Полное руководство по контролю температуры при обработке ультразвуком

Контроль температуры при ультразвуковой обработке и сонохимических реакциях необходим для сохранения целостности образцов, защиты термочувствительных соединений, оптимизации условий реакции, обеспечения равномерной обработки ультразвуком и повышения общей безопасности. Все цифровые модели ультразвуковых аппаратов Hielscher оснащены подключаемым датчиком температуры и передовым программным обеспечением для мониторинга температуры процесса и программирования температурных пределов. Узнайте, как контроль температуры при обработке ультразвуком позволяет получать более эффективные, воспроизводимые и надежные результаты!

Ультразвуковые аппараты Hielscher с передовыми функциями контроля температуры

Ультразвуковые аппараты Hielscher оснащены передовыми функциями мониторинга температуры и программирования, необходимыми для поддержания точного контроля при ультразвуковых процессах. Каждая цифровая модель ультразвукового аппарата комплектуется подключаемым датчиком температуры, который позволяет непрерывно контролировать температуру при его погружении непосредственно в жидкость. Этот датчик измеряет температуру в объеме жидкости в реальном времени, обеспечивая точные и согласованные данные.
Передовое программное обеспечение, встроенное в ультразвуковые аппараты Hielscher, позволяет пользователям задавать определенный температурный диапазон. Если температура превышает заданный предел, ультразвуковой аппарат автоматически приостанавливает работу. Он возобновляет работу только после снижения температуры до безопасного, заранее установленного уровня. Такое автоматическое регулирование предотвращает перегрев, защищая как образец, так и оборудование.

Все показания температуры вместе с другими критически важными данными ультразвукового процесса автоматически записываются на встроенную SD-карту. Эта функция облегчает проверку и всесторонний контроль процесса, позволяя пользователям просматривать и анализировать данные для достижения оптимальных результатов.

Для процессов, требующих дополнительного регулирования температуры, Hielscher предлагает сонохимические реакторы с охлаждающими рубашками. Кроме того, можно интегрировать теплообменники и холодильные установки, чтобы обеспечить поддержание требуемой температуры процесса.

Программируемый импульсный режим – еще одна функция, предназначенная для облегчения отвода тепла при обработке ультразвуком. Этот режим позволяет ультразвуковым аппаратам работать с перерывами, предотвращая непрерывное накопление тепла.

Все цифровые модели ультразвуковых аппаратов мощностью от 200 ватт и выше оснащены функцией контроля температуры для предотвращения перегрева образцов при подготовке. Подключаемый датчик температуры PT100 непрерывно измеряет температуру в образцах и передает эту информацию ультразвуковому аппарату. Затем система автоматически приостанавливает работу при достижении верхнего температурного предела и возобновляет ее только после охлаждения образца до нижнего предела установленного температурного диапазона.

Возможности контроля температуры ультразвуковых аппаратов Hielscher, включая использование датчика температуры PT100, выполняют важнейшую функцию обеспечения точной и безопасной ультразвуковой обработки. Эти функции обеспечивают работу оборудования в оптимальном температурном диапазоне, предотвращая перегрев и сохраняя целостность образца на протяжении всего процесса.

О важности контроля температуры при ультразвуковой обработке

Контроль температуры имеет решающее значение при ультразвуковой обработке и сонохимических реакциях. Необходимость контроля температуры обусловлена прежде всего требованиями сохранения целостности образцов, защиты термочувствительных веществ и повышения эффективности реакций.

• Целостность образцов
  Во-первых, точный контроль температуры помогает сохранять целостность обрабатываемых образцов. Ультразвуковые волны выделяют значительное количество тепла за счет кавитации, при которой микроскопические пузырьки в жидкости резко схлопываются, создавая локальные высокие температуры. Неконтролируемое повышение температуры может привести к деградации или денатурации чувствительных биологических образцов, таких как белки, нуклеиновые кислоты или другие органические соединения. Поддержание стабильной температуры обеспечивает сохранение целостности и функциональности этих образцов на протяжении всего процесса.
• Оптимальная температура процесса
  Во-вторых, многие сонохимические реакции сильно зависят от температуры. Скорость и результат этих реакций могут существенно изменяться при изменении температуры. Контролируя температуру, можно оптимизировать условия реакции, обеспечивая более высокую эффективность и больший выход продуктов. Например, для некоторых реакций могут потребоваться более низкие температуры, чтобы предотвратить побочные реакции или стабилизировать реакционноспособные промежуточные соединения, тогда как для других могут быть необходимы более высокие температуры для достижения требуемых скоростей реакции. Точное регулирование температуры позволяет тонко настраивать эти условия, получая более стабильные и предсказуемые результаты.
• Равномерность обработки ультразвуком
  Кроме того, неконтролируемое повышение температуры может привести к неравномерной обработке ультразвуком. При повышении температуры вязкость жидкости может изменяться, влияя на распространение ультразвуковых волн. Это может привести к неравномерной кавитации и нестабильной обработке, потенциально ухудшая воспроизводимость и приводя к неоптимальным результатам. Контроль температуры обеспечивает постоянство физических свойств жидкости, способствуя равномерному распределению ультразвуковой энергии.
• Контроль температуры для обеспечения безопасности
  Эффективное регулирование температуры повышает безопасность. Неконтролируемые высокие температуры, за которыми не ведется наблюдение, могут представлять опасность для операторов и лабораторной среды. Применение мер контроля температуры обеспечивает безопасность среды обработки и снижение любых потенциальных рисков, связанных с перегревом.

Как использовать ледяную баню при ультразвуковой обработке

При обработке ультразвуком в стаканах и при порционной обработке простая баня с холодной водой / водой со льдом или ледяная баня является проверенным и эффективным средством предотвращения повышения температуры обрабатываемой среды.
Подготовка бани с водой со льдом или ледяной бани для охлаждения образцов при обработке ультразвуком – простой процесс, который помогает поддерживать стабильные и контролируемые температурные условия, предотвращая перегрев и обеспечивая оптимальные результаты. Ниже мы пошагово расскажем, как подготовить ледяную баню:

• Наполните емкость: Выберите сосуд шире стакана, используемого для обработки ультразвуком. Наполните емкость льдом примерно наполовину. Лучше всего использовать колотый лед или кубики льда в холодной воде, поскольку это обеспечивает лучший контакт с емкостью для образца и более эффективное охлаждение. Цель – создать смесь льда и воды, которая может полностью окружать емкость для образца, обеспечивая равномерное охлаждение.
• Погрузите емкость для образца: Поместите емкость для образца в середину бани с водой со льдом. Для эффективного охлаждения убедитесь, что вода со льдом достигает по меньшей мере половины высоты стенок емкости для образца. Если образец очень чувствителен к нагреву, погрузите емкость глубже, но не допускайте попадания воды внутрь емкости для образца. Убедитесь, что уровень воды со льдом не слишком высок, чтобы она не выплескивалась в образец.
• Контролируйте температуру (необязательно): Если необходим точный контроль температуры, используйте термометр для мониторинга температуры ледяной бани. Цифровые ультразвуковые аппараты Hielscher комплектуются подключаемым датчиком температуры PT100. Датчик PT100 непрерывно измеряет температуру и передает данные ультразвуковому процессору. В меню ультразвукового аппарата можно задать температурный предел. При достижении установленного температурного предела ультразвуковой аппарат автоматически приостанавливает работу до снижения температуры образца до заданного нижнего предела, после чего продолжает обработку ультразвуком.

 
Эта простая процедура позволяет создать эффективную баню с водой со льдом или ледяную баню для поддержания стабильной прохладной среды для образцов во время обработки ультразвуком, обеспечивая оптимальную эффективность и предотвращая перегрев.

Ультразвуковые проточные ячейки с охлаждающей рубашкой

Для обработки ультразвуком в потоке Hielscher предлагает проточные ячейки различных объемов и геометрических форм, оснащенные охлаждающей рубашкой.
Охлаждающая рубашка ультразвуковой проточной ячейки выполняет функцию регулирования температуры при ультразвуковой обработке. Охлаждающая рубашка представляет собой камеру, окружающую проточную ячейку, через которую циркулирует охлаждающая жидкость (обычно вода, например охлажденная водопроводная вода). Ее основная функция – отводить тепло, выделяемое при обработке ультразвуком, поддерживая требуемую температуру образца и предотвращая перегрев. Это имеет решающее значение для сохранения целостности термочувствительных соединений и обеспечения стабильных и надежных результатов.
Помимо охлаждения, рубашку можно также использовать для нагрева проточной ячейки. Циркуляция горячей воды вместо охлаждающей жидкости позволяет повысить температуру проточной ячейки. Это полезно для процессов, требующих более высоких температур, таких как термоультразвуковая обработка. Термоультразвуковая обработка сочетает воздействие тепла и ультразвуковых волн для повышения эффективности обработки. Например, при пастеризации пищевых продуктов термоультразвуковая обработка может эффективно снижать микробную нагрузку, сохраняя качество и пищевую ценность продуктов. Узнайте больше о термоультразвуковой обработке!
Эта двойная функция охлаждающей рубашки – возможность как охлаждения, так и нагрева – делает ее универсальным средством для различных применений ультразвуковой обработки.

Ультразвуковой гомогенизатор UIP1000hdT с проточной ячейкой, оснащенной охлаждающей рубашкой для контроля температуры процесса при обработке ультразвуком.

Проектирование, производство и консультирование – качество из Германии

Ультразвуковые аппараты Hielscher широко известны своим высочайшим качеством и высочайшими стандартами проектирования. Прочность и простота эксплуатации позволяют легко интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные предприятия. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательными рабочими средами.

Hielscher Ultrasonics – компания, сертифицированная по ISO, которая уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, оснащенным самыми современными технологиями и отличающимся удобством использования. Разумеется, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE, а также требованиям UL, CSA и RoHs.

Приведенная ниже таблица дает представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов:

Ультразвуковой гомогенизатор UIP1500hdT с проточной ячейкой, оснащенной охлаждающей рубашкой для контроля температуры процесса при обработке ультразвуком.

Литература / Ссылки

• Trindade, A.C., Carreto, M., Helgesen, G. et al. (2020): Photonic composite materials from cellulose nanorods and clay nanolayers. European Physical Journal of Special Topics 229, 2020. 2741–2755.
• Farid Chemat, Natacha Rombaut, Anne-Gaëlle Sicaire, Alice Meullemiestre, Anne-Sylvie Fabiano-Tixier, Maryline Abert-Vian (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 34,2017. 540-560.
• Pameli Pal, Jugal K. Das, Nandini Das, Sibdas Bandyopadhyay (2013): Synthesis of NaP zeolite at room temperature and short crystallization time by sonochemical method. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 20, Issue 1, 2013. 314-321.