Ultrasonic Kavitation i vätskor

Ultraljudsvågor av högintensiv ultraljud genererar akustisk kavitation i vätskor. Kavitation orsakar extrema effekter lokalt, såsom flytande strålar på upp till 1000 km / tim, tryck på upp till 2000 atm och temperaturer på upp till 5000 Kelvin. Dessa ultraljud-genererade krafter används för många flytande bearbetning applikationer såsom homogenisering, dispergering, emulgering, extraktion, cell störningar, samt intensifiering av kemiska reaktioner.

Arbetsprincipen för ultraljud kavitation

När sonicera vätskor vid höga intensiteter, ljud vågor som propagerar i flytande Media resultera i omväxlande högtrycks (kompression) och lågtrycks (förtunning) cykler, med priser beroende på frekvensen. Under lågtrycks cykeln skapar hög intensiva ultraljudsvågor små vakuum bubblor eller håligheter i vätskan. När bubblorna uppnår en volym där de inte längre kan absorbera energi, kollapsar de våldsamt under en högtrycks cykel. Detta fenomen kallas kavitation. Under implosionen mycket höga temperaturer (ca. 5, 000K) och pressar (ca. 2, 000atm) nås lokalt. Implosion av kavitation bubblan resulterar också i flytande jets av upp till 280 m/s hastighet.

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


Ultraljudssonder använder krafterna för akustisk kavitation för att ge intensiv blandning och homogenisering. Ultraljud homogneizers används ofta för effektiv blandning, spridning, emulgering, extraktion, avgasning och sonochemistry.

Sond-typ ultrasonicators som UP400St Använd arbetsprincipen för akustisk kavitation.

Akustisk eller ultraljud kavitation: bubbla tillväxt och implosion

Akustisk kavitation (genererad av kraft ultraljud) skapar lokalt extrema förhållanden, så kallade sonomekaniska och sonokemiska effekter. På grund av dessa effekter, ultraljudsbehandling främjar kemiska reaktioner som leder till högre utbyten, snabbare reaktionshastighet, nya vägar, och förbättrad total effektivitet.

 
 
 

Denna video visar Hielscher ultraljudsljudare UP400S (400W) genererar akustisk kavitation i vatten.

Ultraljud kavitation i vatten med hjälp av UP400S

Video miniatyr

 

Viktiga tillämpningar av ultrasonicators med akustisk kavitation

Probe-typ ultrasonicators, även känd som ultraljud sonder, genererar effektivt intensiv akustisk kavitation i vätskor. Därför används de ofta i olika applikationer inom olika branscher. Några av de viktigaste tillämpningarna av akustisk kavitation som genereras av sond-typ ultrasonicators inkluderar:
 

Kraftfull ultraljud kavitation på Hielscher Cascatrode

Kraftfull ultraljud kavitation på Hielscher ultraljud Cascatrode

  1. Homogenisering: Ultraljudssonder kan generera intensiv kavitation, som karakteriseras som ett energitätt fält av vibrationer och skjuvkrafter. Dessa krafter ger utmärkt blandning, blandning och partikelstorleksreduktion. Ultraljud homogenisering ger enhetligt blandade suspensioner. Därför används ultraljudsbehandling för att producera homogen kolloidal suspension med smala fördelningskurvor.
  2. Spridning av nanopartiklar: Ultrasonicators används för dispersion, deagglomeration och våt-fräsning av nanopartiklar. Lågfrekventa ultraljudsvågor kan generera effektfull kavitation, som bryter ner agglomerat och minskar partikelstorleken. I synnerhet accelererar vätskestrålarnas höga skjuvning partiklar i vätskan, som kolliderar med varandra (interpartikelkollision) så att partiklarna följaktligen bryts och eroderas. Detta resulterar i jämn och stabil fördelning av partiklar som förhindrar sedimentering. Detta är avgörande inom olika områden, inklusive nanoteknik, materialvetenskap och läkemedel.
  3. Emulgering och blandning: Probe-typ ultrasonicators används för att skapa emulsioner och blanda vätskor. Ultraljudsenergin orsakar kavitation, bildning och kollaps av mikroskopiska bubblor, vilket genererar intensiva lokala skjuvkrafter. Denna process hjälper till att emulgera oblandbara vätskor, vilket ger stabila och finfördelade emulsioner.
  4. Extraktion: På grund av kavitationella skjuvkrafter är ultrasonicators mycket effektiva för att störa cellulära strukturer och för att förbättra massöverföringen mellan fast och flytande. Därför används ultraljud utvinning ofta för att frigöra intracellulärt material såsom bioaktiva föreningar för produktion av högkvalitativa botaniska extrakt.
  5. Avgasning och avluftning: Probe-typ ultrasonicators används för att avlägsna gasbubblor eller upplösta gaser från vätskor. Tillämpningen av ultraljud kavitation främjar sammanslagning av gasbubblor så att de växer och flyter till toppen av vätskan. Ultraljud kavitation gör avgasning ett snabbt och effektivt förfarande. Detta är värdefullt i olika branscher, till exempel i färger, hydraulvätskor eller livsmedels- och dryckesbearbetning, där närvaron av gaser kan påverka produktkvaliteten och stabiliteten negativt.
  6. Sonokatalys: Ultraljud sonder kan användas för sonokatalys, en process som kombinerar akustisk kavitation med katalysatorer för att förbättra kemiska reaktioner. Kavitationen som genereras av ultraljudsvågor förbättrar massöverföringen, ökar reaktionshastigheterna och främjar produktionen av fria radikaler, vilket leder till effektivare och selektiva kemiska omvandlingar.
  7. Provberedning: Sond-typ ultrasonicators används ofta i laboratorier för provberedning. De används för att homogenisera, disaggregera och extrahera biologiska prover, såsom celler, vävnader och virus. Ultraljudsenergin som genereras av sonden stör cellmembranen, frigör cellulärt innehåll och underlättar vidare analys.
  8. Sönderfall och cellstörningar: Probe-typ ultrasonicators används för att sönderfalla och störa celler och vävnader för olika ändamål, såsom utvinning av intracellulära komponenter, mikrobiell inaktivering, eller provberedning för analys. De högintensiva ultraljudsvågorna och den därmed genererade kavitationen orsakar mekanisk stress och skjuvkrafter, vilket resulterar i sönderfall av cellstrukturer. I biologisk forskning och medicinsk diagnostik används ultrasonicators av sondtyp för celllys, processen att bryta öppna celler för att frigöra sina intracellulära komponenter. Ultraljud energi stör cellväggar, membran, och organeller, möjliggör utvinning av proteiner, DNA, RNA, och andra cellulära beståndsdelar.

 
Dessa är några av de viktigaste tillämpningarna av sond-typ ultrasonicators, men tekniken har ett ännu bredare utbud av andra användningsområden, inklusive sonochemistry, partikelstorleksreduktion (våtfräsning), bottom-up partikelsyntes, och sono-syntes av kemiska ämnen och material i olika branscher såsom läkemedel, livsmedelsbearbetning, bioteknik, och miljövetenskap.

 

Ultraljud grafen exfoliering i vatten

En höghastighetssekvens (från a till f) av ramar som illustrerar sonomekanisk exfoliering av en grafitflinga i vatten med UP200S, en 200W ultrasonicator med 3 mm sonotrode. Pilar visar platsen för splittring av partiklar med kavitationsbubblor som tränger igenom delningen.
© Tyurnina et al. 2020

Akustisk kavitation som visas här på Hielscher ultrasonicator UIP1500hdT används för att initiera och främja kemiska reaktioner. Ultraljud kavitation på Hielscher UIP1500hdT (1500W) ultrasonicator för sonochemical reaktioner.

Ultraljud kavitation vid kaskatrode sonden av ultrasonicator UIP1000hdT (1000 watt, 20kHz) i en glasreaktor.

Video av akustisk kavitation i vätska

Följande video visar akustisk kavitation vid kaskad av ultrasonicator UIP1000hdT i en vattenfylld glaskolonn. Glaskolonnen belyses från botten av rött ljus för att förbättra visualiseringen av kavitationsbubblorna.

Denna video visar ultraljud / akustisk kavitation i vatten - genereras av Hielscher UIP1000. Ultraljud kavitation används för många flytande applikationer såsom homogenisering, dispersion, emulgering, extraktion, avgasning och sonochemical reaktioner.

Ultraljud kavitation i vätskor med UIP1000

Video miniatyr

 

Kontakta oss! / Fråga oss!

Be om mer information

Använd formuläret nedan för att begära ytterligare information om ultraljud processorer för generering av akustisk kavitation, applikationer och priser. Vi kommer gärna att diskutera din process med dig och erbjuda dig ett ultraljud kavitation system som uppfyller dina krav!









Observera att våra Integritetspolicy.


Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera:

batch Volym Flödeshastighet Rekommenderade Devices
1 till 500 ml 10 till 200 ml / min UP100H
10 till 2000 ml 20 till 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 till 20L 0.2 till 4L / min UIP2000hdT
10 till 100 liter 2 till 10 1 / min UIP4000hdT
n.a. 10 till 100 l / min UIP16000
n.a. större kluster av UIP16000
Ultraljud hög skjuvning homogenisatorer används i labb, bänk-top, pilot och industriell bearbetning.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer för blandning av applikationer, spridning, emulgering och utvinning på labb, pilot och industriell skala.



Litteratur / Referenser


Högpresterande ultraljud! Hielschers produktsortiment täcker hela spektrumet från den kompakta labb ultrasonicator över bänkenheter till fullindustriella ultraljudssystem.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljud homogenisatorer från Labb till industriell storlek.


Vi diskuterar gärna din process.

Låt oss komma i kontakt.