Ультразвуковая кавитация в жидкостях

Ультразвуковые волны ультразвука высокой интенсивности генерируют акустическую кавитацию в жидкостях. Кавитация вызывает экстремальные эффекты локально, такие как струи жидкости со скоростью до 1000 км/ч, давление до 2000 атм и температура до 5000 Кельвинов. Эти ультразвуковые силы используются для многочисленных применений обработки жидкостей, таких как гомогенизация, диспергирование, эмульгирование, экстракция, разрушение клеток, а также интенсификация химических реакций.

Принцип работы ультразвуковой кавитации

При обработке ультразвуком жидкостей при высокой интенсивности, звуковые волны, распространяющиеся в жидких средах в результате переменного высокого давления (сжатия) и низкого давления (разрежения) циклов, с частотой в зависимости от частоты. Во время цикла низкого давления, высокой интенсивности ультразвуковые волны создают маленькие пузырьки вакуума или пустот в жидкости. Когда пузырьки достигают объема, при котором они больше не могут поглощать энергию, они разрушаются бурно во время цикла высокого давления. Это явление называется кавитацией. Во время имплозии очень высоких температур (прибл. 5,000K) и давлений (прибл. 2,000atm) достигаются на местном уровне. Распад кавитационного пузырька также приводит к жидкой струи до 280m / с скорости.

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Ультразвуковые зонды используют силы акустической кавитации для обеспечения интенсивного перемешивания и гомогенизации. Ультразвуковые гомогнейзеры широко используются для эффективного смешивания, диспергирования, эмульгирования, экстракции, дегазации и сонохимии.

Ультразвуковые аппараты зондового типа, такие как UP400St Используйте принцип работы акустической кавитации.

Акустическая или ультразвуковая кавитация: рост пузырьков и имплозия

Акустическая кавитация (генерируемая силовым ультразвуком) создает локально экстремальные условия, так называемые сономеханические и сонохимические эффекты. Благодаря этим эффектам обработка ультразвуком способствует химическим реакциям, что приводит к более высоким выходам, более высокой скорости реакции, новым путям и повышению общей эффективности.

 
 
 

Это видео показывает Hielscher ультразвуковой UP400S (400W) генерации акустической кавитации в воде.

Ультразвуковая кавитация в воде с помощью UP400S

Миниатюра видео

 

Основные области применения ультразвуковых аппаратов с использованием акустической кавитации

Ультразвуковые аппараты зондового типа, также известные как ультразвуковые зонды, эффективно генерируют интенсивную акустическую кавитацию в жидкостях. Поэтому они широко используются в различных приложениях в различных отраслях промышленности. Некоторые из наиболее важных применений акустической кавитации, генерируемой ультразвуковыми аппаратами зондового типа, включают:
 

Мощная ультразвуковая кавитация в Хильшер Каскатроде

Мощная ультразвуковая кавитация в ультразвуковом каскаде Hielscher

  1. Гомогенизация: Ультразвуковые зонды могут генерировать интенсивную кавитацию, которая характеризуется как энергоемкое поле вибраций и сдвиговых сил. Эти силы обеспечивают превосходное смешивание, смешивание и уменьшение размера частиц. Ультразвуковая гомогенизация дает равномерно смешанные суспензии. Поэтому обработка ультразвуком используется для получения однородной коллоидной суспензии с узкими кривыми распределения.
  2. Дисперсия наночастиц: Ультразвуковые аппараты используются для диспергирования, деагломерации и мокрого измельчения наночастиц. Низкочастотные ультразвуковые волны могут генерировать эффектную кавитацию, которая разрушает агломераты и уменьшает размер частиц. В частности, большой сдвиг струй жидкости ускоряет частицы в жидкости, которые сталкиваются друг с другом (столкновение между частицами), так что частицы последовательно разрушаются и разрушаются. Это приводит к равномерному и стабильному распределению частиц, предотвращая осаждение. Это имеет решающее значение в различных областях, включая нанотехнологии, материаловедение и фармацевтику.
  3. Эмульгирование и смешивание: Ультразвуковые аппараты зондового типа используются для создания эмульсий и смешивания жидкостей. Ультразвуковая энергия вызывает кавитацию, образование и схлопывание микроскопических пузырьков, что создает интенсивные локальные силы сдвига. Этот процесс способствует эмульгированию несмешивающихся жидкостей с получением стабильных и тонкодисперсных эмульсий.
  4. Извлечение: Из-за кавитационных сил сдвига ультразвуковые аппараты очень эффективны в разрушении клеточных структур и улучшении массопереноса между твердым телом и жидкостью. Поэтому ультразвуковая экстракция широко используется для высвобождения внутриклеточного материала, такого как биологически активные соединения, для производства высококачественных растительных экстрактов.
  5. Дегазация и деаэрация: Ультразвуковые аппараты зондового типа используются для удаления пузырьков газа или растворенных газов из жидкостей. Применение ультразвуковой кавитации способствует слиянию пузырьков газа, так что они растут и всплывают в верхнюю часть жидкости. Ультразвуковая кавитация делает дегазацию быстрой и эффективной процедурой. Это ценно в различных отраслях промышленности, таких как краски, гидравлические жидкости или производство продуктов питания и напитков, где присутствие газов может негативно повлиять на качество и стабильность продукта.
  6. Сонокатализ: Ультразвуковые зонды могут использоваться для сонокатализа, процесса, который сочетает в себе акустическую кавитацию с катализаторами для усиления химических реакций. Кавитация, генерируемая ультразвуковыми волнами, улучшает массоперенос, увеличивает скорость реакции и способствует образованию свободных радикалов, что приводит к более эффективным и селективным химическим превращениям.
  7. Пробоподготовка: Ультразвуковые аппараты зондового типа обычно используются в лабораториях для подготовки образцов. Они используются для гомогенизации, дезагрегирования и извлечения биологических образцов, таких как клетки, ткани и вирусы. Ультразвуковая энергия, генерируемая зондом, разрушает клеточные мембраны, высвобождая клеточное содержимое и облегчая дальнейший анализ.
  8. Распад и разрушение клеток: Ультразвуковые аппараты зондового типа используются для распада и разрушения клеток и тканей для различных целей, таких как извлечение внутриклеточных компонентов, микробная инактивация или подготовка образцов для анализа. Ультразвуковые волны высокой интенсивности и создаваемая ими кавитация вызывают механическое напряжение и силы сдвига, что приводит к распаду клеточных структур. В биологических исследованиях и медицинской диагностике ультразвуковые аппараты зондового типа используются для лизиса клеток, процесса разрушения клеток для высвобождения их внутриклеточных компонентов. Ультразвуковая энергия разрушает клеточные стенки, мембраны и органеллы, позволяя извлекать белки, ДНК, РНК и другие клеточные компоненты.

 
Это некоторые из ключевых применений ультразвуковых аппаратов зондового типа, но технология имеет еще более широкий спектр других применений, включая сонохимию, уменьшение размера частиц (мокрое измельчение), синтез частиц снизу вверх и соносинтез химических веществ и материалов в различных отраслях промышленности, таких как фармацевтика, пищевая промышленность, биотехнология и науки об окружающей среде.

 

Ультразвуковое отшелушивание графена в воде

Высокоскоростная последовательность (от a до f) кадров, иллюстрирующих сономеханическое отшелушивание графитовой чешуйки в воде с использованием UP200S, ультразвукового аппарата мощностью 200 Вт с 3-мм сонотродом. Стрелками показано место расщепления частиц с проникающими в расщепление кавитационными пузырьками.
© Тюрнина и др. 2020

Акустическая кавитация, как показано здесь на ультразвуковом аппарате Hielscher UIP1500hdT, используется для инициирования и стимулирования химических реакций. Ультразвуковая кавитация на ультразвуковом аппарате Hielscher UIP1500hdT (1500 Вт) для сонохимических реакций.

Ультразвуковая кавитация на каскадном зонде ультразвукового аппарата UIP1000hdT (1000 Вт, 20 кГц) в стеклянном реакторе.

Видео акустической кавитации в жидкости

Следующее видео демонстрирует акустическую кавитацию на каскаде ультразвукового аппарата UIP1000hdT в заполненной водой стеклянной колонне. Стеклянная колонна освещается снизу красным светом, чтобы улучшить визуализацию кавитационных пузырьков.

В этом видео показана ультразвуковая / акустическая кавитация в воде, генерируемая Hielscher UIP1000. Ультразвуковая кавитация используется для многих жидкостных применений, таких как гомогенизация, дисперсия, эмульгирование, экстракция, дегазация и сонохимические реакции.

Ультразвуковая кавитация в жидкостях с помощью UIP1000

Миниатюра видео

 

Свяжитесь с нами! / Спросите нас!

Запросить дополнительную информацию

Пожалуйста, используйте форму ниже, чтобы запросить дополнительную информацию об ультразвуковых процессорах для генерации акустической кавитации, области применения и ценах. Мы будем рады обсудить с вами ваш процесс и предложить вам ультразвуковую кавитационную систему, отвечающую вашим требованиям!









Пожалуйста, обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:

Объем партии Скорость потока Рекомендуемые устройства
От 1 до 500 мл От 10 до 200 мл / мин UP100H
От 10 до 2000 мл От 20 до 400 мл / мин Uf200 ः т, UP400St
0.1 до 20L 0.2 до 4L / мин UIP2000hdT
От 10 до 100 литров От 2 до 10 л / мин UIP4000hdT
не доступно От 10 до 100 л / мин UIP16000
не доступно больше кластер UIP16000
Ультразвуковые высокопоточные гомогенизаторы используются в лабораторной, настольной, пилотной и промышленной обработке.

Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов для смешивания приложений, дисперсии, эмульгации и экстракции в лабораторных, пилотных и промышленных масштабах.



Литература / Ссылки


Высокоэффективный ультразвук! Ассортимент продукции Hielscher охватывает весь спектр от компактного лабораторного ультразвукового аппарата до полностью промышленных ультразвуковых систем.

Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов из лаборатория в промышленного размера.


Мы будем рады обсудить ваш процесс.

Давайте свяжемся.