op grote schaal gebruikt in diverse toepassingen in verschillende bedrijfstakken. Enkele van de belangrijkste toepassingen van akoestische cavitatie gegenereerd door sonde-type ultrasone apparaten zijn:
 

Krachtige ultrasone cavitatie bij Hielscher Cascatrode

Krachtige Ultrasone Cavitatie bij Hielscher Ultrasone Cascatrode

  1. Homogenisatie: Ultrasone sondes kunnen intense cavitatie opwekken, die wordt gekenmerkt door een energiedicht veld van trillings- en schuifkrachten. Deze krachten zorgen voor een uitstekende menging, vermenging en verkleining van de deeltjesgrootte. Ultrasone homogenisatie produceert uniform gemengde suspensies. Daarom wordt sonificatie gebruikt om homogene colloïdale suspensies met smalle verdelingscurven te produceren.
  2. Nanodeeltjes dispersie: Ultrasone apparaten worden gebruikt voor het dispergeren, deagglomereren en nat malen van nanodeeltjes. Ultrasone golven met een lage frequentie kunnen krachtige cavitatie opwekken, waardoor agglomeraten worden afgebroken en de deeltjes kleiner worden. Met name de hoge afschuiving van de vloeistofstralen versnelt de deeltjes in de vloeistof, die met elkaar botsen (botsing tussen de deeltjes) zodat de deeltjes breken en eroderen. Dit resulteert in een uniforme en stabiele verdeling van de deeltjes waardoor sedimentatie wordt voorkomen. Dit is cruciaal op verschillende gebieden, waaronder nanotechnologie, materiaalkunde en farmaceutica.
  3. Emulgeren en mengen: Ultrasone apparaten van het sonde-type worden gebruikt om emulsies te creëren en vloeistoffen te mengen. De ultrasone energie veroorzaakt cavitatie, de vorming en ineenstorting van microscopische belletjes, waardoor intense lokale schuifkrachten ontstaan. Dit proces helpt bij het emulgeren van niet-mengbare vloeistoffen, waardoor stabiele en fijn gedispergeerde emulsies ontstaan.
  4. Extractie: Door de cavitatieve schuifkrachten zijn ultrasone apparaten zeer efficiënt in het verstoren van celstructuren en het verbeteren van de massaoverdracht tussen vaste en vloeibare stoffen. Daarom wordt ultrasone extractie veel gebruikt om intracellulair materiaal zoals bioactieve stoffen vrij te maken voor de productie van botanische extracten van hoge kwaliteit.
  5. Ontgassing en ontluchting: Ultrasone sondes worden gebruikt om gasbellen of opgeloste gassen uit vloeistoffen te verwijderen. De toepassing van ultrasone cavitatie bevordert de coalescentie van gasbellen, zodat deze groeien en naar de bovenkant van de vloeistof drijven. Ultrasone cavitatie maakt ontgassing tot een snelle en efficiënte procedure. Dit is waardevol in diverse industrieën, zoals in verf, hydraulische vloeistoffen of de verwerking van voedsel en dranken, waar de aanwezigheid van gassen de productkwaliteit en -stabiliteit negatief kan beïnvloeden.
  6. Sonokatalyse: Ultrasone sondes kunnen worden gebruikt voor sonokatalyse, een proces waarbij akoestische cavitatie wordt gecombineerd met katalysatoren om chemische reacties te verbeteren. De door ultrasone golven opgewekte cavitatie verbetert de massaoverdracht, verhoogt de reactiesnelheid en bevordert de productie van vrije radicalen, wat leidt tot efficiëntere en selectievere chemische transformaties.
  7. Monstervoorbereiding: Ultrasone apparaten van het sonde-type worden in laboratoria vaak gebruikt voor de voorbereiding van monsters. Zij worden gebruikt om biologische monsters, zoals cellen, weefsels en virussen, te homogeniseren, uit elkaar te halen en te extraheren. De door de sonde opgewekte ultrasone energie verstoort de celmembranen, waardoor de celinhoud vrijkomt en verdere analyse mogelijk wordt.
  8. Desintegratie en celdisruptie: Ultrasone sondes worden gebruikt om cellen en weefsels te desintegreren en te ontwrichten voor diverse doeleinden, zoals extractie van intracellulaire componenten, inactivering van micro-organismen of voorbereiding van monsters voor analyse. De ultrasone golven met hoge intensiteit en de daardoor veroorzaakte cavitatie veroorzaken mechanische spanning en schuifkrachten, waardoor celstructuren uiteenvallen. Bij biologisch onderzoek en medische diagnostiek worden ultrasone apparaten van het probe-type gebruikt voor cellyse, het proces waarbij cellen worden opengebroken om hun intracellulaire bestanddelen vrij te maken. Ultrasone energie verstoort celwanden, membranen en organellen, waardoor eiwitten, DNA, RNA en andere celbestanddelen kunnen worden geëxtraheerd.

 
Dit zijn enkele van de belangrijkste toepassingen van ultrasoonapparaten van het sonde-type, maar de technologie kent een nog breder scala aan andere toepassingen, waaronder sonochemie, verkleining van de deeltjesgrootte (wet-milling), bottom-up deeltjes-synthese, en sono-synthese van chemische stoffen en materialen in diverse industrieën, zoals de farmaceutische industrie, voedselverwerking, biotechnologie en milieuwetenschappen.

 

Ultrasone grafeenexfoliatie in water

Een snelle reeks beelden (van a tot f) die de sonomexfoliatie van een grafietschilfer in water illustreert. met behulp van de UP200S, een ultrasoonapparaat van 200 W met een sonotrode van 3 mm. Pijlen tonen de plaats van splitsende deeltjes met cavitatiebelletjes die de splitsing binnendringen.
© Tyurnina et al. 2020

Akoestische cavitatie zoals hier getoond bij de Hielscher ultrasoonator UIP1500hdT wordt gebruikt om chemische reacties op gang te brengen en te bevorderen. Ultrasone cavitatie bij Hielscher UIP1500hdT (1500W) ultrasoonapparaat voor sonochemische reacties.

Ultrasone cavitatie aan de cascatrode sonde van de ultrasone UIP1000hdT (1000 watt, 20kHz) in een glasreactor.

Video van akoestische cavitatie in vloeistof

De volgende video demonstreert akoestische cavitatie aan de cascatrode van de ultrasoon UIP1000hdT in een met water gevulde glazen kolom. De glazen kolom wordt vanaf de bodem verlicht met rood licht om de cavitatiebellen beter zichtbaar te maken.

Deze video toont ultrasone / akoestische cavitatie in water - gegenereerd door de Hielscher UIP1000. Ultrasone cavitatie wordt gebruikt voor vele vloeistoftoepassingen zoals homogenisatie, dispersie, emulsificatie, extractie, ontgassing en sonochemische reacties.

Ultrasone cavitatie in vloeistoffen met behulp van de UIP1000

Video miniatuur

 

Neem contact met ons op! / Vraag ons!

Vraag voor meer informatie

Gebruik onderstaand formulier om aanvullende informatie aan te vragen over ultrasone processoren voor het opwekken van akoestische cavitatie, toepassingen en prijzen. Wij zullen graag uw proces met u bespreken en u een ultrasoon cavitatiesysteem aanbieden dat aan uw eisen voldoet!









Let op onze Privacybeleid.


Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators:

batch Volume Stroomsnelheid Aanbevolen apparaten
1 tot 500 ml 10 tot 200 ml / min UP100H
10 tot 2000 ml 20 tot 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 tot 20L 0.2 tot 4L / min UIP2000hdT
10 tot 100L 2 tot 10 l / min UIP4000hdT
na 10 tot 100 l / min UIP16000
na grotere cluster van UIP16000
Ultrasone high-shear homogenisatoren worden gebruikt in het lab, op de werkbank, in pilootproeven en in industriële processen.

Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor mengtoepassingen, dispersie, emulsificatie en extractie op laboratorium-, pilot- en industriële schaal.



Literatuur / Referenties


Ultrasoon geluid met hoge prestaties! Hielscher's productassortiment bestrijkt het volledige spectrum van de compacte laboratorium ultrasoonmachine over bench-top units tot full-industriële ultrasoon systemen.

Hielscher Ultrasonics vervaardigt hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van Laboratorium naar industrieel formaat.


We zullen graag uw proces bespreken.

Laten we contact opnemen.