Ultrazvuková kavitácia v kvapalinách

Ultrazvukové vlny ultrazvuku s vysokou intenzitou vytvárajú akustickú kavitáciu v kvapalinách. Kavitácia spôsobuje extrémne účinky lokálne, ako sú prúdy kvapaliny až do 1000 km / h, tlaky až do 2000 atm a teploty do 5000 Kelvinov. Tieto rozpúšťadle generované sily sa používajú pre početné aplikácie kvapalného spracovania, ako je homogenizácia, dispergovanie, emulgácia, extrakcia, bunkové prerušenie, rovnako ako zintenzívnenie chemických reakcií.

Pracovný princíp ultrazvukovej kavitácie

Pri sonicating kvapaliny s vysokou intenzitou, zvukové vlny, ktoré šíria do kvapalných médií za následok 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.

Žiadosť o informácie





Ultrazvukové sondy využívajú sily akustickej kavitácie na zabezpečenie intenzívneho miešania a homogenizácie. Ultrazvukové homogneizers sú široko používané pre efektívne miešanie, dispergovanie, emulgačné, extrakcia, odplynenie a sonochémia.

Sondové ultrasonicators ako UP400St Použite pracovný princíp akustickej kavitácie.

Akustická alebo ultrazvuková kavitácia: rast bublín a implózia

Akustická kavitácia (generovaná výkonovým ultrazvukom) vytvára lokálne extrémne podmienky, tzv. sonomechanické a sonochemické účinky. Vďaka týmto účinkom ultrazvukom podporuje chemické reakcie vedúce k vyšším výnosom, rýchlejšej rýchlosti reakcie, novým dráham a zlepšeniu celkovej účinnosti.

 
 
 

Toto video ukazuje Hielscher ultrasonicator UP400S (400W) generovanie akustickú kavitácie vo vode.

Ultrazvukový kavitácie vo vode pomocou UP400S

Miniatúra videa

 

Kľúčové aplikácie ultrasonicators pomocou akustickej kavitácie

Ultrazvukové sondy, tiež známe ako ultrazvukové sondy, účinne generujú intenzívnu akustickú kavitáciu v kvapalinách. Preto sú široko používané v rôznych aplikáciách v rôznych priemyselných odvetviach. Niektoré z najdôležitejších aplikácií akustickej kavitácie generovanej ultrazvukom typu sondy zahŕňajú:
 

Mocný Ultrazvukový kavitácie na Hielscher Cascatrode

Výkonná ultrazvuková kavitácia na Hielscher Ultrasonic Cascatrode

  1. Homogenizácia: Ultrazvukové sondy môžu generovať intenzívnu kavitáciu, ktorá je charakterizovaná ako energeticky husté pole vibrácií a šmykových síl. Tieto sily poskytujú vynikajúce miešanie, miešanie a zmenšenie veľkosti častíc. Ultrazvuková homogenizácia produkuje rovnomerne zmiešané suspenzie. Preto sa ultrazvukom používa na výrobu homogénnej koloidnej suspenzie s úzkymi distribučnými krivkami.
  2. Disperzia nanočastíc: Ultrasonicators sa používajú na disperziu, deaglomeráciu a mokré mletie nanočastíc. Nízkofrekvenčné ultrazvukové vlny môžu generovať nárazovú kavitáciu, ktorá rozkladá aglomeráty a znižuje veľkosť častíc. Najmä vysoký šmyk prúdov kvapaliny urýchľuje častice v kvapaline, ktoré sa navzájom zrážajú (kolízia medzičastíc), takže častice sa následne lámu a erodujú. Výsledkom je rovnomerné a stabilné rozloženie častíc zabraňujúcich sedimentácii. Je to rozhodujúce v rôznych oblastiach vrátane nanotechnológie, materiálovej vedy a farmaceutického priemyslu.
  3. Emulgácia a miešanie: Sondové ultrasonicators sa používajú na vytváranie emulzií a miešanie kvapalín. Ultrazvuková energia spôsobuje kavitáciu, tvorbu a kolaps mikroskopických bublín, ktoré vytvárajú intenzívne lokálne šmykové sily. Tento proces pomáha pri emulgácii nemiešateľných kvapalín a vytvára stabilné a jemne rozptýlené emulzie.
  4. Extrakcia: Vzhľadom na kavitačné šmykové sily, ultrasonicators sú vysoko účinné pri narušení bunkových štruktúr a zlepšiť prenos hmoty medzi pevnou látkou a kvapalinou. Preto sa ultrazvuková extrakcia široko používa na uvoľnenie intracelulárneho materiálu, ako sú bioaktívne zlúčeniny na výrobu vysoko kvalitných botanických extraktov.
  5. Odplynenie a odvzdušňovanie: Sondové ultrazvukom sa používajú na odstránenie plynových bublín alebo rozpustených plynov z kvapalín. Aplikácia ultrazvukovej kavitácie podporuje koalescenciu plynových bublín tak, aby rástli a plávali na vrchol kvapaliny. Ultrazvuková kavitácia robí odplynenie rýchlym a efektívnym postupom. To je cenné v rôznych priemyselných odvetviach, ako sú farby, hydraulické kvapaliny alebo spracovanie potravín a nápojov, kde prítomnosť plynov môže negatívne ovplyvniť kvalitu a stabilitu produktu.
  6. Sonokatalýza: Ultrazvukové sondy môžu byť použité na sonokatalýzu, proces, ktorý kombinuje akustickú kavitáciu s katalyzátormi na zvýšenie chemických reakcií. Kavitácia generovaná ultrazvukovými vlnami zlepšuje prenos hmoty, zvyšuje rýchlosť reakcie a podporuje produkciu voľných radikálov, čo vedie k efektívnejším a selektívnejším chemickým transformáciám.
  7. Príprava vzorky: Ultrasonicators typu sondy sa bežne používajú v laboratóriách na prípravu vzoriek. Používajú sa na homogenizáciu, rozčlenenie a extrakciu biologických vzoriek, ako sú bunky, tkanivá a vírusy. Ultrazvuková energia generovaná sondou narúša bunkové membrány, uvoľňuje bunkový obsah a uľahčuje ďalšiu analýzu.
  8. Dezintegrácia a narušenie buniek: Ultrazvukové prístroje typu sondy sa používajú na rozpad a narušenie buniek a tkanív na rôzne účely, ako je extrakcia intracelulárnych zložiek, mikrobiálna inaktivácia alebo príprava vzoriek na analýzu. Ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou a tým generovaná kavitácia spôsobujú mechanické namáhanie a šmykové sily, čo vedie k rozpadu bunkových štruktúr. V biologickom výskume a lekárskej diagnostike sa ultrazvukom typu sondy používajú na lýzu buniek, proces rozbitia otvorených buniek na uvoľnenie ich intracelulárnych zložiek. Ultrazvuková energia narúša bunkové steny, membrány a organely, čo umožňuje extrakciu proteínov, DNA, RNA a ďalších bunkových zložiek.

 
Toto sú niektoré z kľúčových aplikácií sondových ultrazvukových prístrojov, ale technológia má ešte širšiu škálu ďalších použití, vrátane sonochémie, zníženie veľkosti častíc (mokré mletie), syntéza častíc zdola nahor a sono-syntéza chemických látok a materiálov v rôznych priemyselných odvetviach, ako sú farmaceutiká, spracovanie potravín, biotechnológia a environmentálne vedy.

 

Ultrazvukový grafén exfoliácia vo vode

Vysokorýchlostná sekvencia (od a po f) rámov znázorňujúca sonomechanické odlupovanie grafitovej vločky vo vode pomocou UP200S, 200W ultrasonicator s 3-mm sonotródou. Šípky ukazujú miesto štiepenia častíc s kavitačnými bublinami prenikajúcimi do rozdelenia.
© Tyurnina et al. 2020

Akustická kavitácia, ako je tu znázornené na Hielscher ultrasonicator UIP1500hdT sa používa na iniciovanie a podporu chemických reakcií. Ultrazvuková kavitácia na Hielscher UIP1500hdT (1500W) ultrazvukom pre sonochemické reakcie.

Ultrazvuková kavitácia na kaskádovej sonde ultrasonicator UIP1000hdT (1000 wattov, 20kHz) v sklenenom reaktore.

Video akustickej kavitácie v kvapaline

Nasledujúce video demonštruje akustickú kavitáciu v kascatróde ultrasonicator UIP1000hdT vo vode naplnenej sklenenej kolóne. Sklenený stĺpec je osvetlený zdola červeným svetlom, aby sa zlepšila vizualizácia kavitačných bublín.

Toto video ukazuje ultrazvukovú / akustickú kavitáciu vo vode - generovanú Hielscher UIP1000. Ultrazvuková kavitácia sa používa pre mnoho kvapalných aplikácií, ako je homogenizácia, disperzia, emulgácia, extrakcia, odplynenie a sonochemické reakcie.

Ultrazvukový kavitácie v kvapalinách pomocou UIP1000

Miniatúra videa

 

Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!

Požiadajte o ďalšie informácie

Použite nižšie uvedený formulár a požiadajte o ďalšie informácie o ultrazvukových procesoroch na generovanie akustickej kavitácie, aplikácií a cien. Radi s vami prediskutujeme váš proces a ponúkneme vám ultrazvukový kavitačný systém spĺňajúci vaše požiadavky!









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:

Objem šarže prietok Odporúčané Devices
1 až 500mL 10 až 200mL/min UP100H
10 až 2000mL 20 až 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 až 20L 02 až 4 l / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000hdT
neuv 10 až 100 l / min UIP16000
neuv väčšia strapec UIP16000
Ultrazvukové high-shear homogenizers sa používajú v laboratóriu, bench-top, pilotné a priemyselné spracovanie.

Hielscher Ultrazvukom vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory pre miešanie aplikácií, disperzie, emulgácie a extrakcie na laboratórne, pilotné a priemyselné meradle.



Literatúra/referencie


Vysoko výkonné ultrazvukom! Hielscherov sortiment pokrýva celé spektrum od kompaktného laboratórneho ultrasonicatora cez bench-top jednotky až po plne priemyselné ultrazvukové systémy.

Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizers z laboratórium na priemyselnej veľkosti.


Radi prediskutujeme váš proces.

Poďme sa skontaktovať.