Ultrasonics: การประยุกต์ใช้และกระบวนการ

Ultrasonication เป็นวิธีการประมวลผลเชิงกลซึ่งสร้างโพรงอากาศอะคูสติกที่รุนแรงเป็นพิเศษและแรงทางกายภาพที่เกี่ยวข้องเช่นแรงเฉือนสูงและความแตกต่างของแรงดันสูง กองกําลัง ultrasonically genrated เหล่านี้จะใช้สําหรับการใช้งานจํานวนมากเช่นการผสม, การทําให้เป็นเนื้อเดียวกัน, การกัด, การกระจายตัว, อิมัลชัน, การสกัดและปฏิกิริยาเคมีโซโน
ด้านล่างคุณจะพบการเลือกการใช้งานและกระบวนการอัลตราโซนิกทั่วไปมากที่สุด

อัลตราโซนิก Homogenizing

homogenizers อัลตราโซนิกลดอนุภาคขนาดเล็กในของเหลวเพื่อปรับปรุงความสม่ําเสมอและเสถียรภาพการกระจายตัว อนุภาค (เฟสกระจายตัว) อาจเป็นของแข็งหรือหยดของเหลวที่แขวนลอยอยู่ในเฟสของเหลว อัลตราโซนิก homogenizing มีประสิทธิภาพมากสําหรับการลดอนุภาคอ่อนและแข็ง Hielscher ผลิต ultrasonicators สําหรับการทําให้เป็นเนื้อเดียวกันของปริมาณของเหลวใด ๆ และสําหรับการประมวลผลแบบแบตช์หรือแบบอินไลน์ อุปกรณ์อัลตราโซนิกในห้องปฏิบัติการสามารถใช้สําหรับปริมาตรตั้งแต่ 1.5 มล. ถึงประมาณ 4 ลิตร อุปกรณ์อุตสาหกรรมอัลตราโซนิกสามารถประมวลผลแบทช์จาก 0.5 ถึงประมาณ 2000L หรืออัตราการไหลจาก 0.1L ถึง 20 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมงในการพัฒนากระบวนการและในการผลิตเชิงพาณิชย์
คลิกที่นี่เพื่ออ่านรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการผสมยางล้ำ!

อัลตราโซนิกกระจายและ Deagglomeration

การกระจายตัวและ deagglomeration ของแข็งเป็นของเหลวเป็นโปรแกรมที่สําคัญของ ultrasonicators ประเภทโพรบ อัลตราโซนิก / อะคูสติก cavitation สร้างแรงเฉือนสูงที่แบ่งอนุภาค agglomerates เป็นบุคคลอนุภาคกระจายเดียว การผสมผงลงในของเหลวเป็นขั้นตอนทั่วไปในการกําหนดผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ เช่นสีวานิชผลิตภัณฑ์เครื่องสําอางอาหารและเครื่องดื่มหรือสื่อขัดเงา อนุภาคแต่ละอนุภาคถูกยึดไว้ด้วยกันโดยแรงดึงดูดของธรรมชาติทางกายภาพและทางเคมีที่หลากหลายรวมถึงแรง van-der-Waals-forces และแรงตึงผิวของเหลว Ultrasonication เอาชนะแรงดึงดูดเหล่านี้เพื่อ deagglomerate และกระจายอนุภาคในสื่อของเหลว สําหรับการกระจายตัวและ deagglomeration ของผงในของเหลว ultrasonication ความเข้มสูงเป็นทางเลือกที่น่าสนใจสําหรับ homogenizers แรงดันสูง, เครื่องผสมแรงเฉือนสูง, โรงงานลูกปัดหรือโรเตอร์สเตเตอร์เครื่องผสม
คลิกที่นี่เพื่ออ่านรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการกระจายอัลตราโซนิกและ deagglomeration!

อัลตราโซนิก Emulsification

ผลิตภัณฑ์ระดับกลางและสินค้าอุปโภคบริโภคที่หลากหลายเช่นเครื่องสําอางและโลชั่นบํารุงผิวขี้ผึ้งยาเคลือบเงาสีและน้ํามันหล่อลื่นและเชื้อเพลิงมีพื้นฐานมาจากอิมัลชันทั้งหมดหรือบางส่วน อิมัลชันคือการกระจายตัวของสองเฟสของเหลวที่ยอมรับไม่ได้ขึ้นไป อัลตร้าซาวด์ที่มีความเข้มข้นสูงให้แรงเฉือนที่รุนแรงเพียงพอที่จะกระจายเฟสของเหลว (เฟสกระจายตัว) ในหยดเล็ก ๆ ในระยะที่สอง (เฟสต่อเนื่อง) ในเขตการกระจายฟองอากาศ cavitation ระเบิดทําให้เกิดคลื่นกระแทกอย่างเข้มข้นในของเหลวโดยรอบและส่งผลให้เกิดการก่อตัวของไอพ่นของเหลวที่มีความเร็วของเหลวสูง (แรงเฉือนสูง) Ultrasonication สามารถปรับให้เข้ากับขนาดอิมัลชันเป้าหมายได้อย่างแม่นยําทําให้การผลิตไมโครอิมัลชันและนาโนอิมัลชันที่เชื่อถือได้
คลิกที่นี่เพื่ออ่านรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับ emulsification ล้ำ!

อัลตราโซนิกเปียกโม่และบด

Ultrasonication เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสําหรับการกัดเปียกและการบดอนุภาคขนาดเล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสําหรับการผลิตสารละลายขนาด superfine อัลตร้าซาวด์มีข้อดีหลายประการ มันจะดีกว่าอุปกรณ์ลดขนาดแบบดั้งเดิมเช่น: โรงงานคอลลอยด์ (เช่นโรงงานลูกเห็บ, โรงงานลูกปัด), Ultrasonication สามารถประมวลผลสารละลายที่มีความเข้มข้นสูงและความหนืดสูง – จึงลดปริมาณที่จะประมวลผล. แน่นอนการกัดอัลตราโซนิกเหมาะสําหรับการประมวลผลวัสดุขนาดไมครอนและขนาดนาโนเช่นเซรามิกเม็ดสีแบเรียมซัลเฟตแคลเซียมคาร์บอเนตหรือโลหะออกไซด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมันมาถึงวัสดุนาโน ultrasonication เก่งในประสิทธิภาพการทํางานเป็นแรงเฉือนผลกระทบสูงสร้างอนุภาคนาโนขนาดเล็กสม่ําเสมอ
คลิกที่นี่เพื่ออ่านรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการโม่เปียกอัลตราโซนิกและไมโครบด!

สเปรย์แห้ง TiO2 ก่อนและหลังการกัดอัลตราโซนิก

การสลายตัวของเซลล์อัลตราโซนิกและการสลาย

การรักษาอัลตราโซนิกสามารถสลายเส้นใยวัสดุเซลลูโลสเป็นอนุภาคละเอียดและทําลายผนังของโครงสร้างเซลล์ สิ่งนี้จะปล่อยวัสดุภายในเซลล์มากขึ้นเช่นแป้งหรือน้ําตาลลงในของเหลว ผลกระทบนี้สามารถใช้สําหรับหมักการย่อยอาหารและกระบวนการแปลงอื่น ๆ ของสารอินทรีย์ หลังจากกัดและบด ultrasonication ทําให้วัสดุภายในเซลล์มากขึ้นเช่นแป้งเช่นเดียวกับเศษผนังเซลล์ที่มีอยู่ให้กับเอนไซม์ที่แปลงแป้งเป็นน้ําตาล นอกจากนี้ยังเพิ่มพื้นที่ผิวที่สัมผัสกับเอนไซม์ในระหว่างการเหลวหรือ saccharification โดยทั่วไปจะเพิ่มความเร็วและผลผลิตของการหมักยีสต์และกระบวนการแปลงอื่น ๆ เช่นเพื่อเพิ่มการผลิตเอทานอลจากชีวมวล
คลิกที่นี่เพื่ออ่านรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการสลายตัวล้ำของโครงสร้างเซลล์!

การสกัดล้ําของพฤกษศาสตร์

การสกัดสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่เก็บไว้ในเซลล์และอนุภาคย่อยเซลล์เป็นแอปพลิเคชั่นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายของอัลตร้าซาวด์ความเข้มสูง การสกัดด้วยอัลตราโซนิกใช้เพื่อแยกสารรอง (เช่นโพลีฟีนอล) โพลีแซคคาไรด์โปรตีนน้ํามันหอมระเหยและส่วนผสมที่ใช้งานอื่น ๆ จากเมทริกซ์เซลล์ของพืชและเชื้อรา เหมาะสําหรับการสกัดน้ําและตัวทําละลายของสารประกอบอินทรีย์ sonication ช่วยเพิ่มผลผลิตของพฤกษศาสตร์ที่มีอยู่ในพืชหรือเมล็ดอย่างมีนัยสําคัญ การสกัดด้วยอัลตราโซนิกใช้สําหรับการผลิตยา, nutraceuticals / ผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร, น้ําหอมและสารเติมแต่งทางชีวภาพ Ultrasonics เป็นเทคนิคการสกัดสีเขียวที่ใช้สําหรับการสกัดส่วนประกอบที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพในโรงกลั่นชีวภาพเช่น ปล่อยสารประกอบที่มีค่าจากกระแสพลอยได้ที่ไม่ได้ใช้ประโยชน์ที่เกิดขึ้นในกระบวนการทางอุตสาหกรรม Ultrasonication เป็นเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพสูงสําหรับการสกัดทางพฤกษศาสตร์ในห้องปฏิบัติการและขนาดการผลิต
คลิกที่นี่สําหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการสกัดล้ํา!

แอพลิเคชันของ Sonochemical Ultrasonics

Sonochemistry คือการประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์กับปฏิกิริยาทางเคมีและกระบวนการ กลไกที่ก่อให้เกิดผลกระทบ sonochemical ในของเหลวเป็นปรากฏการณ์ของการเกิดโพรงอากาศอะคูสติก ผลกระทบ sonochemical กับปฏิกิริยาทางเคมีและกระบวนการรวมถึงการเพิ่มขึ้นของความเร็วในการเกิดปฏิกิริยาหรือการส่งออกการใช้พลังงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นการปรับปรุงประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนเฟสการเปิดใช้งานของโลหะและของแข็งหรือเพิ่มปฏิกิริยาของรีเอเจนต์หรือตัวเร่งปฏิกิริยา
คลิกที่นี่เพื่ออ่านรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลกระทบของการอัลตราซาวด์ sonochemical!

อัลตราโซนิก Transesterification ของน้ำมันไบโอดีเซล

Ultrasonication เพิ่มความเร็วปฏิกิริยาทางเคมีและผลผลิตของการแปลงสภาพของน้ํามันพืชและไขมันสัตว์เป็นไบโอดีเซล สิ่งนี้ช่วยให้สามารถเปลี่ยนการผลิตจากการประมวลผลแบบแบตช์เป็นการประมวลผลการไหลอย่างต่อเนื่องและช่วยลดการลงทุนและต้นทุนการดําเนินงาน หนึ่งในข้อได้เปรียบที่สําคัญของการผลิตไบโอดีเซลอัลตราโซนิกคือการใช้น้ํามันเสียเช่นน้ํามันปรุงอาหารที่ใช้แล้วและแหล่งน้ํามันคุณภาพต่ําอื่น ๆ การแปลงสภาพด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงสามารถเปลี่ยนวัตถุดิบคุณภาพต่ําให้เป็นไบโอดีเซลคุณภาพสูง (กรดไขมันเมทิลเอสเทอร์ / FAME) การผลิตไบโอดีเซลจากน้ํามันพืชหรือไขมันจากสัตว์เกี่ยวข้องกับการแปลงสภาพกรดไขมันที่เร่งปฏิกิริยาด้วยเมทานอลหรือเอทานอลเพื่อให้เมทิลเอสเทอร์หรือเอทิลเอสเทอร์ที่สอดคล้องกัน Ultrasonication สามารถบรรลุผลผลิตไบโอดีเซลเกิน 99% อัลตร้าซาวด์ช่วยลดเวลาในการประมวลผลและเวลาในการแยกอย่างมีนัยสําคัญ
คลิกที่นี่เพื่ออ่านรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับ transesterification ช่วย ultrasonically ของน้ำมันเป็นไบโอดีเซล!

อัลตราโซนิก Degassing และ De-Aeration ของของเหลว

Degassing ของของเหลวเป็นอีกหนึ่งโปรแกรมที่สําคัญของ ultrasonicators ประเภทโพรบ การสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกและ cavitation ทําให้เกิดการรวมตัวกันของก๊าซที่ละลายในของเหลว เมื่อฟองก๊าซนาทีรวมตัวกันพวกมันจะก่อตัวเป็นฟองอากาศขนาดใหญ่ขึ้นซึ่งลอยไปยังพื้นผิวด้านบนของของเหลวอย่างรวดเร็วจากที่นั่นพวกเขาสามารถลบออกได้ ดังนั้นอัลตราโซนิก degassing และ deaeration สามารถลดระดับของก๊าซละลายต่ํากว่าระดับสมดุลตามธรรมชาติ
คลิกที่นี่เพื่ออ่านรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับ degassing ล้ำของเหลว!

อัลตราโซนิกลวด, เคเบิ้ลและการทำความสะอาดสตริป

การทําความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงเป็นทางเลือกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมสําหรับการทําความสะอาดวัสดุที่ต่อเนื่องเช่นลวดและสายเคเบิลเทปหรือท่อ ผลของ cavitation ล้ําเสียงที่มีประสิทธิภาพช่วยขจัดสารหล่อลื่นตกค้างเช่นน้ํามันหรือจาระบีสบู่สเตียเรตหรือฝุ่นจากพื้นผิววัสดุ Hielscher Ultrasonics มีระบบอัลตราโซนิกต่างๆสําหรับการทําความสะอาดแบบอินไลน์ของโปรไฟล์อย่างต่อเนื่อง
คลิกที่นี่สําหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทําความสะอาดอัลตราโซนิกของโปรไฟล์อย่างต่อเนื่อง!

หลักการทํางานและการใช้การประมวลผลอัลตราโซนิก

Ultrasonication เป็นเทคโนโลยีการประมวลผลเชิงพาณิชย์ซึ่งได้รับการรับรองโดยอุตสาหกรรมจํานวนมากสําหรับการผลิตขนาดใหญ่ ความน่าเชื่อถือสูงและ scaleablility เช่นเดียวกับค่าใช้จ่ายการบํารุงรักษาต่ําและประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงทําให้โปรเซสเซอร์ล้ําเสียงเป็นทางเลือกที่ดีสําหรับอุปกรณ์การประมวลผลของเหลวแบบดั้งเดิม อัลตร้าซาวด์มีโอกาสที่น่าตื่นเต้นเพิ่มเติม: Cavitation – ผลอัลตราโซนิกขั้นพื้นฐาน – ผลิตผลลัพธ์ที่ไม่ซ้ํากันในกระบวนการทางชีวภาพ, เคมีและกายภาพ. ตัวอย่างเช่นการกระจายอัลตราโซนิกและอิมัลชันได้อย่างง่ายดายผลิตสูตรนาโนขนาดมีเสถียรภาพ นอกจากนี้ในด้านการสกัดทางพฤกษศาสตร์อัลตร้าซาวด์ยังเป็นเทคนิคที่ไม่ใช่ความร้อนในการแยกสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ

ในขณะที่อัลตร้าซาวด์ความเข้มต่ําหรือความถี่สูงส่วนใหญ่จะใช้สําหรับการวิเคราะห์การทดสอบแบบไม่ทําลายและการถ่ายภาพอัลตร้าซาวด์ความเข้มสูงจะใช้สําหรับการประมวลผลของของเหลวและน้ําพริกที่ใช้คลื่นอัลตร้าซาวด์ที่รุนแรงสําหรับการผสมอิมัลซิไฟเออร์การกระจายตัวและ deagglomeration การสลายตัวของเซลล์หรือการปิดใช้งานเอนไซม์ เมื่อ sonicating ของเหลวที่ความเข้มสูงคลื่นเสียงจะแพร่กระจายผ่านสื่อของเหลว ส่งผลให้เกิดการสลับรอบแรงดันสูง (การบีบอัด) และความดันต่ํา (rarefaction) โดยมีอัตราขึ้นอยู่กับความถี่ ในระหว่างรอบความดันต่ําคลื่นอัลตราโซนิคความเข้มสูงจะสร้างฟองสูญญากาศขนาดเล็กหรือช่องว่างในของเหลว เมื่อฟองอากาศมีปริมาตรที่ไม่สามารถดูดซับพลังงานได้อีกต่อไปฟองอากาศจะยุบตัวลงอย่างรุนแรงในระหว่างรอบแรงดันสูง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าโพรงอากาศ ในระหว่างการระเบิดอุณหภูมิสูงมาก (ประมาณ 5,000K) และความดัน (ประมาณ 2,000atm) จะถึงในพื้นที่ การระเบิดของฟองอากาศ cavitation ยังส่งผลให้ไอพ่นของเหลวสูงถึง 280 เมตรต่อวินาทีความเร็ว

อัลตราโซนิก cavitation ในของเหลวสามารถทําให้เกิด degassing อย่างรวดเร็วและสมบูรณ์; เริ่มต้นปฏิกิริยาทางเคมีต่าง ๆ โดยการสร้างไอออนเคมีอิสระ (อนุมูลอิสระ); เร่งปฏิกิริยาทางเคมีโดยอํานวยความสะดวกในการผสมสารตั้งต้น เพิ่มปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันและ depolymerization โดยการกระจายมวลรวมหรือโดยการทําลายพันธะเคมีอย่างถาวรในโซ่โพลีเมอร์ เพิ่มอัตราการทําให้เป็นอิมัลชัน ปรับปรุงอัตราการแพร่กระจาย ผลิตอิมัลชันที่มีความเข้มข้นสูงหรือการกระจายตัวของวัสดุขนาดไมครอนหรือขนาดนาโนสม่ําเสมอ ช่วยสกัดสารเช่นเอนไซม์จากสัตว์พืชยีสต์หรือเซลล์แบคทีเรีย กําจัดไวรัสออกจากเนื้อเยื่อที่ติดเชื้อ และในที่สุดกัดเซาะและสลายอนุภาคที่อ่อนแอรวมถึงจุลินทรีย์ (cf เลย กุลดิโลค 2002)

อัลตร้าซาวด์ความเข้มสูงทําให้เกิดความปั่นป่วนอย่างรุนแรงในของเหลวที่มีความหนืดต่ําซึ่งสามารถใช้เพื่อกระจายวัสดุในของเหลว (cf เลย Ensminger, 1988) ที่ส่วนต่อประสานของเหลว / ของแข็งหรือก๊าซ / ของแข็งการระเบิดแบบไม่สมมาตรของฟองอากาศ cavitation อาจทําให้เกิดความปั่นป่วนอย่างรุนแรงซึ่งลดชั้นขอบเขตการแพร่กระจายเพิ่มการถ่ายโอนมวลพาความร้อนและเร่งการแพร่กระจายอย่างมากในระบบที่ไม่สามารถผสมธรรมดาได้ (cf เลย Nyborg, 1965)