Ultratovushli ruporlar yordamida yuqori quvvatli ultratovushni qoʻllash

Ultratovushli ruporlar yoki zondlar suyuqliklarga ishlov berishning turli usullarida, jumladan gomogenizatsiya, disperslash, nam maydalash, emulsiyalash, ekstraksiya, parchalash, eritish va havosizlantirishda keng qoʻllaniladi. Ultratovushli ruporlar, ultratovushli zondlar va ularning qoʻllanilishi haqida asosiy maʼlumotlarni bilib oling.

Ultratovushli rupor va ultratovushli zond oʻrtasidagi farq

Koʻpincha ultratovushli rupor va zond atamalari bir-birining oʻrnida ishlatiladi va ultratovush toʻlqinlarini suyuqlikka uzatadigan ultratovushli sterjenni anglatadi. Ultratovushli zond uchun akustik rupor, sonotrod, akustik toʻlqin oʻtkazgich yoki ultratovushli barmoq kabi boshqa atamalar ham ishlatiladi. Biroq texnik jihatdan ultratovushli rupor va ultratovushli zond oʻrtasida farq bor.
Rupor ham, zond ham zond tipidagi ultratovush qurilmasi deb ataladigan qurilmaning qismlarini anglatadi. Ultratovushli rupor ultratovush oʻzgartirgichining metall qismi boʻlib, u pyezoelektrik usulda hosil qilingan tebranishlar orqali qoʻzgʻatiladi. Ultratovushli rupor muayyan chastotada, masalan, 20kHz chastotada tebranadi, bu soniyasiga 20 000 ta tebranishni anglatadi. Titan akustik tebranishlarni aʼlo darajada uzatish xususiyatlari, yuqori charchashga chidamliligi va sirt qattiqligi tufayli ultratovushli ruporlar tayyorlash uchun afzal material hisoblanadi.

Ultratovushli zond sonotrod yoki ultratovushli barmoq deb ham ataladi. U koʻpincha titandan tayyorlanadigan va ultratovushli ruporga rezba orqali biriktiriladigan metall sterjendir. Ultratovushli zond ultratovush protsessorining muhim qismi boʻlib, ultratovush toʻlqinlarini ultratovush bilan ishlov berilayotgan muhitga uzatadi. Ultratovushli zondlar / sonotrodlar turli shakllarda (masalan, konussimon, uchli, torayib boruvchi yoki Cascatrode shaklida) mavjud. Titan ultratovushli zondlar uchun eng koʻp ishlatiladigan material boʻlsa-da, zanglamaydigan poʻlat, keramika, shisha va boshqa materiallardan tayyorlangan sonotrodlar ham mavjud.

Ultratovush bilan ishlov berish vaqtida ultratovushli rupor va zond doimiy siqilish yoki choʻzilish taʼsirida boʻlgani uchun ularning materialini tanlash hal qiluvchi ahamiyatga ega. Yuqori sifatli titan qotishmasi (5-markali) mexanik kuchlanishga bardosh berish, uzoq vaqt davomida yuqori amplitudalarni saqlash hamda akustik va mexanik xususiyatlarni uzatish uchun eng ishonchli, uzoq xizmat qiladigan va samarali metall hisoblanadi.

Eritish ultratovushli ishlovning keng tarqalgan qo‘llanishlaridan biridir. Videoda Hielscher UP200St yordamida shakar kristallarini suvda tez eritish namoyish etilgan.

Yuqori samaradorlikdagi ultratovush qurilmalari asosan 20–30kHz chastota oraligʻida ishlaydi. 20 kHz chastotada ultratovushli zond odatda uzunligi toʻlqin uzunligining yarmiga teng boʻlgan rezonansli sterjen boʻlib, u soniyasiga 20 000 marta uzluksiz kengayib va qisqarib turadi. Kengayish va qisqarish harakatlari quyidagi qoʻllanishlarni amalga oshirish uchun texnologik muhitga, yaʼni suyuqlik yoki suspenziyaga yuqori quvvatli ultratovush sifatida uzatiladi:

Yuqori quvvatli ultratovush qanday ishlaydi? – Akustik kavitatsiyaning ishlash tamoyili

Gomogenizatsiya, zarracha oʻlchamini kichraytirish, parchalash yoki nanodispersiyalar kabi yuqori samaradorlikdagi ultratovush qoʻllanishlari uchun yuqori intensivlikdagi, past chastotali ultratovush ultratovush oʻzgartirgichi yordamida hosil qilinadi va ultratovushli rupor hamda zond (sonotrod) orqali suyuqlikka uzatiladi. 16–30kHz oraligʻidagi ultratovush yuqori quvvatli ultratovush hisoblanadi. Ultratovushli zond, masalan, 20kHz chastotada kengayib va qisqarib, shu tariqa muhitga soniyasiga 20 000 ta tebranish uzatadi. Ultratovush toʻlqinlari suyuqlik boʻylab tarqalganda, navbatma-navbat keladigan yuqori bosim (siqilish) / past bosim (siyraklashish / kengayish) sikllari juda kichik boʻshliqlarni (vakuum pufakchalarini) hosil qiladi; ular bir necha bosim sikli davomida oʻsadi. Suyuqlik va pufakchalarning siqilish bosqichida bosim musbat boʻladi, siyraklashish bosqichida esa vakuum (manfiy bosim) hosil boʻladi. Siqilish va kengayish sikllari davomida suyuqlikdagi boʻshliqlar boshqa energiyani yuta olmaydigan oʻlchamga yetguncha oʻsadi. Shu paytda ular shiddat bilan ichkariga qulaydi. Ushbu boʻshliqlarning ichkariga qulashi akustik / ultratovushli kavitatsiya hodisasi deb ataladigan turli yuqori energiyali taʼsirlarni yuzaga keltiradi. Akustik kavitatsiya suyuqliklarga, qattiq jism/suyuqlik tizimlariga hamda gaz/suyuqlik tizimlariga taʼsir qiladigan koʻplab yuqori energiyali taʼsirlar bilan tavsiflanadi. Energiya zichligi yuqori boʻlgan zona yoki kavitatsiya zonasi qaynoq nuqtalar zonasi deb ataladi; unda energiya zichligi ultratovushli zondga bevosita yaqin joyda eng yuqori boʻladi va sonotroddan masofa oshgani sari kamayadi. Ultratovushli kavitatsiyaning asosiy xususiyatlariga mahalliy yuzaga keladigan juda yuqori harorat va bosimlar hamda ularning tegishli farqlari, turbulentlik va suyuqlik oqimlari kiradi. Ultratovushning qaynoq nuqtalarida ultratovush hosil qilgan boʻshliqlar ichkariga qulaganda, 5000 Kelvingacha boʻlgan haroratlar, 200 atmosferagacha boʻlgan bosimlar va tezligi 1000km/h gacha boʻlgan suyuqlik oqimchalarini oʻlchash mumkin. Ushbu favqulodda yuqori energiyali sharoitlar jarayonlar va kimyoviy reaksiyalarni turli yoʻllar bilan jadallashtiradigan sonomexanik va sonokimyoviy taʼsirlarning yuzaga kelishiga yordam beradi.
Ultratovush bilan ishlov berishning suyuqliklar va suspenziyalarga asosiy taʼsirlari quyidagilardan iborat:

Yuqori siljish kuchlari: Ultratovush hosil qiladigan yuqori siljish kuchlari suyuqliklar va suyuqlik–qattiq jism tizimlarini parchalab, jadal aralashtirish, gomogenizatsiya va massa almashinuvini yuzaga keltiradi.
Zarba: Ultratovushli kavitatsiya hosil qiladigan suyuqlik oqimchalari va oqimlari suyuqlikdagi qattiq jismlarni tezlashtiradi, bu esa keyinchalik zarrachalararo toʻqnashuvlarga olib keladi. Zarrachalar juda yuqori tezlikda toʻqnashganda, ular yemiriladi, sinadi hamda mayda, koʻpincha nanooʻlchamgacha maydalanadi va disperslanadi. Oʻsimlik materiallari kabi biologik materiallarda yuqori tezlikdagi suyuqlik oqimchalari va navbatma-navbat keladigan bosim sikllari hujayra devorlarini parchalab, hujayra ichidagi moddalarni ajratib chiqaradi. Bu biofaol birikmalarning yuqori samaradorlik bilan ekstraksiya qilinishiga va biologik materialning bir jinsli aralashishiga olib keladi.
Aralashtirish: Ultratovush bilan ishlov berish suyuqlik yoki suspenziyada kuchli turbulentlik, siljish kuchlari va mikroharakatlarni yuzaga keltiradi. Shu tariqa ultratovush bilan ishlov berish har doim massa almashinuvini jadallashtiradi va buning natijasida reaksiyalar hamda jarayonlarni tezlashtiradi.

Ultratovushli gomogenizatorlar va yuqori siljish kuchlari bilan ishlaydigan aralashtirgichlar suyuqliklar yoki suspenziyalar bilan ishlaydigan deyarli barcha qayta ishlash sanoati tarmoqlarida qoʻllaniladi. Kuchli ultratovushli kavitatsiya kuchlari jadal aralashtirish, siljish, zarrachalarning parchalanishi va massa almashinuvini yuzaga keltiradi. Shu tariqa suyuqliklar gomogenizatsiya qilinadi, disperslanadi, emulsiyalanadi, ekstraksiya qilinadi, eritiladi va/yoki kimyoviy reaksiyalar boshlanadi. Umuman olganda, ultratovush bilan ishlov berish mahsulot chiqishini oshiradigan, konversiya darajasini yaxshilaydigan va jarayonlarni samaraliroq qiladigan jarayonlarni jadallashtirish usulidir.
Sanoatda keng tarqalgan ultratovush qoʻllanishlari oziq-ovqat va farmatsevtika, nozik kimyo, energetika va neft kimyosi, qayta ishlash, bioqayta ishlash korxonalari va boshqa koʻplab sohalarni qamrab oladi hamda quyidagilarni oʻz ichiga oladi:

Yuqori samaradorlikdagi qoʻllanishlar uchun ultratovushli ruporlar va zondlar

Hielscher Ultrasonics koʻplab sanoat tarmoqlarida katta yuklama talab qiladigan qoʻllanishlar uchun butun dunyoda ishlatiladigan yuqori quvvatli ultratovush qurilmalarini ishlab chiqarish va tarqatishda uzoq yillik tajribaga ega.
Har bir qurilma uchun 50 vattdan 16kW gacha boʻlgan barcha oʻlchamdagi ultratovush protsessorlari, turli oʻlcham va shakldagi zondlar hamda turli hajm va geometriyaga ega ultratovush reaktorlari bilan Hielscher Ultrasonics sizning qoʻllanishingiz uchun ideal ultratovush tizimini tashkil etishga mos uskunalarga ega.
Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi:

Partiya hajmi	Hajmiy oqim tezligi	Tavsiya etiladigan qurilmalar
1–500mL	10–200mL/min	UP100H
10–2000mL	20–400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1–20L	0,2–4L/min	UIP2000hdT
10–100L	2–10L/min	UIP4000hdT
n.a.	10–100L/min	UIP16000
n.a.	kattaroq	quyidagi qurilmalardan iborat klaster: UIP16000

Biz bilan bogʻlaning! / Bizga savol bering!

Tegishli mavzular

Adabiyotlar / Manbalar

Kenneth S. Suslick, Yuri Didenko, Ming M. Fang, Taeghwan Hyeon, Kenneth J. Kolbeck, William B. McNamara, Millan M. Mdleleni, Mike Wong (1999): Acoustic Cavitation and Its Chemical Consequences. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, Vol. 357, Issue 1751, 1999. 335-353.
Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering) 77:5; 2015. 155-161.