การหมัก

การหมักสามารถเป็นแอโรบิก (= หมักออกซิเดชัน) หรือกระบวนการไม่ใช้ออกซิเจนซึ่งจะใช้สำหรับการใช้งานเทคโนโลยีชีวภาพการแปลงสารอินทรีย์โดยแบคทีเรียเชื้อราหรืออื่น ๆ ที่เซลล์วัฒนธรรมทางชีวภาพหรือเอนไซม์ โดยการหมักพลังงานเป็นสารสกัดจากออกซิเดชันของสารอินทรีย์เช่น คาร์โบไฮเดรต

น้ำตาลเป็นสารตั้งต้นที่พบบ่อยที่สุดของการหมักผลหลังจากการหมักในผลิตภัณฑ์เช่นกรดแลคติคแลคโตส, เอทานอลและไฮโดรเจน สำหรับการหมักแอลกอฮอล์เอทานอล - โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้เป็นเชื้อเพลิง แต่ยังสำหรับเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ – ที่ผลิตโดยการหมัก เมื่อสายพันธุ์ยีสต์บางอย่างเช่น Saccharomyces เซอร์ เผาผลาญน้ำตาลในเซลล์ยีสต์แปลงสารตั้งต้นเอทานอลและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

สมการทางเคมีด้านล่างสรุปการแปลง:

ถ้าวัสดุที่เริ่มต้นเป็นแป้งเช่น จากข้าวโพดแรกแป้งจะต้องถูกแปลงเป็นน้ำตาล สำหรับเอทานอลที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับการแปลงย่อยสลายแป้งเป็นสิ่งจำเป็น โดยปกติแล้วการย่อยสลายจะเร่งการรักษาด้วยกรดหรือเอนไซม์หรือโดยการรวมกันของทั้งสอง โดยปกติการหมักจะดำเนินการอยู่ที่ประมาณ 35-40 องศาเซลเซียส
ภาพรวมของกระบวนการหมักต่างๆ:

อาหาร :

• การผลิต & การเก็บรักษา
• นม (การหมักกรดแลคติค) เช่น โยเกิร์ตเนย kefir
• แลคติกผักดองเช่นกิมจิ, มิโซะ, นัตโตะ, tsukemono กะหล่ำปลีดอง
• การพัฒนาของอะโรเมติกเช่น ซีอิ๊ว
• การสลายตัวของตัวแทนฟอกหนังเช่น ชา, โกโก้, กาแฟยาสูบ
• เครื่องดื่มแอลกอฮอล์เช่น เบียร์ไวน์วิสกี้

ยา:

• การผลิตของสารทางการแพทย์เช่น อินซูลินกรดไฮยาลูโร

การผลิตก๊าซชีวภาพ / เอทานอล:

• การปรับปรุงการผลิตก๊าซชีวภาพ / การผลิตเอทานอล

เอกสารงานวิจัยต่าง ๆ และการทดสอบในม้านั่งบนและขนาดนักบินได้แสดงให้เห็นอัลตราซาวนด์ที่ช่วยเพิ่มกระบวนการหมักโดยการทำให้ชีวมวลมากขึ้นสำหรับการหมักเอนไซม์ ในส่วนต่อไปผลอัลตราซาวด์ในของเหลวจะถูกบรรจง

ผลของการประมวลผลอัลตราโซนิกเหลว

โดยพลังงานสูง / ต่ำความถี่อัลตราซาวนด์ช่วงกว้างของคลื่นสูงสามารถสร้าง ดังนั้นพลังงานสูง / ต่ำความถี่อัลตราซาวนด์สามารถนำมาใช้สำหรับการประมวลผลของของเหลวเช่นผสม emulsifying กระจายและ deagglomeration หรือกัด
เมื่อ sonicating ของเหลวที่ความเข้มสูงคลื่นเสียงที่เผยแพร่ในสื่อการเหลวส่งผลในการสลับแรงดันสูง (บีบอัด) และความดันต่ำ (เจือ) รอบที่มีอัตราขึ้นอยู่กับความถี่ ในช่วงวัฏจักรความดันต่ำ, ความเข้มสูงคลื่นอัลตราโซนิคสร้างฟองอากาศสูญญากาศขนาดเล็กหรือช่องว่างในของเหลว เมื่อฟองบรรลุปริมาณที่พวกเขาไม่สามารถดูดซับพลังงานยุบพวกเขาอย่างรุนแรงระหว่างวงจรความดันสูง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าโพรงอากาศ โพรงอากาศ, นั่นคือ “การสร้างการเจริญเติบโตและการล่มสลาย implosive ของฟองอากาศในของเหลว การล่มสลาย Cavitational ผลิตความร้อนที่รุนแรงในพื้นที่ (~ 5000 K) แรงกดดันสูง (~ 1,000 ATM), และความร้อนมหาศาลและอัตราการระบายความร้อน (>109 K / วินาที)” และเจ็ตสตรีมเหลว (400 ~ กิโลเมตร / เอช)” (Suslick 1998)

มีวิธีการที่แตกต่างกันในการสร้างการเกิดโพรงอากาศเช่นด้วยหัวฉีดแรงดันสูงเครื่องผสมโรเตอร์สเตเตอร์หรือโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิก ในทุกระบบเหล่านั้นพลังงานอินพุทจะเปลี่ยนเป็นแรงเสียดทานความปั่นป่วนคลื่นและโพรงอากาศ เศษส่วนของพลังงานอินพุตที่จะเปลี่ยนเป็น cavitation ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการที่อธิบายการเคลื่อนไหวของอุปกรณ์การเกิดโพรงอากาศในของเหลว ความเข้มของการเร่งความเร็วเป็นหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่มีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงที่มีประสิทธิภาพของพลังงานในการเกิดโพรงอากาศ การเร่งที่สูงขึ้นสร้างความแตกต่างของแรงดันที่สูงขึ้น นี้ในการเปิดเพิ่มความน่าจะเป็นของการสร้างฟองสุญญากาศแทนการสร้างคลื่นกระจายผ่านของเหลว ดังนั้นความเร่งสูงที่สูงขึ้นคือเศษส่วนของพลังงานที่จะเปลี่ยนเป็น cavitation
ในกรณีที่ transducer ล้ำกว้างของการสั่นอธิบายความเข้มของการเร่งความเร็ว ช่วงกว้างของคลื่นที่สูงขึ้นส่งผลให้มีการสร้างประสิทธิภาพมากขึ้นของการเกิดโพรงอากาศ นอกเหนือไปจากความเข้มของเหลวที่ควรจะเร่งตัวขึ้นในทางที่จะสร้างความสูญเสียน้อยที่สุดในแง่ของความปั่นป่วนแรงเสียดทานและการสร้างคลื่น สำหรับเรื่องนี้วิธีที่ดีที่สุดเป็นทิศทางของการเคลื่อนไหวของฝ่ายเดียว การเปลี่ยนความเข้มและพารามิเตอร์ของกระบวนการ sonication การอัลตราซาวนด์ได้ยากมากหรืออ่อนมาก ซึ่งทำให้อัลตราซาวนด์เป็นเครื่องมืออเนกประสงค์มากสำหรับการใช้งานต่างๆ

การใช้งานซอฟท์ใช้ sonication อ่อนภายใต้เงื่อนไขที่ไม่รุนแรง ได้แก่ degassing, ที่ตีไข่และเปิดใช้เอนไซม์ การใช้งานอย่างหนักกับความเข้มสูง / พลังงานสูงอัลตราซาวนด์ (ส่วนใหญ่ภายใต้ความดันสูง) เป็น โม่เปียก, deagglomeration & การลดขนาดอนุภาคและ กระจาย. สำหรับการใช้งานหลายอย่างเช่น การสกัด, การสลายตัวหรือ sonochemistryความเข้มล้ำร้องขอขึ้นอยู่กับวัสดุที่เฉพาะเจาะจงที่จะ sonicated ด้วยความหลากหลายของพารามิเตอร์ซึ่งสามารถนำไปปรับใช้ในการดำเนินการแต่ละอัลตราซาวนด์ช่วยให้การหาจุดหวานสำหรับกระบวนการแต่ละ
นอกจากแปลงพลังงานที่โดดเด่น ultrasonication มีประโยชน์ที่ดีของการควบคุมเต็มรูปแบบผ่านพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุด: ความกว้าง, ความดัน, อุณหภูมิ, ความหนืดและความเข้มข้นของ นี้มีความเป็นไปได้ที่จะปรับค่าพารามิเตอร์เหล่านี้มีวัตถุประสงค์เพื่อหาพารามิเตอร์การประมวลผลที่เหมาะสำหรับวัสดุที่เฉพาะเจาะจงในแต่ละ ซึ่งจะส่งผลในประสิทธิภาพที่สูงขึ้นเช่นเดียวกับในประสิทธิภาพที่ดีที่สุด

ลตร้าซาวด์เพื่อปรับปรุงกระบวนการหมักอธิบาย exemplarily กับการผลิตเอทานอล

เอทานอลเป็นผลิตภัณฑ์ของการสลายตัวของชีวมวลหรือเรื่องย่อยสลายของเสียโดยไม่ใช้ออกซิเจนหรือแอโรบิคแบคทีเรีย เอทานอลที่ผลิตส่วนใหญ่จะใช้เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ นี้จะทำให้เอทานอลเป็นทางเลือกทดแทนและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมสำหรับเชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นก๊าซธรรมชาติ
ในการผลิตเอทานอลจากชีวมวล, น้ำตาล, แป้ง, และวัสดุลิกโนเซลลูโลสสามารถนำมาใช้เป็นวัตถุดิบ สำหรับขนาดของการผลิตภาคอุตสาหกรรม, น้ำตาลและแป้งขณะนี้เด่นที่พวกเขาเป็นอย่างดีทางเศรษฐกิจ
วิธีการอัลตราซาวนด์ช่วยเพิ่มกระบวนการลูกค้าบุคคลที่มีวัตถุดิบที่เฉพาะเจาะจงภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดสามารถพยายามออกง่ายมากโดยการทดสอบความเป็นไปได้ ในขั้นตอนแรกของ sonication จำนวนเล็ก ๆ ของสารละลายวัตถุดิบที่มีอัลตราโซนิก อุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการ จะแสดงถ้าอัลตราซาวนด์ไม่ส่งผลกระทบต่อวัตถุดิบ

การทดสอบความเป็นไปได้

ในขั้นตอนการทดสอบครั้งแรกที่มันเหมาะที่จะแนะนำปริมาณที่ค่อนข้างสูงของพลังงานล้ำเข้าไปในปริมาณเล็กน้อยของของเหลวเป็นจึงเพิ่มขึ้นโอกาสที่จะดูว่าผลใด ๆ ที่สามารถรับได้ ปริมาณตัวอย่างเล็ก ๆ นอกจากนี้ยังช่วยลดระยะเวลาในการใช้อุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการและลดลงค่าใช้จ่ายสำหรับการทดสอบครั้งแรก
คลื่นอัลตราซาวนด์จะถูกส่งโดยพื้นผิว sonotrode ลงในของเหลว Beneth ผิว sonotrode ความเข้มอัลตราซาวนด์เป็นที่รุนแรงที่สุด ดังนั้นในระยะทางสั้น ๆ ระหว่าง sonotrode และวัสดุ sonicated เป็นที่ต้องการ เมื่อปริมาณของเหลวขนาดเล็กมีการสัมผัสระยะทางจาก sonotrode ที่สามารถเก็บไว้สั้น
ตารางด้านล่างแสดงระดับพลังงาน / ปริมาณปกติสำหรับกระบวนการ sonication หลังจากการเพิ่มประสิทธิภาพ นับตั้งแต่การทดลองครั้งแรกจะไม่ได้ทำงานในการกำหนดค่าที่เหมาะสมเข้ม sonication และเวลา 10 ถึง 50 เท่าของค่าปกติจะแสดงว่ามีผลกระทบต่อวัสดุ sonicated ใด ๆ หรือไม่

กระบวนการ	พลังงาน/ ปริมาณ	ปริมาณตัวอย่าง	อำนาจ	เวลา
ง่าย	< 100Ws / มิลลิลิตร	10 มิลลิลิตรซึ่งหัวใจ	50W	< 20 วินาที
กลาง	100Ws / มิลลิลิตรเพื่อ 500Ws / มิลลิลิตร	10 มิลลิลิตรซึ่งหัวใจ	50W	20-100 วินาที
ยาก	> 500Ws / มิลลิลิตร	10 มิลลิลิตรซึ่งหัวใจ	50W	>100 วินาที

ตารางที่ 1 – ค่า sonication ทั่วไปหลังจากการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ

กำลังไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจริงของการทดสอบวิ่งที่สามารถบันทึกผ่านการบันทึกข้อมูลแบบบูรณาการ (Uf200 ःที และ UP200St) PC-อินเตอร์เฟซหรือ PowerMeter ร่วมกับข้อมูลที่บันทึกไว้ของการตั้งค่าความกว้างและอุณหภูมิผลของแต่ละการทดลองสามารถประเมินและบรรทัดล่างสำหรับพลังงาน / ไดรฟ์สามารถจะจัดตั้งขึ้น
ถ้าในระหว่างการทดสอบการกำหนดค่าที่ดีที่สุดได้รับการคัดเลือกประสิทธิภาพการกำหนดค่านี้อาจจะได้รับการตรวจสอบในระหว่างขั้นตอนการปรับให้เหมาะสมและสามารถปรับขนาดในที่สุดถึงระดับเชิงพาณิชย์ เพื่ออำนวยความสะดวกในการปรับให้เหมาะสมขอแนะนำให้ตรวจสอบขีดจำกัดของ sonication เช่นอุณหภูมิความกว้างหรือพลังงาน/ปริมาณสำหรับสูตรที่เฉพาะเจาะจงเกินไป ในฐานะที่เป็นอัลตราซาวนด์สามารถสร้างผลกระทบเชิงลบต่อเซลล์สารเคมีหรืออนุภาคระดับที่สำคัญสำหรับแต่ละพารามิเตอร์จะต้องมีการตรวจสอบเพื่อจำกัดการเพิ่มประสิทธิภาพต่อไปนี้ให้กับช่วงพารามิเตอร์ที่ไม่มีการสังเกตผลกระทบเชิงลบ สำหรับการศึกษาความเป็นไปได้ห้องปฏิบัติการขนาดเล็กหรือหน่วยบนม้านั่งที่มีการแนะนำให้จำกัดค่าใช้จ่ายสำหรับอุปกรณ์และตัวอย่างในการทดลองดังกล่าว โดยทั่วไป๑๐๐ถึง๑,๐๐๐วัตต์หน่วยให้บริการวัตถุประสงค์ของการศึกษาความเป็นไปได้เป็นอย่างดี (cf. Hielscher ๒๐๐๕)

การเพิ่มประสิทธิภาพ

ผลสำเร็จในระหว่างการศึกษาความเป็นไปได้อาจแสดงการใช้พลังงานค่อนข้างสูงเกี่ยวกับปริมาณขนาดเล็กได้รับการรักษา แต่จุดประสงค์ของการทดสอบความเป็นไปได้ที่เป็นหลักในการแสดงผลของการอัลตราซาวนด์กับวัสดุ หากเป็นไปได้ในการทดสอบผลในเชิงบวกที่เกิดขึ้นมีความพยายามต่อไปจะต้องทำเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพอัตราส่วนพลังงาน / ระดับเสียง ซึ่งหมายความว่าในการสำรวจการกำหนดค่าพารามิเตอร์ที่เหมาะในการอัลตราซาวนด์เพื่อให้บรรลุผลผลิตสูงสุดโดยใช้พลังงานน้อยลงไปได้ที่จะทำให้กระบวนการทางเศรษฐกิจที่เหมาะสมที่สุดและมีประสิทธิภาพ เพื่อหาสิ่งที่ดีที่สุดการกำหนดค่าพารามิเตอร์ – การได้รับผลประโยชน์ที่ต้องการที่มีการป้อนพลังงานน้อยที่สุด–ความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์ที่สำคัญ ความกว้าง, ความดัน, อุณหภูมิ และ ของเหลว องค์ประกอบจะต้องมีการตรวจสอบ ในขั้นตอนที่สองนี้เปลี่ยนจาก sonication ชุดที่จะติดตั้ง sonication ต่อเนื่องกับเครื่องปฏิกรณ์เซลล์ไหลจะแนะนำเป็นตัวแปรที่สำคัญของความดันไม่สามารถมีอิทธิพลสำหรับ sonication ชุด ในช่วง sonication ในชุดความดันถูก จำกัด ไว้ที่ความดันบรรยากาศ หากกระบวนการ sonication ผ่านห้องเซลล์ไหลแรงดัน, ความดันสามารถยกระดับ (หรือลดลง) ซึ่งโดยทั่วไปมีผลต่ออัลตราโซนิก โพรงอากาศ ฮวบ โดยการใช้เซลล์ไหลที่ความสัมพันธ์ระหว่างความดันและประสิทธิภาพของกระบวนการที่สามารถกำหนด ประมวลผลอัลตราโซนิกระหว่าง 500 วัตต์ และ 2,000 วัตต์ ของการใช้พลังงานที่มีความเหมาะสมที่สุดในการเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการ

ระดับขึ้นเพื่อการผลิตเชิงพาณิชย์

หากการกำหนดค่าที่เหมาะสมที่สุดได้พบต่อไประดับขึ้นเป็นง่ายๆเป็นกระบวนการอัลตราโซนิกมี ทำซ้ำได้อย่างเต็มที่ในระดับเชิงเส้น. ซึ่งหมายความว่าเมื่ออัลตราซาวนด์ถูกนำไปใช้กับสูตรของเหลวที่เหมือนกันภายใต้การกำหนดค่าพารามิเตอร์การประมวลผลที่เหมือนกัน, พลังงานเดียวกันต่อปริมาณที่จะต้องได้รับผลที่เหมือนกันเป็นอิสระจากขนาดของการประมวลผล. (Hielscher ๒๐๐๕) ที่ทำให้มันเป็นไปได้ที่จะใช้การกำหนดค่าพารามิเตอร์ที่ดีที่สุดของอัลตราซาวนด์เพื่อขนาดการผลิตเต็มรูปแบบ จริง, ปริมาณที่สามารถประมวลผล ultrasonically ไม่จำกัด. ระบบอัลตราโซนิกการค้าที่มีถึง 16,000 วัตต์ ต่อหน่วยที่มีอยู่และสามารถติดตั้งได้ในกลุ่ม กลุ่มดังกล่าวของโปรเซสเซอร์ล้ำเสียงที่สามารถติดตั้งขนานหรือในซีรีส์ โดยการติดตั้งคลัสเตอร์ที่ชาญฉลาดของโปรเซสเซอร์ล้ำเสียงพลังงานสูงพลังงานทั้งหมดเกือบจะไม่ จำกัด เพื่อให้กระแสปริมาณสูงสามารถดำเนินการได้โดยไม่มีปัญหา นอกจากนี้หากการปรับตัวของระบบอัลตราโซนิกเป็นสิ่งจำเป็นเช่น เพื่อปรับพารามิเตอร์สูตรของเหลวแก้ไขนี้สามารถทำได้โดยส่วนใหญ่เปลี่ยน sonotrode, สนับสนุนหรือเซลล์ไหล ความยืดหยุ่นเชิงเส้นการทำสำเนาและการปรับตัวของอัลตราซาวด์ให้เทคโนโลยีใหม่นี้มีประสิทธิภาพและค่าใช้จ่ายที่มีประสิทธิภาพ

พารามิเตอร์ของการประมวลผลอัลตราโซนิก

การประมวลผลของเหลวอัลตราโซนิกอธิบายโดยจำนวนพารามิเตอร์ ที่สำคัญที่สุดคือความกว้าง, ความดัน, อุณหภูมิ, ความหนืดและความเข้มข้นของ ผลกระบวนการเช่นขนาดอนุภาคสำหรับการกำหนดค่าพารามิเตอร์ที่กำหนดเป็นหน้าที่ของพลังงานต่อปริมาณการประมวลผลที่ ฟังก์ชั่นการเปลี่ยนแปลงกับการเปลี่ยนแปลงในแต่ละพารามิเตอร์ นอกจากนี้การส่งออกพลังงานที่เกิดขึ้นจริงต่อพื้นที่ผิวของ sonotrode หน่วยล้ำขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ เอาท์พุทพลังงานต่อพื้นที่ผิวของ sonotrode คือความเข้มของผิว (I) ความเข้มของผิวขึ้นอยู่กับความกว้าง (A), ความดัน (P) ปริมาณเครื่องปฏิกรณ์ (VR) ที่อุณหภูมิ (T) ความหนืด (η) และอื่น ๆ

ผลกระทบของการเกิดโพรงอากาศที่สร้างขึ้นอยู่กับความเข้มของผิว ในลักษณะเดียวกับผลกระบวนการมีความสัมพันธ์ เอาท์พุทพลังงานทั้งหมดของหน่วยอัลตราโซนิกเป็นผลิตภัณฑ์ของความเข้มของผิว (I) และพื้นที่ผิว (s):

พี [ฝั่ง ตะวัน ตก] ผม [ฝั่ง ตะวัน ตก / มิลลิเมตร²] * S[มิลลิเมตร²]

ความกว้าง

ความกว้างของการสั่นอธิบายวิธีการ (เช่น 50 ไมครอน) พื้นผิว sonotrode เดินทางในเวลาที่กำหนด (เช่น 1 / 20,000s ที่ 20kHz) ความกว้างขนาดใหญ่ที่สูงขึ้นเป็นอัตราที่ลดความดันและการเพิ่มขึ้นในแต่ละจังหวะ นอกจากนั้นการกำจัดปริมาณของโรคหลอดเลือดสมองแต่ละเพิ่มขึ้นส่งผลให้ปริมาณการเกิดโพรงอากาศ (ขนาดฟองและ / หรือหมายเลข) เมื่อนำไปใช้กระจาย, กว้างของคลื่นที่สูงขึ้นแสดงความพินาศที่สูงขึ้นเพื่ออนุภาคของแข็ง ตารางที่ 1 แสดงค่าทั่วไปสำหรับกระบวนการอัลตราโซนิกบาง

ความดัน

จุดเดือดของของเหลวขึ้นอยู่กับความดัน ความดันสูงขึ้นคือจุดเดือดและย้อนกลับ แรงดันสูงช่วยให้เกิดการเกิดโพรงอากาศที่อุณหภูมิใกล้เคียงหรือเหนือจุดเดือด นอกจากนี้ยังเพิ่มความเข้มของระเบิดซึ่งเกี่ยวข้องกับความแตกต่างระหว่างความดันคงที่และความดันไอภายในฟองอากาศ (cf. Vercet et al. ๑๙๙๙) ตั้งแต่พลังงานล้ำและความเข้มเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วด้วยการเปลี่ยนแปลงในความดัน, ปั๊มแรงดันคงที่เป็นที่นิยม. เมื่อจัดหาของเหลวที่จะไหล-เซลล์ปั๊มควรจะมีความสามารถในการจัดการการไหลของของเหลวที่เฉพาะเจาะจงที่แรงกดดันที่เหมาะสม. ไดอะแฟรมหรือปั๊มเมมเบรน; ท่อที่มีความยืดหยุ่น, ท่อหรือบีบปั๊ม; ปั๊ม peristaltic; หรือลูกสูบเครื่องสูบน้ำจะสร้างความผันผวนของแรงดันสลับกัน ปั๊มแรงเหวี่ยงปั๊มเกียร์ปั๊มเกลียวและเครื่องสูบน้ำที่มีความก้าวหน้าที่จัดหาของเหลวที่จะ sonicated มีเสถียรภาพอย่างต่อเนื่องเป็นที่ต้องการ (Hielscher ๒๐๐๕)

อุณหภูมิ

โดย sonicating ของเหลวพลังงานจะถูกส่งเข้ากลาง ในฐานะที่สร้าง ultrasonically ผันผวนทำให้เกิดความปั่นป่วนและแรงเสียดทานของเหลว sonicated - การตามกฎหมายของอุณหพลศาสตร์ – จะร้อนขึ้น อุณหภูมิที่สูงขึ้นของสื่อการประมวลผลที่สามารถทำลายวัสดุและลดประสิทธิภาพของ cavitation ล้ำ เซลล์ไหลล้ำนวัตกรรมมีการติดตั้งกับเสื้อระบายความร้อน (ดูรูป) โดยที่การควบคุมที่แน่นอนกว่าอุณหภูมิของวัสดุระหว่างการประมวลผลอัลตราโซนิกจะได้รับ สำหรับ sonication บีกเกอร์ของไดรฟ์ขนาดเล็กห้องอาบน้ำน้ำแข็งสำหรับการกระจายความร้อนที่จะแนะนำ

ความหนืดและความเข้มข้น

ล้ำเสียง การโม่ และ กระจาย เป็นกระบวนการที่เป็นของเหลว อนุภาคต้องอยู่ในการระงับเช่น ในน้ำ, น้ำมัน, ตัวทำละลายหรือเรซิน โดยใช้ระบบการไหลผ่านอัลตราโซนิกมันจะกลายเป็นไปได้ที่จะมีความหนืดมาก sonicate วัสดุซีดขาว
High-power โปรเซสเซอร์ล้ำเสียงสามารถทำงานที่ระดับความเข้มข้นของแข็งที่ค่อนข้างสูง ความเข้มข้นสูงให้ประสิทธิภาพของการประมวลผลอัลตราโซนิกที่เป็นผลโม่ล้ำที่เกิดจากการปะทะกันระหว่างอนุภาค สืบสวนได้แสดงให้เห็นว่าอัตราการแตกของซิลิกาเป็นอิสระจากความเข้มข้นขึ้นเป็นของแข็งถึง 50% โดยน้ำหนัก การประมวลผลสำหรับกระบวนการหลักที่มีอัตราการใช้วัสดุที่มีความเข้มข้นสูงเป็นขั้นตอนการผลิตร่วมกันโดยใช้ ultrasonication

อำนาจและความรุนแรงเมื่อเทียบกับพลังงาน

ความเข้มของพื้นผิวและพลังงานทั้งหมดไม่เพียง แต่อธิบายความเข้มของการประมวลผล ปริมาณตัวอย่าง sonicated และเวลาของการเปิดรับที่ระดับความเข้มบางอย่างจะต้องมีการพิจารณาในการอธิบายกระบวนการ sonication เพื่อที่จะทำให้มันปรับขนาดได้และทำซ้ำได้ สำหรับการกำหนดค่าพารามิเตอร์ที่ได้รับผลกระบวนการเช่น ขนาดอนุภาคหรือการแปลงสารเคมีจะขึ้นอยู่กับการใช้พลังงานต่อปริมาตร (E / V)

ผลลัพธ์ = ฉ (ตะวัน ออก /V )

ที่ไหนพลังงาน (E) เป็นผลิตภัณฑ์ของการส่งออกพลังงาน (P) และเวลาของการสัมผัส (t) ที่

ตะวัน ออก[Ws] = พี[ฝั่ง ตะวัน ตก] *เสื้อ[S]

การเปลี่ยนแปลงในการกำหนดค่าพารามิเตอร์ที่จะเปลี่ยนการทำงานผล นี้ในการเปิดจะแตกต่างกันปริมาณของพลังงาน (E) ที่จำเป็นสำหรับค่าตัวอย่างที่กำหนด (V) เพื่อให้ได้ค่าผลที่เฉพาะเจาะจง ด้วยเหตุนี้จึงไม่เพียงพอที่จะปรับใช้อำนาจบางอย่างของการอัลตราซาวนด์ในการประมวลผลที่จะได้รับผล วิธีการที่ซับซ้อนมากขึ้นจะต้องระบุอำนาจที่จำเป็นและการกำหนดค่าพารามิเตอร์ที่อำนาจควรจะใส่ลงไปในวัสดุกระบวนการ (Hielscher 2005)

ช่วย ultrasonically การผลิตเอทานอล

มันเป็นเรื่องที่รู้อยู่แล้วว่าอัลตราซาวนด์ที่ช่วยเพิ่มการผลิตเอทานอล มันเป็นฝากฝังให้ข้นเหลวด้วยชีวมวลสารละลายหนืดสูงที่ยังคงเป็น pumpable เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกสามารถจัดการกับความเข้มข้นของของแข็งที่ค่อนข้างสูงเพื่อให้กระบวนการ sonication สามารถทำงานมีประสิทธิภาพมากที่สุด วัสดุอื่น ๆ ที่มีอยู่ในสารละลายของเหลวให้บริการน้อยลงซึ่งจะไม่ได้รับผลกำไรจากกระบวนการ sonication จะได้รับการปฏิบัติ เป็น input ของพลังงานที่เป็นของเหลวที่ทำให้เกิดความร้อนของของเหลวตามกฎหมายของอุณหพลศาสตร์ที่นี้หมายความว่าพลังงานอัลตราโซนิกถูกนำไปใช้วัสดุเป้าหมายเท่าที่จะทำได้ ด้วยเช่นการออกแบบกระบวนการที่มีประสิทธิภาพ, เครื่องทำความร้อนสิ้นเปลืองของของเหลวให้บริการส่วนที่เกินจะหลีกเลี่ยง
อัลตราซาวนด์ช่วย การสกัด ของวัสดุภายในเซลล์และทำให้มันจึงสามารถใช้ได้สำหรับการหมักเอนไซม์ การรักษาอัลตราซาวนด์อ่อนสามารถเพิ่มเอนไซม์ แต่สำหรับการสกัดชีวมวลอัลตราซาวนด์ที่รุนแรงมากขึ้นจะต้อง ดังนั้นเอนไซม์ควรจะเพิ่มสารละลายชีวมวลหลังจาก sonication เป็นอัลตราซาวนด์ที่รุนแรงยับยั้งเอนไซม์ซึ่งเป็นผลไม่ต้องการ

ผลปัจจุบันประสบความสำเร็จโดยการวิจัยทางวิทยาศาสตร์:

การศึกษาของ Yoswathana et al, (2010) เกี่ยวกับการผลิตเอทานอลจากฟางข้าวได้แสดงให้เห็นว่าการรวมกันของกรดรักษาก่อนและอัลตราโซนิกก่อนที่จะนำไปสู่การรักษาเอนไซม์ไปยังผลผลิตน้ำตาลเพิ่มขึ้นถึง 44% (บนพื้นฐานฟางข้าว) นี้แสดงให้เห็นประสิทธิภาพของการรวมกันของการปรับสภาพทางกายภาพและเคมีก่อนการย่อยของเอนไซม์ของวัสดุที่จะ lignocelluloses น้ำตาล

แผนภูมิที่ 2 แสดงให้เห็นถึงผลกระทบในเชิงบวกของการฉายรังสีอัลตราโซนิกในช่วงการผลิตเอทานอลจากฟางข้าวกราฟิก (ถ่านถูกนำมาใช้ในการล้างพิษตัวอย่างการปรับสภาพจากการปรับสภาพกรด / เอนไซม์และการปรับสภาพอัลตราโซนิก.)

ในการศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้อีกอิทธิพลของ ultrasonication บนที่ extracellular และระดับเซลล์ของเอนไซม์β-galactosidase ได้รับการตรวจสอบ สุไลมานอัลเอต (2011) สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตของการผลิตเอทานอลอย่างมีนัยสำคัญโดยใช้อัลตราซาวนด์ที่อุณหภูมิควบคุมการกระตุ้นการเจริญเติบโตของยีสต์ Kluyveromyces marxianus (ATCC 46537) ผู้เขียนของกระดาษที่ดำเนินการต่อเนื่อง sonication ด้วยอัลตราซาวนด์พลังงาน (20 เฮิร์ทซ์) ที่รอบหน้าที่ของ≤20% กระตุ้นการผลิตชีวมวล, การเผาผลาญอาหารแลคโตสและการผลิตเอทานอลใน K. marxianus ที่เข้ม sonication ที่ค่อนข้างสูงของ 11.8Wcm^-2. ภายใต้เงื่อนไขที่ดีที่สุด sonication เพิ่มความเข้มข้นของเอทานอลเป็นครั้งสุดท้ายโดยญาติเกือบ 3.5 เท่าที่จะควบคุม นี้ตรงกับการเพิ่มประสิทธิภาพ 3.5 เท่าในการผลิตเอทานอล แต่ต้อง 952W ของการป้อนข้อมูลพลังงานเพิ่มเติมต่อลูกบาศก์เมตรของน้ำซุปผ่าน sonication นี้ความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการใช้พลังงานได้อย่างแน่นอนภายในบรรทัดฐานในการดำเนินงานที่ยอมรับได้สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพและสำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูงจะได้รับการชดเชยได้อย่างง่ายดายโดยการผลิตที่เพิ่มขึ้น

สรุป: ประโยชน์ที่ได้รับจากการหมัก ultrasonically ช่วย

การรักษาอัลตราโซนิกได้รับการแสดงเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพและนวัตกรรมเพื่อเพิ่มผลผลิตเอทานอล หลักอัลตราซาวนด์ที่ใช้ในการแยกวัสดุภายในเซลล์จากชีวมวลเช่นข้าวโพดถั่วเหลืองฟาง Ligno-เซลลูโลสวัสดุหรือผักวัสดุเหลือใช้

• การเพิ่มขึ้นของผลผลิตเอทานอล
• Disinteration / เซลล์ distruction และปล่อยของวัสดุภายในโทรศัพท์มือถือ
• การย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่ดีขึ้น
• กระตุ้นการทำงานของเอนไซม์โดย sonication อ่อน
• การปรับปรุงประสิทธิภาพของกระบวนการโดย slurries ความเข้มข้นสูง

การทดสอบง่ายทำซ้ำระดับขึ้นและติดตั้งง่าย (ยังอยู่ในกระแสการผลิตที่มีอยู่แล้ว) ทำให้ ultrasonics เทคโนโลยีที่มีผลกำไรและมีประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือโปรเซสเซอร์ล้ำอุตสาหกรรมสำหรับการประมวลผลในเชิงพาณิชย์ที่มีอยู่และทำให้มันเป็นไปได้ที่จะ sonicate ปริมาณของเหลวแทบไม่ จำกัด