Ultrasonika: ilovalar va jarayonlar

Ultrasonikatsiya mexanik ishlov berish usuli bo'lib, u akustik kavitatsiya va juda kuchli jismoniy kuchlarni yaratadi. Shuning uchun ultratovush aralashtirish, homogenlash, frezalash, dispersiya, emulsifikatsiya, ekstraktsiya, gazsizlantirish va sono-kimyoviy reaktsiyalar kabi ko'plab ilovalar uchun ishlatiladi.
Quyida siz odatdagi ultratovush ilovalari va jarayonlari haqida hamma narsani bilib olasiz.

ultratovushli homogenlash

Ultrasonik gomogenizatorlar bir xillik va dispersiya barqarorligini yaxshilash uchun suyuqlikdagi kichik zarralarni kamaytiradi. Zarrachalar (dispers faza) suyuq fazada to'xtatilgan qattiq yoki suyuq tomchilar bo'lishi mumkin. Ultrasonik homogenlash yumshoq va qattiq zarralarni kamaytirish uchun juda samarali. Hielscher har qanday suyuqlik hajmini homogenlashtirish va partiya yoki inline qayta ishlash uchun ultrasonikatorlarni ishlab chiqaradi. Laboratoriya ultratovush asboblari 1,5 ml dan taxminan hajmlar uchun ishlatilishi mumkin. 4L. Ultrasonik sanoat qurilmalari 0,5 dan taxminan partiyalarni qayta ishlashlari mumkin. Jarayonni ishlab chiqishda va tijorat ishlab chiqarishda 2000L yoki oqim tezligi soatiga 0,1L dan 20 kubometrgacha.
Ultrasonik homogenlash haqida ko'proq o'qish uchun shu yerni bosing!

Ultrasonik dispersiya va deaglomeratsiya

Qattiq moddalarning suyuqliklarga tarqalishi va deaglomeratsiyasi prob tipidagi ultrasonikatorlarning muhim qo'llanilishidir. Ultrasonik / akustik kavitatsiya zarrachalar aglomeratlarini alohida, bitta dispers zarrachalarga ajratadigan yuqori kesish kuchlarini hosil qiladi. Kukunlarni suyuqliklarga aralashtirish bo'yoq, lak, kosmetika mahsulotlari, oziq-ovqat va ichimliklar yoki polishing vositalari kabi turli xil mahsulotlarni shakllantirishda keng tarqalgan qadamdir. Alohida zarralar turli fizik va kimyoviy tabiatdagi tortishish kuchlari, jumladan van-der-Vals kuchlari va suyuqlik sirt tarangligi bilan birga ushlab turiladi. Ultrasonikatsiya suyuq muhitdagi zarralarni deaglomeratsiya qilish va tarqatish uchun ushbu tortishish kuchlarini engib chiqadi. Suyuqlikdagi kukunlarni tarqatish va deaglomeratsiya qilish uchun yuqori intensivlikdagi ultrasonikatsiya yuqori bosimli homogenizatorlar, yuqori kesish mikserlari, boncuk tegirmonlari yoki rotor-stator-mikserlarga qiziqarli alternativ hisoblanadi.
Ultrasonik dispersiya va deaglomeratsiya haqida ko'proq o'qish uchun shu yerni bosing!

Ultrasonik emulsifikatsiya

Kosmetika va teri losonlari, farmatsevtik malhamlar, laklar, bo'yoqlar va moylash materiallari va yoqilg'i kabi oraliq va iste'mol qilinadigan mahsulotlarning keng assortimenti to'liq yoki qisman emulsiyalarga asoslangan. Emulsiyalar ikki yoki undan ortiq aralashmaydigan suyuqlik fazalarining dispersiyasidir. Yuqori intensiv ultratovush suyuq fazani (tarqalgan faza) ikkinchi fazada (uzluksiz faza) kichik tomchilarda tarqatish uchun etarli darajada intensiv kesishni ta'minlaydi. Tarqalish zonasida portlovchi kavitatsiya pufakchalari atrofdagi suyuqlikda intensiv zarba to'lqinlarini keltirib chiqaradi va natijada yuqori suyuqlik tezligi (yuqori siljish) bo'lgan suyuqlik oqimi hosil bo'ladi. Ultrasonikatsiya maqsadli emulsiya hajmiga aniq moslashtirilishi mumkin, bu esa mikro-emulsiyalar va nano-emulsiyalarni ishonchli ishlab chiqarish imkonini beradi.
Ultrasonik emulsifikatsiya haqida ko'proq o'qish uchun shu yerni bosing!

Ultrasonik nam frezalash va silliqlash

Ultrasonication zarrachalar nam-frezeleme va mikro-silliqlash uchun samarali vosita hisoblanadi. Xususan, o'ta nozik o'lchamdagi shlamlarni ishlab chiqarish uchun ultratovush ko'plab afzalliklarga ega. Kolloid tegirmonlar (masalan, shar tegirmonlari, boncuk tegirmonlari), diskli tegirmonlar yoki reaktiv tegirmonlar kabi an'anaviy o'lchamlarni kamaytirish uskunalaridan ustundir. Ultrasonikatsiya yuqori konsentratsiyali va yuqori viskoziteli atalalarni qayta ishlashga qodir - shuning uchun qayta ishlanadigan hajmni kamaytiradi. Albatta, ultratovushli frezalash keramika, pigmentlar, bariy sulfat, kaltsiy karbonat yoki metall oksidi kabi mikron o'lchamli va nano o'lchamdagi materiallarni qayta ishlash uchun javob beradi. Ayniqsa, nano-materiallar haqida gap ketganda, ultratovush ishlashda ustunlik qiladi, chunki uning yuqori ta'sirli kesish kuchlari bir xilda kichik nanozarrachalarni yaratadi.
Ultrasonik nam frezalash va mikro-silliqlash haqida ko'proq o'qish uchun shu yerni bosing!

Ultrasonik frezalashdan oldin va keyin buzadigan amallar bilan quritilgan TiO2

Ultrasonik hujayra parchalanishi va lizis

Ultrasonik davolash tolali, tsellyulozali materialni mayda zarrachalarga parchalashi va hujayra strukturasining devorlarini buzishi mumkin. Bu suyuqlikka kraxmal yoki shakar kabi hujayra ichidagi moddalarni ko'proq chiqaradi. Bu ta'sir fermentatsiya, hazm qilish va organik moddalarning boshqa konversiya jarayonlari uchun ishlatilishi mumkin. Frezeleme va maydalashdan so'ng, ultratovush yordamida hujayra ichidagi materialning ko'p qismini, masalan, kraxmalni, shuningdek, kraxmalni shakarga aylantiruvchi fermentlar mavjud bo'lgan hujayra devori qoldiqlarini hosil qiladi. Bundan tashqari, suyultirish yoki shakarlanish jarayonida fermentlarga ta'sir qiladigan sirt maydonini oshiradi. Bu odatda xamirturush fermentatsiyasi va boshqa konversiya jarayonlarining tezligi va hosildorligini oshiradi, masalan, biomassadan etanol ishlab chiqarishni ko'paytirish uchun.
Hujayra strukturalarining ultratovushli parchalanishi haqida ko'proq o'qish uchun shu yerni bosing!

Botanikaning ultratovushli ekstraktsiyasi

Hujayralarda va hujayra osti zarrachalarida saqlanadigan bioaktiv birikmalarning ekstraktsiyasi yuqori intensivlikdagi ultratovushning keng qo'llaniladigan dasturidir. Ultrasonik ekstraktsiya ikkilamchi metabolitlarni (masalan, polifenollar), polisakkaridlarni, oqsillarni, efir moylarini va boshqa faol moddalarni o'simliklar va zamburug'larning hujayra matritsasidan ajratish uchun ishlatiladi. Organik birikmalarni suv va erituvchi bilan ekstraksiya qilish uchun mos bo'lgan sonikatsiya o'simliklar yoki urug'lardagi botanikalarning hosildorligini sezilarli darajada yaxshilaydi. Ultrasonik ekstraksiya farmatsevtika, ozuqaviy moddalar / ozuqaviy qo'shimchalar, xushbo'y hidlar va biologik qo'shimchalar ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Ultrasonika biorefineriyalarda bioaktiv komponentlarni olish uchun ham qo'llaniladigan yashil ekstraksiya usulidir, masalan, sanoat jarayonlarida hosil bo'lgan foydalanilmaydigan qo'shimcha mahsulot oqimlaridan qimmatli birikmalarni chiqaradi. Ultrasonication laboratoriya va ishlab chiqarish miqyosida botanika ekstraktsiyasi uchun yuqori samarali texnologiyadir.
Ultrasonik ekstraktsiya haqida ko'proq ma'lumot olish uchun bu yerni bosing!

Ultrasoniklarning sonokimyoviy qo'llanilishi

Sonokimyo ultratovushni kimyoviy reaktsiyalar va jarayonlarga qo'llashdir. Suyuqliklarda sonokimyoviy ta'sirlarni keltirib chiqaradigan mexanizm akustik kavitatsiya hodisasidir. Kimyoviy reaktsiyalar va jarayonlarga sonokimyoviy ta'sirlar reaktsiya tezligini yoki chiqishini oshirishni, energiyani yanada samarali ishlatishni, fazalarni uzatish katalizatorlarining ish faoliyatini yaxshilashni, metallar va qattiq moddalarni faollashtirishni yoki reagentlar yoki katalizatorlarning reaktivligini oshirishni o'z ichiga oladi.
Ultratovushning sonokimyoviy ta'siri haqida ko'proq o'qish uchun shu yerni bosing!

Neftni biodizelga ultratovush transesterifikatsiyasi

Ultrasonikatsiya kimyoviy reaktsiya tezligini va o'simlik moylari va hayvon yog'larini biodizelga transesterifikatsiya qilish rentabelligini oshiradi. Bu ishlab chiqarishni partiyaviy qayta ishlashdan uzluksiz oqim qayta ishlashga o'zgartirish imkonini beradi va investitsiya va operatsion xarajatlarni kamaytiradi. Ultrasonik biodizel ishlab chiqarishning asosiy afzalliklaridan biri bu chiqindi yog'lardan foydalanish, masalan, sarflangan pishirish moylari va boshqa sifatsiz yog' manbalari. Ultrasonik transesterifikatsiya hatto past sifatli xom ashyoni yuqori sifatli biodizelga (yog 'kislotasi metil esteri / FAME) aylantirishi mumkin. O'simlik moylari yoki hayvon yog'laridan biodizel ishlab chiqarish mos keladigan metil efirlari yoki etil efirlarini berish uchun yog' kislotalarini metanol yoki etanol bilan bazaviy-katalizli transesterifikatsiya qilishni o'z ichiga oladi. Ultrasonication 99% dan ortiq biodizel hosildorligiga erishish mumkin. Ultratovush ishlov berish vaqtini va ajratish vaqtini sezilarli darajada kamaytiradi.
Neftni biodizelga ultratovush yordamida transesterifikatsiya qilish haqida ko'proq o'qish uchun shu yerni bosing!

Ultrasonik degassatsiya va suyuqliklarni havosizlantirish

Suyuqliklarni gazsizlantirish prob tipidagi ultrasonikatorlarning yana bir muhim dasturidir. Ultrasonik tebranishlar va kavitatsiya suyuqlikdagi erigan gazlarning birlashishiga olib keladi. Bir daqiqali gaz pufakchalari birlashganda, ular suyuqlikning yuqori yuzasiga tez suzib yuradigan kattaroq pufakchalar hosil qiladi. Shunday qilib, ultratovushli gazsizlantirish va deaeratsiya erigan gaz darajasini tabiiy muvozanat darajasidan pastga tushirishi mumkin.
Suyuqliklarni ultratovushli gazsizlantirish haqida ko'proq o'qish uchun shu yerni bosing!

Ultrasonik sim, kabel va chiziqli tozalash

Ultrasonik tozalash sim va kabel, lenta yoki quvurlar kabi uzluksiz materiallarni tozalash uchun ekologik toza alternativ hisoblanadi. Kuchli ultratovushli kavitatsiyaning ta'siri yog' yoki moy, sovun, stearat yoki chang kabi moylash qoldiqlarini material yuzasidan olib tashlaydi. Hielscher Ultrasonics doimiy profillarni inline tozalash uchun turli ultratovush tizimlarini taklif etadi.
Uzluksiz profillarni ultratovush bilan tozalash haqida ko'proq ma'lumot olish uchun shu yerni bosing!

Sonicationni yuqori ishlov berish usuliga nima aylantiradi?

Sonikatsiya yoki suyuqliklarni qo'zg'atish uchun yuqori chastotali tovush to'lqinlaridan foydalanish turli sabablarga ko'ra samarali ishlov berish usuli hisoblanadi. Yuqori intensivlikdagi va past chastotali sonikatsiyaning ba'zi sabablari. 20 kHz, ayniqsa suyuqliklar va bulamaçlarni qayta ishlash uchun samarali va foydalidir:

1. Kavitatsiya: Sonikatsiyaning asosiy mexanizmlaridan biri - bu kavitatsiya deb ataladigan kichik pufakchalarning yaratilishi va qulashi. 20 kHz chastotada tovush to'lqinlari pufakchalarni samarali hosil qilish va qulash uchun to'g'ri chastotada bo'ladi. Ushbu pufakchalarning qulashi yuqori energiyali zarba to'lqinlarini keltirib chiqaradi, bu esa zarralarni parchalashi va sonikatsiya qilinayotgan suyuqlikdagi hujayralarni buzishi mumkin.
2. Tebranish va tebranish: Yaratilgan akustik kavitatsiyadan tashqari, ultratovushli probning tebranishi suyuqlikda qo'shimcha qo'zg'alish va aralashtirishni keltirib chiqaradi va shu bilan massa o'tkazuvchanligini va/yoki gazsizlanishni rag'batlantiradi.
3. Penetratsiya: 20 kHz chastotali tovush to'lqinlari nisbatan uzoq to'lqin uzunligiga ega, bu esa suyuqliklarga chuqur kirib borish imkonini beradi. Ultrasonik kavitatsiya - bu ultratovush tekshiruvi atrofida paydo bo'ladigan lokalizatsiya hodisasi. Probgacha bo'lgan masofa ortishi bilan kavitatsiya intensivligi pasayadi. Biroq, 20 kHz chastotada sonikatsiya qisqaroq to'lqin uzunliklariga ega bo'lgan va penetratsiya chuqurligida cheklangan bo'lishi mumkin bo'lgan yuqori chastotali sonikatsiya bilan solishtirganda katta hajmdagi suyuqlikni samarali davolashi mumkin.
4. Kam energiya iste'moli: Sonication yuqori bosimli homogenizatsiya yoki mexanik aralashtirish kabi boshqa ishlov berish usullariga nisbatan nisbatan kam energiya sarfi bilan amalga oshirilishi mumkin. Bu suyuqliklarni qayta ishlashning energiyani tejaydigan va tejamkor usuliga aylantiradi.
5. Chiziqli o'lchov: Ultrasonik jarayonlarni kattaroq yoki kichikroq hajmga to'liq chiziqli o'lchash mumkin. Bu ishlab chiqarishda texnologik moslashuvlarni ishonchli qiladi, chunki mahsulot sifati doimiy ravishda barqaror saqlanishi mumkin.
6. Ommaviy va inline oqim: Ultrasonikatsiya ommaviy yoki doimiy inline jarayonlar sifatida amalga oshirilishi mumkin. Partiyalarni sonikatsiya qilish uchun ultratovushli prob ochiq idishga yoki yopiq partiyali reaktorga kiritiladi. Uzluksiz oqim oqimining sonikatsiyasi uchun ultratovushli oqim xujayrasi o'rnatiladi. Suyuq muhit sonotrodni (ultratovushli tebranish novdasi) bitta o'tish yoki resirkulyatsiyada o'tkazadi va ultratovush to'lqinlariga ta'sir qiladigan juda bir xil va samarali bo'ladi.

Umuman olganda, kavitatsiyaning kuchli kuchlari, kam energiya iste'moli va jarayonning miqyosi past chastotali, yuqori quvvatli sonikatsiyani suyuqliklarni qayta ishlashning samarali usuliga aylantiradi.

Ultrasonik ishlov berishning ishlash printsipi va foydalanish

Ultrasonication - bu yirik ishlab chiqarish uchun ko'plab sohalar tomonidan qabul qilingan tijorat qayta ishlash texnologiyasi. Yuqori ishonchlilik va masshtablilik, shuningdek, past texnik xarajatlar va yuqori energiya samaradorligi ultratovushli protsessorlarni an'anaviy suyuqlikni qayta ishlash uskunalari uchun yaxshi alternativ qiladi. Ultratovush qo'shimcha qiziqarli imkoniyatlarni taqdim etadi: Kavitatsiya - asosiy ultratovush effekti - biologik, kimyoviy va fizik jarayonlarda noyob natijalarni beradi. Masalan, ultratovushli dispersiya va emulsifikatsiya osongina barqaror nano o'lchamdagi formulalarni ishlab chiqaradi. Shuningdek, botanika ekstraktsiyasi sohasida ultratovush bioaktiv birikmalarni izolyatsiya qilish uchun issiqlik bo'lmagan texnikadir.

Past intensivlikdagi yoki yuqori chastotali ultratovush asosan tahlil, buzilmaydigan sinov va tasvirlash uchun ishlatilsa, yuqori intensivlikdagi ultratovush suyuqlik va pastalarni qayta ishlash uchun ishlatiladi, bu erda intensiv ultratovush to'lqinlari aralashtirish, emulsifikatsiya qilish, tarqatish va deaglomeratsiya uchun ishlatiladi. , hujayra parchalanishi yoki fermentning deaktivatsiyasi. Suyuqlikni yuqori intensivlikda soniklashda tovush to'lqinlari suyuq muhit orqali tarqaladi. Bu chastotaga bog'liq bo'lgan stavkalar bilan yuqori bosimli (siqilish) va past bosimli (kamdan-kam uchraydigan) tsikllarning o'zgarishiga olib keladi. Past bosimli aylanish jarayonida yuqori intensiv ultratovush to'lqinlari suyuqlikda kichik vakuum pufakchalari yoki bo'shliqlarni hosil qiladi. Pufakchalar energiyani o'zlashtira olmaydigan hajmga erishganda, ular yuqori bosimli aylanish jarayonida kuchli qulab tushadi. Ushbu hodisa kavitatsiya deb ataladi. Portlash paytida mahalliy darajada juda yuqori haroratlar (taxminan 5000K) va bosimlarga (taxminan 2000atm) erishiladi. Kavitatsiya qabariqining portlashi natijasida sekundiga 280 metrgacha bo'lgan suyuqlik oqimi ham paydo bo'ladi.

Suyuqlikdagi ultratovushli kavitatsiya tez va to'liq gazsizlanishga olib kelishi mumkin; erkin kimyoviy ionlar (radikallar) hosil qilish orqali turli kimyoviy reaktsiyalarni boshlash; reaktivlarni aralashtirishni osonlashtirish orqali kimyoviy reaktsiyalarni tezlashtirish; agregatlarni tarqatish yoki polimer zanjirlarida kimyoviy bog'lanishlarni doimiy ravishda uzish orqali polimerizatsiya va depolimerizatsiya reaktsiyalarini kuchaytirish; emulsifikatsiya tezligini oshirish; diffuziya tezligini yaxshilash; yuqori konsentrlangan emulsiyalar yoki mikron yoki nano o'lchamdagi materiallarning bir xil dispersiyasini ishlab chiqarish; hayvon, o'simlik, xamirturush yoki bakteriya hujayralaridan fermentlar kabi moddalarni ajratib olishga yordam berish; infektsiyalangan to'qimalardan viruslarni olib tashlash; va nihoyat, sezgir zarralarni, shu jumladan mikroorganizmlarni eroziya qiladi va parchalaydi. (Qarang: Kuldiloke 2002)

Yuqori zichlikdagi ultratovush past viskoziteli suyuqliklarda kuchli qo'zg'atishni keltirib chiqaradi, bu suyuqlikdagi materiallarni tarqatish uchun ishlatilishi mumkin. (qarang. Ensminger, 1988) Suyuq/qattiq yoki gaz/qattiq interfeyslarda kavitatsiya pufakchalarining assimetrik portlashi diffuziya chegara qatlamini kamaytiradigan, konveksiya massasi o'tkazuvchanligini oshiradigan va oddiy aralashtirish sodir bo'lgan tizimlarda diffuziyani sezilarli darajada tezlashtiradigan ekstremal turbulentliklarni keltirib chiqarishi mumkin. mumkin emas. (Qarang: Nyborg, 1965)

Adabiyot