Ultrasonikë: Aplikime dhe procese

Ultratingulli është një metodë e përpunimit mekanik që krijon kavitacion akustik dhe forca fizike shumë intensive. Prandaj, ultrasonikët përdoren për aplikime të shumta si përzierja, homogjenizimi, bluarja, shpërndarja, emulsifikimi, nxjerrja, degazimi dhe reaksionet sono-kimike.
Më poshtë, do të mësoni gjithçka rreth aplikacioneve dhe proceseve tipike tejzanor.

homogjenizimi me ultratinguj

Homogjenizuesit tejzanor reduktojnë grimcat e vogla në një lëng për të përmirësuar uniformitetin dhe stabilitetin e shpërndarjes. Grimcat (faza disperse) mund të jenë të ngurta ose pika të lëngshme të pezulluara në një fazë të lëngshme. Homogjenizimi me ultratinguj është shumë efikas për reduktimin e grimcave të buta dhe të forta. Hielscher prodhon ultrasonikë për homogjenizimin e çdo vëllimi të lëngshëm dhe për përpunim në grup ose në linjë. Pajisjet laboratorike ultrasonike mund të përdoren për vëllime nga 1.5mL deri në përafërsisht. 4L. Pajisjet industriale tejzanor mund të përpunojnë tufa nga 0,5 në përafërsisht. 2000L ose prurje nga 0.1L në 20 metra kub në orë në zhvillimin e procesit dhe në prodhimin komercial.
Klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth homogjenizimit me ultratinguj!

Shpërndarja dhe Deagglomerimi me ultratinguj

Shpërndarja dhe deagglomerimi i lëndëve të ngurta në lëngje është një aplikim i rëndësishëm i ultrasonikëve të tipit sondë. Kavitacioni tejzanor/akustik gjeneron forca të larta prerëse që thyejnë aglomeratet e grimcave në grimca individuale të shpërndara. Përzierja e pluhurave në lëngje është një hap i zakonshëm në formulimin e produkteve të ndryshme, të tilla si bojë, llak, produkte kozmetike, ushqime dhe pije, ose mjete lustruese. Grimcat individuale mbahen së bashku nga forcat tërheqëse të natyrave të ndryshme fizike dhe kimike, duke përfshirë forcat van-der-Waals dhe tensionin sipërfaqësor të lëngshëm. Ultratingulli i kapërcen këto forca tërheqëse për të deagglomeruar dhe shpërndarë grimcat në media të lëngshme. Për shpërndarjen dhe deaglomerimin e pluhurave në lëngje, ultratingulli me intensitet të lartë është një alternativë interesante për homogjenizuesit me presion të lartë, miksera me prerje të lartë, mullinj me rruaza ose miksera me rotor-stator.
Klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth shpërndarjes dhe deaglomerimit tejzanor!

Emulsifikimi me ultratinguj

Një gamë e gjerë produktesh të ndërmjetme dhe të konsumit, të tilla si kozmetikë dhe locione për lëkurë, pomada farmaceutike, llaqe, bojëra dhe lubrifikantë dhe lëndë djegëse bazohen tërësisht ose pjesërisht në emulsione. Emulsionet janë dispersione të dy ose më shumë fazave të lëngshme të papërziershme. Ekografia shumë intensive siguron një prerje të mjaftueshme intensive për të shpërndarë një fazë të lëngshme (faza e shpërndarë) në pika të vogla në një fazë të dytë (faza e vazhdueshme). Në zonën e shpërndarjes, flluska shpërthyese të kavitacionit shkaktojnë valë goditëse intensive në lëngun përreth dhe rezultojnë në formimin e avionëve të lëngshëm me shpejtësi të lartë të lëngut (prerje e lartë). Ultratingulli mund të përshtatet saktësisht me madhësinë e emulsionit të synuar duke lejuar kështu prodhimin e besueshëm të mikroemulsioneve dhe nano-emulsioneve.
Klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth emulsifikimit tejzanor!

Mulliri dhe bluarja me lagështi tejzanor

Ultratingulli është një mjet efikas për bluarjen e lagësht dhe mikrobluarjen e grimcave. Në veçanti për prodhimin e llumrave me përmasa super të imta, ultratingulli ka shumë përparësi. Ai është superior ndaj pajisjeve tradicionale të reduktimit të përmasave, të tilla si: mullinj koloid (p.sh. mullinj me top, mullinj me rruaza), mullinj me disqe ose mullinj me avion. Ultratingulli mund të përpunojë llucë me përqendrim të lartë dhe viskozitet të lartë - duke reduktuar kështu volumin që do të përpunohet. Sigurisht, bluarja me ultratinguj është e përshtatshme për përpunimin e materialeve me madhësi mikron dhe nano, të tilla si qeramika, pigmentet, sulfati i bariumit, karbonati i kalciumit ose oksidet e metaleve. Sidomos kur bëhet fjalë për nano-materialet, ultratingulli shkëlqen në performancë pasi forcat e tij prerëse me ndikim të lartë krijojnë nanogrimca të vogla uniforme.
Klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth bluarjes së lagësht tejzanor dhe mikrobluarjes!

TiO2 e tharë me spërkatje para dhe pas bluarjes me ultratinguj

Shpërbërja dhe liza e qelizave tejzanor

Trajtimi me ultratinguj mund të shpërbëjë materialin fijor, celuloz në grimca të imëta dhe të thyejë muret e strukturës qelizore. Kjo çliron më shumë nga materiali ndërqelizor, si niseshteja ose sheqeri në lëng. Ky efekt mund të përdoret për fermentimin, tretjen dhe proceset e tjera të konvertimit të lëndës organike. Pas bluarjes dhe bluarjes, ultratingulli bën më shumë nga materiali brendaqelizor, p.sh. niseshteja, si dhe mbeturinat e murit qelizor në dispozicion të enzimave që konvertojnë niseshtën në sheqerna. Ai gjithashtu rrit sipërfaqen e ekspozuar ndaj enzimave gjatë lëngëzimit ose saharifikimit. Kjo zakonisht rrit shpejtësinë dhe rendimentin e fermentimit të majave dhe proceseve të tjera të konvertimit, p.sh. për të rritur prodhimin e etanolit nga biomasa.
Klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth shpërbërjes tejzanor të strukturave qelizore!

nxjerrja tejzanor e lëndëve botanike

Nxjerrja e komponimeve bioaktive të ruajtura në qeliza dhe grimcat nënqelizore është një aplikim i përdorur gjerësisht i ultrazërit me intensitet të lartë. Ekstraktimi me ultratinguj përdoret për të izoluar metabolitët dytësorë (p.sh., polifenolet), polisaharidet, proteinat, vajrat esenciale dhe përbërës të tjerë aktivë nga matrica qelizore e bimëve dhe kërpudhave. I përshtatshëm për nxjerrjen me ujë dhe me tretës të përbërjeve organike, sonikimi përmirëson ndjeshëm rendimentin e substancave botanike që përmbahen brenda bimëve ose farave. Ekstraktimi me ultratinguj përdoret për prodhimin e produkteve farmaceutike, lëndëve ushqyese / suplementeve ushqimore, aromave dhe aditivëve biologjikë. Ultrasonika është një teknikë e nxjerrjes së gjelbër që përdoret gjithashtu për nxjerrjen e përbërësve bioaktivë në biorefineri, p.sh. lirimin e komponimeve të vlefshme nga rrjedhat e nënprodukteve të pashfrytëzuara të formuara në proceset industriale. Ultratingulli është një teknologji shumë efektive për nxjerrjen botanik në shkallë laboratorike dhe prodhimi.
Klikoni këtu për më shumë informacion rreth nxjerrjes me ultratinguj!

Aplikimi Sonochemical e Ultrasonics

Sonokimia është aplikimi i ultrazërit në reaksionet dhe proceset kimike. Mekanizmi që shkakton efekte sonokimike në lëngje është fenomeni i kavitacionit akustik. Efektet sonokimike në reaksionet dhe proceset kimike përfshijnë rritjen e shpejtësisë ose prodhimit të reaksionit, përdorimin më efikas të energjisë, përmirësimin e performancës së katalizatorëve të transferimit të fazës, aktivizimin e metaleve dhe lëndëve të ngurta ose rritjen e reaktivitetit të reagentëve ose katalizatorëve.
Klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth efekteve sonokimike të ultrazërit!

Transesterifikimi tejzanor i vajit në bionaftë

Ultratingulli rrit shpejtësinë e reaksionit kimik dhe rendimentin e transesterifikimit të vajrave bimore dhe yndyrave shtazore në bionaftë. Kjo lejon ndryshimin e prodhimit nga përpunimi në grup në përpunim me rrjedhje të vazhdueshme dhe redukton kostot e investimeve dhe operacionale. Një nga avantazhet kryesore të prodhimit të bionaftës tejzanor është përdorimi i vajrave të mbeturinave të tilla si vajrat e përdorura për gatim dhe burime të tjera vaji me cilësi të dobët. Transesterifikimi tejzanor mund të shndërrojë edhe lëndët ushqyese me cilësi të ulët në bionaftë me cilësi të lartë (metil ester i acidit yndyror / FAME). Prodhimi i bionaftës nga vajrat bimore ose yndyrat shtazore, përfshin transesterifikimin e acideve yndyrore të katalizuara nga baza me metanol ose etanol për të dhënë esteret përkatëse metil ose esteret etilik. Ultrasonication mund të arrijë një rendiment bionaftë më të madhe se 99%. Ultratingulli redukton ndjeshëm kohën e përpunimit dhe kohën e ndarjes.
Klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth transesterifikimit të vajit me asistencë ultrasonike në bionaftë!

Degazimi tejzanor dhe De-ajrimi i lëngjeve

Degazimi i lëngjeve është një tjetër aplikim i rëndësishëm i ultrasonikatorëve të tipit sonda. Dridhjet tejzanor dhe kavitacioni shkaktojnë bashkimin e gazrave të tretur në një lëng. Ndërsa flluskat e vogla të gazit bashkohen, ato formojnë flluska më të mëdha të cilat notojnë shpejt në sipërfaqen e sipërme të lëngut prej andej ato mund të hiqen. Kështu, degazimi dhe deaerimi tejzanor mund të zvogëlojë nivelin e gazit të tretur nën nivelin e ekuilibrit natyror.
Klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth degazimit tejzanor të lëngjeve!

Pastrim tejzanor i telave, kabllove dhe shiritave

Pastrimi me ultratinguj është një alternativë miqësore me mjedisin për pastrimin e materialeve të vazhdueshme, të tilla si tela dhe kabllo, shirit ose tuba. Efekti i kavitacionit të fuqishëm ultrasonik largon mbetjet e lubrifikimit si vaji ose yndyra, sapunët, stearat ose pluhuri nga sipërfaqja e materialit. Hielscher Ultrasonics ofron sisteme të ndryshme tejzanor për pastrimin inline të profileve të vazhdueshme.
Klikoni këtu për më shumë informacion rreth pastrimit me ultratinguj të profileve të vazhdueshme!

Çfarë e bën Sonication një metodë superiore të përpunimit?

Sonication, ose përdorimi i valëve të zërit me frekuencë të lartë për të trazuar lëngjet, është një metodë efikase përpunimi për një sërë arsyesh. Këtu janë disa arsye pse sonikimi me intensitet të lartë dhe frekuencë të ulët prej përafërsisht. 20 kHz është veçanërisht ndikues dhe i favorshëm për përpunimin e lëngjeve dhe llumeve:

1. Kavitacioni: Një nga mekanizmat kryesorë të sonikacionit është krijimi dhe kolapsi i flluskave të vogla, një fenomen i quajtur kavitacion. Në 20 kHz, valët e zërit janë në frekuencën e duhur për të krijuar dhe shembur flluska në mënyrë efikase. Rënia e këtyre flluskave prodhon valë goditëse me energji të lartë, të cilat mund të shpërbëjnë grimcat dhe të prishin qelizat në lëngun që sonikohet.
2. Lëkundje dhe dridhje: Përveç kavitacionit akustik të krijuar, lëkundja e sondës tejzanor krijon agjitacion dhe përzierje shtesë në lëng, duke nxitur kështu transferimin e masës dhe/ose degazimin.
3. Penetrimi: Valët e zërit në 20 kHz kanë një gjatësi vale relativisht të gjatë, e cila u lejon atyre të depërtojnë thellë në lëngje. Kavitacioni tejzanor është një fenomen lokalizues që shfaqet në rrethinën e sondës tejzanor. Me rritjen e distancës nga sonda, intensiteti i kavitacionit po zvogëlohet. Sidoqoftë, sonikimi në 20 kHz mund të trajtojë në mënyrë efikase vëllime më të mëdha lëngu, krahasuar me sonikimin me frekuencë më të lartë, i cili ka gjatësi vale më të shkurtra dhe mund të jetë më i kufizuar në thellësinë e depërtimit.
4. Konsumi i ulët i energjisë: Sonicizimi mund të realizohet me konsum relativisht të ulët të energjisë në krahasim me metodat e tjera të përpunimit si homogjenizimi me presion të lartë ose përzierja mekanike. Kjo e bën atë një metodë më efikase për energji dhe me kosto efektive për përpunimin e lëngjeve.
5. Shkallueshmëria lineare: Proceset tejzanor mund të shkallëzohen plotësisht lineare në vëllime më të mëdha ose më të vogla. Kjo i bën përshtatjet e proceseve në prodhim të besueshme pasi cilësia e produktit mund të mbahet vazhdimisht e qëndrueshme.
6. Rrjedha e grupit dhe e linjës: Ultrasonication mund të kryhet si grumbull ose si procese të vazhdueshme inline. Për sonikimin e tufave, sonda tejzanor futet në enën e hapur ose në reaktorin e grupit të mbyllur. Për sonikimin e një rryme rrjedhëse të vazhdueshme, është instaluar një qelizë e rrjedhës tejzanor. Mjeti i lëngshëm kalon sonotrode (shkopi vibrues tejzanor) në një kalim ose riqarkullim të vetëm dhe është shumë uniform dhe efikas i ekspozuar ndaj valëve ultratinguj.

Në përgjithësi, forcat intensive të kavitacionit, konsumi i ulët i energjisë dhe shkallëzueshmëria e procesit e bëjnë sonikimin me frekuencë të ulët dhe me fuqi të lartë një metodë efikase për përpunimin e lëngjeve.

Parimi i punës dhe përdorimi i përpunimit me ultratinguj

Ultratingulli është një teknologji e përpunimit komercial, e cila është adoptuar nga industri të shumta për prodhim në shkallë të gjerë. Besueshmëria dhe shkallëzueshmëria e lartë, si dhe kostot e ulëta të mirëmbajtjes dhe efikasiteti i lartë i energjisë i bëjnë procesorët tejzanor një alternativë të mirë për pajisjet tradicionale të përpunimit të lëngjeve. Ultratingulli ofron mundësi të tjera emocionuese: Kavitacioni – efekti bazë ultrasonik – prodhon rezultate unike në proceset biologjike, kimike dhe fizike. Për shembull, shpërndarja dhe emulsifikimi tejzanor prodhon lehtësisht formulime të qëndrueshme me madhësi nano. Gjithashtu në fushën e ekstraktimit botanik, ekografia është një teknikë jotermike për të izoluar komponimet bioaktive.

Ndërsa ultratingulli me intensitet të ulët ose me frekuencë të lartë përdoret kryesisht për analiza, testime dhe imazhe jo-shkatërruese, ultratingulli me intensitet të lartë përdoret për përpunimin e lëngjeve dhe pastave, ku valët intensive të ultrazërit përdoren për përzierjen, emulsifikimin, shpërndarjen dhe deagglomerimin. , shpërbërja e qelizave ose çaktivizimi i enzimës. Kur sonikoni lëngje me intensitet të lartë, valët e zërit përhapen nëpër media të lëngshme. Kjo rezulton në cikle alternuese të presionit të lartë (ngjeshje) dhe presionit të ulët (rrallimi), me norma në varësi të frekuencës. Gjatë ciklit të presionit të ulët, valët ultrasonike me intensitet të lartë krijojnë flluska të vogla vakumi ose zbrazëti në lëng. Kur flluskat arrijnë një vëllim në të cilin nuk mund të thithin më energji, ato shemben me dhunë gjatë një cikli me presion të lartë. Ky fenomen quhet kavitacion. Gjatë shpërthimit arrihen temperatura shumë të larta (rreth 5000K) dhe presione (afërsisht 2000atm) në nivel lokal. Shpërthimi i flluskës së kavitacionit gjithashtu rezulton në avionë të lëngshëm me shpejtësi deri në 280 metra për sekondë.

Kavitacioni tejzanor në lëngje mund të shkaktojë degazim të shpejtë dhe të plotë; të inicojë reaksione të ndryshme kimike duke gjeneruar jone të lira kimike (radikale); të përshpejtojë reaksionet kimike duke lehtësuar përzierjen e reaktantëve; rritja e reaksioneve të polimerizimit dhe depolimerizimit duke shpërndarë agregatet ose duke thyer përgjithmonë lidhjet kimike në zinxhirët polimerikë; rritja e shkallës së emulsifikimit; përmirësimi i shkallës së difuzionit; prodhojnë emulsione shumë të koncentruara ose dispersione uniforme të materialeve me madhësi mikron ose nano; ndihmojnë nxjerrjen e substancave të tilla si enzimat nga qelizat shtazore, bimore, maja ose bakteriale; hiqni viruset nga indet e infektuara; dhe së fundi, gërryen dhe shpërbëjnë grimcat e ndjeshme, duke përfshirë mikroorganizmat. (krh. Kuldiloke 2002)

Ekografia me intensitet të lartë prodhon agjitacion të dhunshëm në lëngje me viskozitet të ulët, të cilat mund të përdoren për të shpërndarë materialet në lëngje. (krh. Ensminger, 1988) Në ndërfaqet lëng/ngurtë ose gaz/ngurtë, shpërthimi asimetrik i flluskave të kavitacionit mund të shkaktojë turbulenca ekstreme që reduktojnë shtresën kufitare të difuzionit, rrisin transferimin e masës së konvekcionit dhe përshpejtojnë ndjeshëm difuzionin në sistemet ku përzierja e zakonshme është e pamundur. (krh. Nyborg, 1965)

Letërsia