Proceset e sonikimit mund të kryhen duke përdorur një homogjenizues tejzanor të tipit sondë ose një banjë tejzanor. Megjithëse, të dyja teknikat aplikojnë ultratinguj në mostër, ka dallime të rëndësishme në efektivitetin, efikasitetin dhe aftësitë e procesit. Ultrasonikët e tipit sondë shkëlqejnë në mënyrë drastike për banjën tejzanor kur bëhet fjalë për intensitetin, amplituda, përpunimin uniform dhe riprodhueshmërinë e ultrazërit.

Efektet e dëshiruara nga ultrasonication e lëngjeve – duke përfshirë homogjenizimit, shpërndarë, Deagglomeration, bluarje, emulsification, ekstraktim, lizë, shpërbërje dhe efekte sonochemike - janë shkaktuar nga cavitation. Duke prezantuar ultratinguj të fuqisë së lartë në një medium të lëngët, valët e zërit transmetohen në lëngun dhe krijojnë cikle alternuara presion të lartë (compression) dhe presion të ulët (ritëm), me norma në varësi të frekuencës. Gjatë ciklit të presionit të ulët, valët me ultratinguj me intensitet të lartë krijojnë flluska të vogla vakumi ose zbrazëti në lëng. Kur flluska të arrijë një volum në të cilin ata nuk mund të absorbojnë më shumë energji, ato kolaptohen me dhunë gjatë një cikli të presionit të lartë. Ky fenomen quhet cavitation. Gjatë implosionit arrihen temperatura shumë të larta (afërsisht 5.000K) dhe presione (afërsisht 2.000atm) në nivel lokal. Implosioni i flluskës së cavitation gjithashtu rezulton në avionë të lëngshëm deri në shpejtësinë 280m / s. [Suslick 1998]

Moholkar et al. (2000) zbuluan se flluskat në rajonin me intensitet më të lartë të kavitacionit iu nënshtruan një lëvizje të përkohshme, ndërsa flluskat në rajonin e intensitetit më të ulët të kavitacionit iu nënshtruan lëvizjes së qëndrueshme / osciluese. Rënia e përkohshme e flluskave që shkakton rritje të temperaturës lokale dhe presionit maksimal është në rrënjën e efekteve të vëzhguara të ultrazërit në sistemet kimike.
Intensiteti i ultrasonication është një funksion i inputit të energjisë dhe zonës sipërfaqësore sonotrode. Për një input të caktuar të energjisë zbatohet: sa më e madhe sipërfaqja e sonotrode, aq më e ulët është intensiteti i ultrazërit.
Valët me ultratinguj mund të gjenerohen nga lloje të ndryshme të sistemeve tejzanor. Në vijim do të krahasohen dallimet në mes të sonikimit duke përdorur një dush me ultratinguj, pajisja me sondë tejzanor në një enë të hapur dhe pajisje me sondë tejzanor me dhomën e qelizës së rrjedhës.

Krahasimi i shpërndarjes cavitational hot spot

Për aplikime tejzanor, përdoren sonda tejzanor (sonotrode / brirë) dhe banja tejzanor. “Ndër këto dy metoda të ultrazërit, sonikimi i sondës është më efektiv dhe më i fuqishëm se banja tejzanor në aplikimin e shpërndarjes së nanogrimcave; pajisja e banjës tejzanor mund të sigurojë një ultratinguj të dobët me afërsisht 20-40 W/L dhe një shpërndarje shumë jo uniforme ndërsa pajisja e sondës tejzanor mund të sigurojë 20,000 W/L në lëng. Kështu, do të thotë që një pajisje sondë tejzanor e kalon pajisjen e banjës tejzanor me faktorin 1000.” (krh. Asadi et al., 2019)

Dush tejzanor

Në një dush tejzanor, cavitation ndodh jo-përshtatshëm dhe shpërndahen pakontrollisht nëpër tank. Efekti i zërit është me intensitet të ulët dhe në mënyrë të pabarabartë përhapur. Përsëritshmëria dhe shkallëzueshmëria e procesit është shumë e dobët.
Fotografia më poshtë tregon rezultatet e një testimi të pllakave në një rezervuar tejzanor. Prandaj, një fletë alumini ose kallaji i hollë vendoset në fund të një tanku të mbushur me ujë. Pas sonication, shenjat e erozionit të vetëm janë të dukshme. Ato njolla të vetme të shpuara dhe vrima në petë tregojnë pika të nxehta cavitational. Për shkak të energji të ulët dhe i pabarabartë shpërndarja e ultrazërit brenda rezervuarit, shenjat e erozionit ndodhin vetëm në vend. Prandaj, banjot tejzanor janë përdorur kryesisht për pastrimin e aplikacioneve.

Shifrat e mëposhtme tregojnë shpërndarjen e pabarabartë të pikave të nxehta cavitational në një dush tejzanor. Në Fig. 2, një dush me një sipërfaqe prej 20×10 cm është përdorur.

Për matjet e paraqitura në Fig. 3, është përdorur një dush me ultratinguj me një hapësirë të poshtme prej 12x10 cm.

Të dyja matjet tregojnë se shpërndarja e fushës së rrezatimit tejzanor në tanke tejzanor është shumë e pabarabartë.
Studimi i rrezatimit tejzanor në vende të ndryshme në banjë tregon ndryshime të rëndësishme hapësinore në intensitetin e cavitation në dush tejzanor.

Figura 4 më poshtë krahason efikasitetin e një dush me ultratinguj dhe një pajisje me sondë tejzanor të ilustruar me anë të dekolorimit të bojës azo Methyl Violet.

Dhanalakshmi et al. gjetur në studimin e tyre se sondë-lloj tejzanor pajisjet kanë një i lartë lokalizuar intensiteti krahasuar me llojin e rezervuarit dhe kështu, efekti më i madh lokalizuar siç përshkruhet në Fig. 4. Kjo do të thotë një intensitet më të lartë dhe efikasitet të procesit të sonifikimit.
Një instalim tejzanor siç tregohet në figurën 4, lejon kontrollin e plotë mbi parametrat më të rëndësishëm - amplituda, presioni, temperatura, viskoziteti, përqendrimi, vëllimi i reaktorit.

Pajisja me sondë tejzanor në një gotë të hapur

Kur mostrat janë sonicated duke përdorur një pajisje për hetim tejzanor, zona intensive sonication është direkt nën sonotrode / hetim. Distanca e rrezatimit tejzanor është e kufizuar në një zonë të caktuar të tipit të sonotrode. (shih pikën 1)
Proceset tejzanor në enët e hapura përdoren kryesisht për testimin e fizibilitetit dhe për përgatitjen e mostrave të volumeve më të vogla.

Pajisja me sondë tejzanor në regjimin e rrjedhës së vazhdueshme

Rezultatet më të sofistikuara të sonifikimit arrihen me një përpunim të vazhdueshëm në një regjim të mbyllur të rrjedhës. I gjithë materiali përpunohet me intensitet të njëjtë me ultratinguj si kontrollohet rruga e rrjedhës dhe koha e qëndrimit në dhomën e reaktorit tejzanor.

Pic. Sistemi 4: 1kW tejzanor UIP1000hd me qelizë rrjedhëse dhe pompë

Rezultatet e procesit të përpunimit të lëngjeve tejzanor për një konfigurim të caktuar të parametrave janë një funksion i energjisë për volumin e përpunuar. Funksioni ndryshon me ndryshimet në parametrat individualë. Për më tepër, prodhimi aktual i fuqisë dhe intensiteti për sipërfaqen e sonotrodit të një njësie tejzanor varet nga parametrat.

Ndikimi cavitational i përpunimit tejzanor varet nga intensiteti i sipërfaqes që përshkruhet nga amplituda (A), presioni (p), vëllimi i reaktorit (VR), temperatura (T), viskoziteti (η) dhe të tjera. Shenjat plus dhe minus tregojnë një ndikim pozitiv ose negativ të parametrit specifik në intensitetin e sonication.

Duke kontrolluar parametrin më të rëndësishëm të procesit të sonifikimit, procesi është plotësisht i përsëritshëm dhe rezultatet e arritura mund të reduktohen tërësisht lineare. Llojet e ndryshme të sonotrodes dhe reaktorët qelizë tejzanor lejojnë për përshtatjen me kërkesat specifike të procesit.

përmbledhje

Ndërsa a Dush tejzanor siguron një i dobët sonication me përafërsisht. 20-40 W / L dhe një shumë jo-uniform shpërndarjes, lloji tejzanor-hetim pajisjet mund të çiftëzohen lehtësisht. 20.000 W / L në sipërfaqen e përpunuar. Kjo do të thotë se një pajisje me tip ultrasonik përkeqëson një dush tejzanor me faktor 1000 (1000x më shumë energji për vëllim) për shkak të një fokusuar dhe uniformë të dhëna tejzanor të energjisë. Kontrolli i plotë mbi parametrat më të rëndësishëm të sonifikimit siguron plotësisht i riprodhueshëm rezultatet dhe Skalabilitet linear e rezultateve të procesit.