Ultrazvukom procesy môžu byť vykonané pomocou sondy-typ ultrazvukový homogenizer alebo ultrazvukový kúpeľ. Hoci obe techniky aplikujú ultrazvuk na vzorku, existujú významné rozdiely v účinnosti, účinnosti a procesných schopnostiach. Sonda-typ ultrasonicators excel ultrazvukový kúpeľ drasticky, pokiaľ ide o ultrazvukovú intenzitu, amplitúdu, jednotné spracovanie, a reprodukovateľnosť.

Požadované účinky ultrazvukom kvapalín – Vrátane homogenizácia, dispergačné, rozdružovanie, frézovanie, emulgácia, ťažba, Rozpadu, rozpad a sonochemical účinky – sú spôsobené kavitácia. Zavedením vysokého výkonu ultrazvuk do kvapalného média, zvukové vlny sú prenášané v tekutine a vytvoriť striedavý vysokotlakové (kompresia) a nízkotlakové (rarefaction) cykly, s mierou v závislosti na frekvencii. Počas nízkotlakového cyklu, High-intenzita ultrazvukových vĺn vytvoriť malé vákuové bubliny alebo dutín v kvapaline. Keď bubliny dosiahnuť objemu, na ktorom už nemôžu absorbovať energiu, sa zrúti násilne počas vysokotlakového cyklu. Tento jav sa nazýva Kavitácia. Počas implozie veľmi vysoké teploty (cca 5, 000K) a tlaky (cca 2 000 ATM) sú dosiahnuté lokálne. Imploze kavitácie bublina tiež vedie tekuté trysky až 280m/s rýchlosťou. [Suslick 1998]

Moholkar et al. (2000) zistil, že bubliny v regióne najvyššej kavitácie intenzita prešla prechodným pohybom, zatiaľ čo bubliny v regióne najnižšej intenzity kavitácie prešiel stabilný/oscilátory pohybu. Prechodný kolaps bublín, ktorý vedie k lokálnej teplote a maximálnemu tlaku, je v koreňovom adresári pozorovaných účinkov ultrazvuku na chemické systémy.
Intenzita ultrazvukom je funkcia energetického vstupu a sonotrode povrchu oblasti. Pre daný energetický vstup platí: čím väčšia je plocha na sonotrode, tým nižšia je intenzita ultrazvuku.
Ultrazvukové vlny môžu byť generované rôznymi typmi ultrazvukových systémov. V nasledujúcich, rozdiely medzi ultrazvukom pomocou ultrazvukového kúpeľa, ultrazvukové sondy zariadenia v otvorenej nádobe a ultrazvukové sondy zariadenia s prietoková bunka komory sa porovná.

Porovnanie cavitational Hot Spot distribúcie

Pre ultrazvukové aplikácie sa používajú ultrazvukové sondy (sonotródy / rohy) a ultrazvukové kúpele. “Medzi týmito dvoma metódami ultrazvukom je ultrazvukom sondy účinnejší a silnejší ako ultrazvukový kúpeľ pri aplikácii disperzie nanočastíc; Ultrazvukový kúpeľ zariadenie môže poskytnúť slabú ultrazvukom s približne 20-40 W / L a veľmi non-uniform distribúcie, zatiaľ čo ultrazvukové sondové zariadenie môže poskytnúť 20,000 W / L do kvapaliny. To znamená, že ultrazvukové sondové zariadenie vyniká ultrazvukovým kúpeľovým zariadením faktorom 1000.” (porovnaj Asadi a kol., 2019)

Ultrazvukový kúpeľ

V ultrazvukovom kúpeli, Kavitácia nastane non-konkačný a nekontrolovateľne distribuovaný cez nádrž. Sonikácia efekt je nízkej intenzity a Nerovnomerne Šíriť. Opakovateľnosť a škálovateľnosť procesu je veľmi zlá.
Na obrázku nižšie sú uvedené výsledky fólie testovania v ultrazvukovej nádrži. Preto je tenká hliníková alebo plechová fólia umiestnená v spodnej časti vody naplnenej ultrazvukovou nádržou. Po sonikácii sú viditeľné jediné erózie známky. Tieto jediné perforované škvrny a diery v fólii naznačujú cavitational horúce škvrny. Vzhľadom na nízka energetická a Nerovnomerné distribúcia ultrazvuku v nádrži, erózie známky sa vyskytujú len na mieste-múdry. Preto, ultrazvukové kúpele sú väčšinou používané pre čistenie aplikácií.

Nižšie uvedené údaje ukazujú nerovnomerné rozloženie cavitational horúcich škvŕn v ultrazvukovom kúpeli. V obr. 2, vaňa s dolnej časti 20×10 cm bola použitá.

Pre merania znázornené na obr. 3 sa použil Ultrazvukový kúpeľ s spodným priestorom 12x10cm.

Obidva merania ukazujú, že distribúcia ultrazvukového ožiarenia poľa v ultrazvukových nádržiach je veľmi nerovnomerná.
Štúdia ultrazvukového ožarovania na rôznych miestach v kúpeli vykazuje významné priestorové variácie v intenzite kavitácie v ultrazvukovom kúpeli.

4 nižšie porovnáva účinnosť ultrazvukového kúpeľa a ultrazvukové sondy zariadenia ilustrované odfarbenie azo farbivo metyl Violet.

Dhanalakshmi et al. našiel vo svojej štúdii, že sonda typu Ultrazvukový zariadenia majú vysoká lokalizovaná v porovnaní s typom nádrže a tým aj väčší lokalizovaný účinok, ako je znázornené na obr. 4. To znamená, že vyššia intenzita a účinnosť ultrazvukom procesu.
Ultrazvukový nastavenie, ako je znázornené na obrázku 4, umožňuje plnú kontrolu nad najdôležitejšie parametre – amplitúda, tlak, teplota, viskozita, koncentrácia, reaktor objemu.

Ultrazvukové sondy zariadenia v otvorenej kadičky

Keď sú vzorky sonicated pomocou ultrazvukovej sondy zariadenia, intenzívne ultrazvukom zóna je priamo pod sonotrode/sondy. Ultrazvukový ožarovanie vzdialenosť je obmedzená na určitú oblasť sonotrode tip. (pozri obr. 1)
Ultrazvukové procesy v otvorených kadičky sa väčšinou používajú na testovanie uskutočniteľnosti a na prípravu vzoriek menších objemov.

Ultrazvukové sondy zariadenia v nepretržitom prietoku režime

Najsofistikovanejšie výsledky ultrazvukom sú dosiahnuté kontinuálne spracovanie v uzavretom prietoku-through režime. Všetok materiál je spracovaný rovnakou ultrazvukovou intenzitou ako prietoková cesta a doba zdržania v ultrazvukovom reaktorovej komore je kontrolovaná.

Pic. 4:1kW Ultrazvukový systém Uip1000hd s prietoková bunka a čerpadlo

Výsledky procesu ultrazvukového spracovania kvapaliny pre danú konfiguráciu parametra sú funkciou energie na spracovaný zväzok. Funkcia sa mení s úpravami jednotlivých parametrov. Okrem toho, skutočný výkon a intenzita na plochu sonotrode ultrazvukové jednotky závisí od parametrov.

Cavitational vplyv ultrazvukového spracovania závisí od intenzity povrchu, ktorá je rozkladajú amplitúdou (A), tlak (p), objem reaktora (VR), teplota (T), viskozita (η) a ďalšie. Znamienko plus a mínus naznačujú pozitívny alebo negatívny vplyv špecifického parametra na intenzitu ultrazvukom.

Kontrolou najdôležitejším parametrom procesu ultrazvukom proces je plne opakovateľný a dosiahnuté výsledky môžu byť zmenšený úplne lineárne. Rôzne typy sonotród a Ultrazvukový tok bunky reaktorov umožňujú adaptačné na špecifické požiadavky na proces.

Zhrnutie

Zatiaľ čo Ultrazvukový kúpeľ poskytuje Slabý sonikácie s cca. 20-40 W/L a veľmi nejednotná Distribúcie ultrazvukové sondy-typ zariadenia možno ľahko pár cca. 20,000 W/L do spracovaného média. To znamená, že ultrazvukové sondy typu zariadenia vyniká Ultrazvukový kúpeľ faktorom 1000 (1000x vyšší energetický vstup na objem) v dôsledku Zamerané a Jednotné Ultrazvukový napájací vstup. Úplná kontrola nad najdôležitejšími parametrami ultrazvukom zaisťuje úplne reprodukovateľné výsledky a Lineárna škálovateľnosť výsledkov procesu.