Hielscher Ultrasonics
Vi diskuterar gärna din process.
Ring oss: +49 3328 437-420
Maila oss: info@hielscher.com

Ultraljud kavitation i vätskor

Ultraljudsvågor med hög intensitet ultraljud genererar akustisk kavitation i vätskor. Kavitation orsakar extrema effekter lokalt, såsom vätskestrålar på upp till 1000 km/h, tryck på upp till 2000 atm och temperaturer på upp till 5000 Kelvin. Dessa ultraljudsgenererade krafter används för många vätskebearbetningsapplikationer såsom homogenisering, dispergering, emulgering, extraktion, cellstörning, såväl som intensifiering av kemiska reaktioner.

Arbetsprincipen för ultraljudskavitation

Vid ultraljudsbehandling av vätskor vid höga intensiteter, ljudvågorna som fortplantar sig in i det flytande mediet resulterar i alternerande högtryckscykler (kompression) och lågtryck (sällsynthet), med hastigheter beroende på frekvensen. Under lågtryckscykeln skapar högintensiva ultraljudsvågor små vakuumbubblor eller hålrum i vätskan. När bubblorna når en volym där de inte längre kan absorbera energi, kollapsar de våldsamt under en högtryckscykel. Detta fenomen kallas kavitation. Under implosionen uppnås mycket höga temperaturer (ca 5 000 K) och tryck (ca 2 000 atm) lokalt. Implosionen av kavitationsbubblan resulterar också i vätskestrålar med en hastighet på upp till 280 m/s.

Begäran om information




Observera vår integritetspolicy.




Ultraljudssonder använder krafterna från akustisk kavitation för att ge intensiv blandning och homogenisering. Ultraljudshomogneiserare används i stor utsträckning för effektiv blandning, dispergering, emulgering, extraktion, avgasning och sonokemi.

Ultraljudsapparater av sondtyp som UP400St Använd arbetsprincipen för akustisk kavitation.

Akustisk eller ultraljudskavitation: tillväxt och implosion av bubblor

Akustisk kavitation (genererad av 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 övergripande effektivitet.

 
 
 

Den här videon visar Hielscher ultraljud UP400S (400W) som genererar akustisk kavitation i vatten.

Ultraljudskavitation i vatten med UP400S

Miniatyr av video

 

Viktiga tillämpningar av ultraljudsapparater med hjälp av akustisk kavitation

Ultraljudsapparater av sondtyp, även kända som ultraljudssonder, genererar effektivt intensiv akustisk kavitation i vätskor. Därför används de i stor utsträckning i olika applikationer inom olika branscher. Några av de viktigaste tillämpningarna av akustisk kavitation som genereras av ultraljudsapparater av sondtyp inkluderar:
 

Kraftfull ultraljudskavitation vid Hielscher Cascatrode

Kraftfull ultraljudskavitation vid Hielscher Ultrasonic 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 minskning av partikelstorleken. Ultraljudshomogenisering ger jämnt blandade suspensioner. Därför används ultraljudsbehandling för att producera homogen kolloidal suspension med smala fördelningskurvor.
  2. Dispersion av nanopartiklar: Ultraljudsapparater används för dispersion, deagglomerering och våtmalning av nanopartiklar. Lågfrekventa ultraljudsvågor kan generera effektfull kavitation, som bryter ner agglomerat och minskar partikelstorleken. I synnerhet den höga skjuvningen av vätskestrålarna accelererar partiklar i vätskan, som kolliderar med varandra (kollision mellan partiklarna) så att partiklarna följaktligen bryts och eroderas. Detta resulterar i en jämn och stabil fördelning av partiklar som förhindrar sedimentation. Detta är avgörande inom olika områden, inklusive nanoteknik, materialvetenskap och läkemedel.
  3. Emulgering och blandning: Ultraljudsapparater av sondtyp 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, ultraljud är mycket effektiva för att störa cellulära strukturer och för att förbättra massöverföringen mellan fast och vätska. Därför används ultraljudsextraktion i stor utsträckning för att frigöra intracellulärt material såsom bioaktiva föreningar för produktion av högkvalitativa botaniska extrakt.
  5. Avgasning och avluftning: Ultraljudsapparater av sondtyp används för att avlägsna gasbubblor eller upplösta gaser från vätskor. Tillämpningen av ultraljudskavitation främjar sammansmältningen av gasbubblor så att de växer och flyter till toppen av vätskan. Ultraljudskavitation gör avgasning till en snabb och effektiv procedur. Detta är värdefullt i olika branscher, t.ex. i färger, hydraulvätskor eller livsmedels- och dryckesbearbetning, där närvaron av gaser kan påverka produktkvaliteten och stabiliteten negativt.
  6. Sonokatalys: Ultraljudssonder 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 mer effektiva och selektiva kemiska omvandlingar.
  7. Förberedelse av prover: Ultraljudsapparater av sondtyp 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. Disintegration och cellstörningar: Sond-typ ultraljudsapparater används för att sönderdela och störa celler och vävnader för olika ändamål, såsom extraktion 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. Inom biologisk forskning och medicinsk diagnostik används ultraljudsapparater av sondtyp för celllys, processen att bryta upp celler för att frigöra deras intracellulära komponenter. Ultraljudsenergi stör cellväggar, membran och organeller, vilket möjliggör extraktion av proteiner, DNA, RNA och andra cellulära beståndsdelar.

 
Dessa är några av de viktigaste tillämpningarna av ultraljudsapparater av sondtyp, men tekniken har ett ännu bredare utbud av andra användningsområden, inklusive sonokemi, partikelstorleksreduktion (våtmalning), partikelsyntes nedifrån och upp och son-syntes av kemiska ämnen och material i olika industrier som läkemedel, livsmedelsbearbetning, bioteknik och miljövetenskap.

 

Ultraljudsexfoliering av grafen i vatten

En höghastighetssekvens (från a till f) av ramar som illustrerar sono-mekanisk exfoliering av en grafitflaga i vatten med hjälp av UP200S, en 200W ultraljudsapparat med 3 mm sonotrode. Pilar visar platsen för spjälkningspartiklar med kavitationsbubblor som tränger in i 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) ultraljudsapparat för sonokemiska reaktioner.

Ultraljud kavitation vid kaskadsonden av ultraljudsapparaten UIP1000hdT (1000 watt, 20kHz) i en glasreaktor.

Video av akustisk kavitation i vätska

Följande video visar akustisk kavitation vid kaskad av ultraljudsapparaten UIP1000hdT i en vattenfylld glaspelare. Glaspelaren belyses från botten med rött ljus för att förbättra visualiseringen av kavitationsbubblorna.

Den här videon visar ultraljud / akustisk kavitation i vatten - genererad av Hielscher-UIP1000. Ultraljudskavitation används för många vätskeapplikationer såsom homogenisering, dispersion, emulgering, extraktion, avgasning och sonokemiska reaktioner.

Ultraljudskavitation i vätskor med hjälp av UIP1000

Miniatyr av video

 

Kontakta oss! / Fråga oss!

Be om mer information

Använd formuläret nedan för att begära ytterligare information om ultraljudsprocessorer för generering av akustisk kavitation, tillämpningar och priser. Vi diskuterar gärna din process med dig och erbjuder dig ett ultraljudskavitationssystem som uppfyller dina krav!









Observera våra integritetspolicy.




Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Batchvolym Flöde Rekommenderade enheter
1 till 500 ml 10 till 200 ml/min UP100H
10 till 2000 ml 20 till 400 ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 till 20L 0.2 till 4L/min UIP2000hdT
10 till 100L 2 till 10L/min UIP4000hdT
N.A. 10 till 100 L/min UIP16000
N.A. Större kluster av UIP16000
Homogenisatorer med ultraljudshög skjuvning används i laboratorier, bänkskivor, piloter och industriell bearbetning.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer för blandningsapplikationer, dispersion, emulgering och extraktion i labb-, pilot- och industriell skala.



Litteratur / Referenser


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer från labb till industriell storlek.

Vi diskuterar gärna din process.

Let's get in contact.