Proces sonikacji może być realizowany przy użyciu homogenizatora ultradźwiękowego z sondą lub kąpieli ultradźwiękowej. Mimo, że obie te techniki wykorzystują ultradźwięki do oddziaływania na próbkę, istnieją znaczące różnice w skuteczności, wydajności i możliwościach procesu. Ultradźwiękowe homogenizatory sondowe zdecydowanie przewyższają łaźnie ultradźwiękowe, jeśli chodzi o intensywność ultradźwięków, amplitudę, równomierność obróbki i powtarzalność.

Pożądane efekty z ultradźwięki cieczy – włącznie z homogenizacja, Dyspersacja, deaglomeracja, Przemiał, emulgowanie, ekstracji, Liza, ekstrakcją i Efekty sonochemicznych - zostały spowodowane przez kawitacja. Wprowadzając ultradźwięki o wysokiej mocy do ciekłego ośrodka, fale dźwiękowe są przesyłane w płynie i tworzą przemienne cykle wysokiego ciśnienia (kompresja) i niskiego ciśnienia (rozrzedzenie), z szybkościami zależnymi od częstotliwości. Podczas cyklu niskiego ciśnienia, ultradźwiękowe fale o dużej intensywności wytwarzają małe pęcherzyki próżniowe lub puste przestrzenie w cieczy. Kiedy bąbelki osiągają objętość, przy której nie mogą już absorbować energii, zapadają się gwałtownie podczas cyklu wysokiego ciśnienia. Zjawisko to nazywane jest kawitacją. Podczas implozji osiągane są lokalnie bardzo wysokie temperatury (ok. 5000K) i ciśnienia (ok. 2000atm). Implozja pęcherzyków kawitacyjnych powoduje również dysze cieczy o prędkości do 280 m / s. [Suslick 1998]

Moholkar i in. (2000) stwierdzili, że pęcherzyki powietrza w rejonie największej intensywności kawitacji poddano przejściowy ruchu, podczas gdy pęcherzyki w obszarze najniższego nasilenia kawitacji poddany stabilnej / ruch drgający. Przemijające zapadanie się pęcherzyków, które daje wzrost temperatury i ciśnienie lokalne maksimum leży u podstaw obserwowanych efektów ultradźwięków w układach chemicznych.
Intensywność ultradźwięki jest funkcją energii wejściowej i powierzchni sonotrody. Dla danej energii wejściowej: im większa powierzchnia sonotrody, tym mniejsze jest natężenie ultradźwięków.
Fale ultradźwiękowe mogą być generowane przez różne typy systemów ultradźwiękowych. W dalszej części, różnice między sonikacji z użyciem łaźni ultradźwiękowej w czasie, urządzenie ultradźwiękowe sondy w otwartym naczyniu i ultradźwiękowego urządzenia sondy z komorą komórek przepływu będą porównywane.

Porównanie dystrybucji gorącego kawitacyjnej spot

Do zastosowań ultradźwiękowych stosowane są sondy ultradźwiękowe (sonotrody / tuby) i wanny ultradźwiękowe. “Spośród tych dwóch metod ultradźwiękowych sonikacja za pomocą sondy jest bardziej skuteczna i mocniejsza niż kąpiel ultradźwiękowa w zastosowaniu do dyspersji nanocząstek; urządzenie do kąpieli ultradźwiękowej może zapewnić słabe ultradźwiękowe działanie o mocy około 20-40 W/L i bardzo nierównomierny rozkład, podczas gdy urządzenie do sonikacji ultradźwiękowej może dostarczyć 20 000 W/L do płynu. Oznacza to, że urządzenie z sondą ultradźwiękową przewyższa urządzenie do kąpieli ultradźwiękowej o współczynnik 1000.” (por. Asadi i in., 2019)

Kąpiel ultradźwiękowa

W łaźni ultradźwiękowej, dochodzi do kawitacji niezgodnej i niekontrolowany rozprowadzany przez zbiornik. Efekt jest sonikacja o niskiej intensywności i nierówno rozpiętość. Powtarzalność i skalowalność procesu jest bardzo słaba.
Poniższy rysunek przedstawia wyniki testów folii w zbiorniku ultradźwiękowym. W związku z tym, cienka folia aluminiowa lub puszka znajduje się w dolnej części wypełnionym wodą zbiorniku ultradźwiękowym. Po ultradźwiękami, pojedyncze ślady erozji są widoczne. Te pojedyncze perforowane plamy i dziury w folii wskazują kawitacyjny hot spotów. Z powodu niski poziom energii oraz nierówny dystrybucja ultradźwięków wewnątrz zbiornika, ślady erozji występuje tylko spot-mądry. Stąd wanny ultradźwiękowe są wykorzystywane głównie do zastosowań czyszczących.

Poniższe rysunki przedstawiają nierównomierny rozkład kawitacyjnych hot spotów w łaźni ultradźwiękowej. Na fig. 2, łaźnię z dolnej powierzchni 20×10 cm nie był używany.

Do pomiarów przedstawionych na fig. 3, jest stosowany łaźni ultradźwiękowej z dolnej przestrzeni 12x10cm.

Oba pomiary wynika, że ​​rozkład pola napromieniowania ultradźwiękowego w ultradźwiękowych zbiorników jest bardzo nierówny.
Badanie ultradźwięków w różnych miejscach w kąpieli wykazuje znaczące zmiany przestrzenne nasilenia kawitacji w łaźni ultradźwiękowej.

Fig. 4 poniżej porównuje skuteczność kąpieli ultradźwiękowej i ultradźwiękowego urządzenia sondy przykładem jest odbarwianie barwnik azowy fiolet metylowy.

Dhanalakshmi i in. stwierdzono, że w swoich badaniach Sonda typu ultradźwiękowego Urządzenia mają wysokie miejscowe Intensywność stosunku do zbiornika typu a zatem większego efektu zlokalizowane, jak przedstawiono na fig. 4. To oznacza większą intensywność i wydajność procesu sonikacji.
Ultradźwiękowy konfiguracji, jak pokazano na rysunku 4, pozwala na pełną kontrolę nad najważniejszych parametrów, - amplituda, ciśnienie, temperatura, lepkość, stężenie, objętość reaktora.

Urządzenie sondy ultradźwiękowej w otwartej zlewce

Gdy próbki sonikowano stosując urządzenie ultradźwiękowe sondę, intensywnej sonikacji strefie bezpośrednio poniżej sonotrody / sondy. Ultradźwiękowy odległość naświetlanie jest ograniczona do pewnego obszaru końcówki sonotrody. (Patrz rys.1)
ultradźwięków w otwartej zlewki są najczęściej stosowane do testowania wykonalności i przygotowania próbek mniejszych ilościach.

Ultradźwiękowe urządzenie sondy w trybie przepływu ciągłego

Najbardziej zaawansowane sonikacyjne wyniki uzyskuje się za pomocą ciągłego przetwarzania w trybie przepływowym zamknięcia. Cały materiał jest przetwarzany przez ten sam natężenia ultradźwięków, jak droga przepływu i czas przebywania w komorze reakcyjnej ultradźwiękowy jest kontrolowany.

Fotka. 4: 1 kW układ ultradźwiękowy UIP1000hd w komorze przepływowej i pompą

Wyniki procesowe ultradźwiękowej obróbki ciekłej dla danego parametru konfiguracji jest funkcją energii na przetwarzane objętości. Funkcja zmienia się zmiany poszczególnych parametrów. Ponadto, rzeczywista moc i intensywności na powierzchni sonotrody ultradźwiękowej jednostce, zależy od parametrów.

Kawitacyjne wpływ obróbki ultradźwiękowej zależy od intensywności powierzchniowej, która jest sposobem opisanym przez amplitudę (A), ciśnienie (P), objętość reaktora (VR), temperatura (T), lepkość (η) i inne. Plus i minus wskazuje na pozytywny lub negatywny wpływ konkretnego parametru na intensywność ultradźwięków.

Przez kontrolowanie najważniejsze parametry procesu sonikacji sposób jest całkowicie powtarzalne rezultaty osiągnięte mogą być skalowane w pełni liniowa. Różne typy i sonotrod ultradźwiękowych reaktorów komórek przepływu umożliwienia dostosowania do określonych wymagań procesu.

Podsumowanie

podczas gdy Kąpiel ultradźwiękowa zapewnia słaby ultradźwiękami z ok. 20-40 W / L, i to bardzo nierównomierne dystrybucja, Sondę ultradźwiękową typ Urządzenia mogą łatwo para Ok. 20000 W / L, przetwarzane na nośniku. Oznacza to, że urządzenie ultradźwiękowe sondy typu wyróżnia łaźni ultradźwiękowej przez współczynnik 1000 (1000x wyższej energii na objętość) W wyniku koncentruje i mundur ultradźwiękowy moc wejściowa. Pełna kontrola nad ultradźwiękami najważniejszych parametrów, zapewnia całkowicie powtarzalny Wyniki i liniową skalowalność o wynikach procesu.