Ультразвук - це механічний метод обробки, який створює акустичну кавітацію та високоінтенсивні фізичні сили. Тому ультразвук використовується для численних застосувань, таких як змішування, гомогенізація, фрезерування, дисперсія, емульгування, екстракція, дегазація та соно-хімічні реакції.
Нижче ви дізнаєтеся все про типові ультразвукові програми та процеси.

Ультразвукова гомогенізація

Ультразвукові гомогенізатори зменшують дрібні частинки в рідині для поліпшення однорідності та стабільності дисперсії. Частинки (дисперсна фаза) можуть бути твердими речовинами або краплями рідини, зваженими в рідкій фазі. Ультразвукова гомогенізація дуже ефективна для відновлення м'яких і твердих частинок. Hielscher виробляє ультразвукові пристрої для гомогенізації будь-якого об'єму рідини та для пакетної або вбудованої обробки. Лабораторні ультразвукові прилади можуть використовуватися для обсягів від 1,5 мл до приблизно 4 л. Ультразвукові промислові пристрої можуть обробляти партії від 0,5 до приблизно 2000 л або витрат від 0,1 л до 20 кубічних метрів на годину в розробці процесів і в комерційному виробництві.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукове гомогенізацію!

Ультразвукова диспергування та деггломерація

Дисперсія та деагломерація твердих тіл у рідини є важливим застосуванням ультразвукових апаратів зондового типу. Ультразвукова / акустична кавітація генерує високі сили зсуву, які розбивають агломерати частинок на окремі, одиничні дисперсні частинки. Змішування порошків в рідини є поширеним етапом у рецептурі різних продуктів, таких як фарба, лак, косметичні продукти, продукти харчування та напої або полірувальні середовища. Окремі частинки утримуються разом силами притягання різної фізичної і хімічної природи, включаючи ван-дер-ваальсові сили і поверхневий натяг рідини. Ультразвук долає ці сили притягання, щоб деагломерувати і розсіювати частинки в рідких середовищах. Для диспергування та деагломерації порошків у рідинах, ультразвук високої інтенсивності є цікавою альтернативою гомогенізаторам високого тиску, змішувачам високого зсуву, млинам з бісеру або ротору-статору-змішувачам.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукове розсіювання та деагломерацію!

Ультразвукове емульгування

Широкий асортимент проміжних і споживчих товарів, таких як косметика і лосьйони для шкіри, фармацевтичні мазі, лаки, лакофарбові матеріали і паливо, засновані повністю або частково на емульсіях. Емульсії - це дисперсії двох і більше незмішуваних рідких фаз. Високоінтенсивне ультразвукове дослідження забезпечує досить інтенсивний зсув, щоб розсіювати рідку фазу (дисперсну фазу) дрібними краплями у другій фазі (безперервна фаза). У зоні розсіювання імплодирующие кавітаційні бульбашки викликають інтенсивні ударні хвилі в навколишній рідині і призводять до утворення рідких струменів високої швидкості рідини (високого зсуву). Ультразвук може бути точно адаптований до цільового розміру емульсії, що дозволяє тим самим забезпечити надійне виробництво мікроемульсій і наноемульсій.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукове емульгування!

Ультразвукова мокро-фрезерування та шліфування

Ультразвук є ефективним засобом для мокрого фрезерування та мікророзтимування частинок. Зокрема для виготовлення надтонких шламів ультразвук має безліч переваг. Він перевершує традиційне обладнання для зменшення розмірів, таке як: колоїдні млини (наприклад, кульові млини, млини для бісеру), дискові млини або струменеві млини. Ультразвук може обробляти суспензії високої концентрації та високої в'язкості - отже, зменшуючи обсяг, що підлягає обробці. Звичайно, ультразвукове фрезерування підходить для обробки матеріалів мікронного розміру та нанорозмірів, таких як кераміка, пігменти, сульфат барію, карбонат кальцію або оксиди металів. Особливо коли справа доходить до наноматеріалів, ультразвук перевершує продуктивність, оскільки його надзвичайно вражаючі сили зсуву створюють рівномірно малі наночастинки.
Натисніть тут, щоб дізнатись більше про ультразвуковому мокрому фрезерні та мікрошліфуванні!

Висушений розпиленням TiO2 до і після ультразвукового фрезерування

Ультразвукова дезінтеграція клітин і лізис

Ультразвукова обробка може розпадати волокнисті, целюлозійний матеріал на дрібні частинки і розбивати стінки клітинної структури. Це вивільняє в рідину більше внутрішньоквалітинного матеріалу, такого як крохмаль або цукор. Цей ефект може бути використаний для бродіння, травлення та інших процесів перетворення органічної речовини. Після фрезерування та подрібнення ультразвук робить більше внутрішньоквалітинного матеріалу, наприклад, крохмалю, а також сміття клітинної стінки, доступного ферментам, які перетворюють крохмаль у цукри. Це також збільшує площу поверхні, що піддається впливу ферментів під час розмокування або охарактерності. Це, як правило, збільшує швидкість і врожайність ферментації дріжджів та інших процесів перетворення, наприклад, для збільшення виробництва етанолу з біомаси.
Натисніть тут, щоб дізнатись більше про ультразвукове розкладання клітинних структур!

ультразвукова екстракція ботанічних рослин

Екстракція біоактивних сполук, що зберігаються в клітинах і субклітинних частинках, є широко використовуваним застосуванням ультразвуку високої інтенсивності. Ультразвукова екстракція використовується для виділення вторинних метаболітів (наприклад, поліфенолів), полісахаридів, білків, ефірних масел та інших активних інгредієнтів з клітинного матриксу рослин і грибів. Придатна для екстракції органічних сполук з води та розчинників, ультразвукова обробка значно покращує врожайність ботанічних рослин, що містяться в рослинах або насінні. Ультразвукова екстракція використовується для виробництва фармацевтичних препаратів, нутрицевтиків / харчових добавок, ароматизаторів та біологічних добавок. Ультразвук - це метод зеленого вилучення, який також використовується для вилучення біоактивних компонентів у біорефінерії, наприклад, вивільнення цінних сполук з неутилізованих потоків побічних продуктів, що утворюються в промислових процесах. Ультразвук є високоефективною технологією для ботанічного вилучення в лабораторних та виробничих масштабах.
Натисніть тут для отримання додаткової інформації про ультразвукову екстракцію!

Сонохімічне застосування ультразвукової терапії

Сонохімія - це застосування ультразвуку до хімічних реакцій і процесів. Механізмом, що викликає сонохімічні ефекти в рідинах, є явище акустичної кавітації. Сонохімічний вплив на хімічні реакції та процеси включають збільшення швидкості реакції або виходу, більш ефективне використання енергії, підвищення продуктивності каталізаторів фазового перенесення, активацію металів і твердих речовин або збільшення реактивності реагентів або каталізаторів.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про сонохімічні ефекти УЗД!

Ультразвукова трансетстефікація нафти до біодизелю

Ультразвук збільшує швидкість хімічної реакції та вихід переетерифікації рослинних олій та тваринних жирів у біодизельне паливо. Це дозволяє змінити виробництво з пакетної обробки на безперервну потокову, а також знижує інвестиційні та експлуатаційні витрати. Однією з основних переваг виробництва ультразвукового біодизеля є використання відпрацьованих масел, таких як відпрацьовані кулінарні масла та інші джерела неякісного масла. Ультразвукова переетерифікація може перетворити навіть неякісну сировину в високоякісне біодизельне паливо (метиловий ефір жирних кислот / FAME). Виробництво біодизеля з рослинних олій або тваринних жирів, передбачає каталізовану основу переетерифікацію жирних кислот метанолом або етанолом для отримання відповідних метилових ефірів або етилових ефірів. Ультразвук може досягти виходу біодизеля понад 99%. Ультразвук значно скорочує час обробки і час поділу.
Натисніть тут, щоб дізнатись більше про ультразвуковою трансетерифікацією нафти в біодизель!

Ультразвукова дегазація та де-аерація рідин

Дегазація рідин є ще одним важливим застосуванням ультразвукових апаратів зондового типу. Ультразвукові коливання і кавітація викликають зрощення розчинених газів в рідині. Коли хвилинні бульбашки газу зливаються, вони утворюють тим самим більші бульбашки, які швидко спливають на верхню поверхню рідини, звідти їх можна видалити. Таким чином, ультразвукова дегазація і деаерація можуть знизити рівень розчиненого газу нижче рівня природної рівноваги.
Натисніть тут, щоб дізнатись більше про ультразвукову дегазацію рідин!

Ультразвукова дріт, кабельне та смужкове прибирання

Ультразвукова чистка є екологічно чистою альтернативою для очищення безперервних матеріалів, таких як дріт і кабель, стрічка або трубки. Ефект потужної ультразвукової кавітації видаляє залишки мастила, такі як масло або жир, мило, стеарат або пил з поверхні матеріалу. Hielscher Ultrasonics пропонує різні ультразвукові системи для вбудованого очищення безперервних профілів.
Натисніть тут для отримання додаткової інформації про ультразвукове очищення безперервних профілів!

Що робить ультразвукову обробку чудовим методом обробки?

Ультразвукова обробка або використання звукових хвиль високої частоти для агітації рідин є ефективним методом обробки з різних причин. Ось кілька причин, чому ультразвукова обробка при високій інтенсивності та низькій частоті близько 20 кГц є особливо ефективною та вигідною для обробки рідин та шламів:

1. Кавітації: Одним з основних механізмів ультразвукової обробки є створення і колапс крихітних бульбашок, явище, яке називається кавітацією. На частоті 20 кГц звукові хвилі мають потрібну частоту для ефективного створення та згортання бульбашок. Колапс цих бульбашок виробляє ударні хвилі високої енергії, які можуть розщеплювати частинки і порушувати клітини в рідині, що обробляється ультразвуком.
2. Коливання і вібрація: Окрім створюваної акустичної кавітації, коливання ультразвукового зонда створює додаткове збудження та змішування в рідині, тим самим сприяючи масовому перенесенню та / або дегазації.
3. Проникнення: Звукові хвилі на частоті 20 кГц мають відносно велику довжину хвилі, що дозволяє їм глибоко проникати в рідини. Ультразвукова кавітація - це локалізоване явище, що з'являється в оточенні ультразвукового зонда. Зі збільшенням відстані до зонда інтенсивність кавітації зменшується. Однак ультразвукова обробка на частоті 20 кГц може ефективно обробляти більші об'єми рідини, порівняно з більш високочастотною ультразвуковою обробкою, яка має коротші довжини хвиль і може бути більш обмеженою в глибині проникнення.
4. Низьке споживання енергії: Ультразвукова обробка може бути виконана з відносно низьким споживанням енергії в порівнянні з іншими методами обробки, такими як гомогенізація під високим тиском або механічне перемішування. Це робить його більш енергоефективним і економічно вигідним методом обробки рідин.
5. Лінійна масштабованість: Ультразвукові процеси можуть бути масштабовані повністю лінійно до більших або менших обсягів. Це робить адаптацію процесу у виробництві надійною, оскільки якість продукції може підтримувати постійну стабільність.
6. Пакетний та вбудований потік: Ультразвукове дослідження може бути виконано як пакетне або як безперервні вбудовані процеси. Для ультразвукової обробки партій ультразвуковий зонд вставляється у відкритий посудину або закритий реактор періодичної дії. Для ультразвукової обробки безперервного потоку встановлена ультразвукова клітина потоку. Рідке середовище проходить сонотрод (ультразвуково вібруючий стрижень) в однопрохідній або рециркуляції і дуже однорідна і ефективна під впливом ультразвукових хвиль.

В цілому, інтенсивні сили кавітації, низьке споживання енергії та масштабованість процесу роблять низькочастотну ультразвукову обробку високої потужності ефективним методом обробки рідин.

Принцип роботи та використання ультразвукової обробки

Ультразвук - це комерційна технологія обробки, яка була прийнята численними галузями промисловості для великомасштабного виробництва. Висока надійність і масштабність, а також низькі витрати на обслуговування та висока енергоефективність роблять ультразвукові процесори хорошою альтернативою традиційному рідинному переробному обладнанню. Ультразвук пропонує додаткові захоплюючі можливості: Кавітація – основний ультразвуковий ефект – дає унікальні результати в біологічних, хімічних і фізичних процесах. Наприклад, ультразвукова дисперсія та емульгування легко виробляють стабільні нанорозмірні склади. Також в області ботанічної екстракції ультразвук є нетермальною методикою виділення біоактивних сполук.

У той час як ультразвук низької інтенсивності або високої частоти в основному використовується для аналізу, неруйнівного контролю та візуалізації, високоінтенсивний ультразвук використовується для обробки рідин і паст, де інтенсивні ультразвукові хвилі використовуються для змішування, емульгування, диспергування та деагломерації, розпаду клітин або деактивації ферментів. При ультразвуковій обробці рідин з високою інтенсивністю звукові хвилі поширюються через рідкі середовища. Це призводить до чергування циклів високого тиску (стиснення) і низького тиску (розрідження), причому швидкості залежать від частоти. Під час циклу низького тиску ультразвукові хвилі високої інтенсивності створюють дрібні вакуумні бульбашки або порожнечі в рідині. Коли бульбашки досягають обсягу, при якому вони більше не можуть поглинати енергію, вони сильно руйнуються під час циклу високого тиску. Це явище називається кавітацією. Під час імплозії локально досягаються дуже високі температури (близько 5,000K) і тиски (приблизно 2,000atm). Імплозія кавітаційного міхура також призводить до рідких струменів швидкості до 280 метрів в секунду.

Ультразвукова кавітація в рідинах може викликати швидку і повну дегазацію; ініціювати різні хімічні реакції шляхом генерації вільних хімічних іонів (радикалів); прискорюють хімічні реакції за рахунок полегшення змішування реагентів; підсилюють реакції полімеризації і деполімеризації шляхом диспергування агрегатів або шляхом постійного розриву хімічних зв'язків в полімерних ланцюгах; збільшення показників емульгування; поліпшити темпи дифузії; виробляти висококонцентровані емульсії або рівномірні дисперсії мікрон-розмірних або нанорозмірних матеріалів; сприяти вилученню таких речовин, як ферменти з клітин тварин, рослин, дріжджів або бактерій; видалити віруси з інфікованих тканин; і, нарешті, розмивати і розщеплювати сприйнятливі частинки, включаючи мікроорганізми. (пор. Кулділоке 2002)

Ультразвук високої інтенсивності виробляє сильне збудження в рідинах низької в'язкості, яке може бути використано для диспергування матеріалів в рідинах. (пор. Енсмінгер, 1988) На рідких/твердих або газових/твердих інтерфейсах асиметрична імплозія кавітаційних бульбашок може викликати екстремальні турбулентності, які зменшують дифузійний прикордонний шар, збільшують конвекційну масообмін і значно прискорюють дифузію в системах, де звичайне змішування неможливе. (пор. Ніборг, 1965)

Література