Suyuqliklarda ultratovushli kavitatsiya
Yuqori intensivlikdagi ultratovushning ultratovush to'lqinlari suyuqliklarda akustik kavitatsiya hosil qiladi. Kavitatsiya 1000 km/soatgacha bo'lgan suyuqlik oqimlari, 2000 atmgacha bo'lgan bosim va 5000 Kelvingacha bo'lgan harorat kabi mahalliy darajada ekstremal ta'sirlarni keltirib chiqaradi. Ushbu ultratovushli ishlab chiqarilgan kuchlar gomogenizatsiya, dispersiya, emulsifikatsiya, ekstraktsiya, hujayra buzilishi, shuningdek kimyoviy reaktsiyalarni kuchaytirish kabi ko'plab suyuqliklarni qayta ishlash dasturlari uchun ishlatiladi.
Ultrasonik kavitatsiyaning ishlash printsipi
Suyuqliklarni yuqori intensivlikda soniklashda, suyuqlik muhitiga tarqaladigan tovush to'lqinlari chastotaga bog'liq bo'lgan 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 280 m/s gacha tezlikda suyuqlik oqimi ham paydo bo'ladi.
UP400St kabi prob tipidagi ultrasonikatorlar akustik kavitatsiyaning ishlash printsipidan foydalaning.
Akustik kavitatsiya (quvvat ultratovush yordamida hosil qilingan) mahalliy ekstremal sharoitlarni yaratadi, sonomexanik va sonokimyoviy ta'sirlar deb ataladi. Ushbu ta'sirlar tufayli sonikatsiya yuqori rentabellikga, tezroq reaktsiya tezligiga, yangi yo'llarga va umumiy samaradorlikni oshirishga olib keladigan kimyoviy reaktsiyalarni rag'batlantiradi.
Akustik kavitatsiyadan foydalangan holda ultrasonikatorlarning asosiy ilovalari
Ultrasonik zondlar sifatida ham tanilgan zond tipidagi ultrasonikatorlar suyuqliklarda kuchli akustik kavitatsiyani samarali hosil qiladi. Shuning uchun ular turli sohalarda turli xil ilovalarda keng qo'llaniladi. Zond tipidagi ultrasonikatorlar tomonidan yaratilgan akustik kavitatsiyaning eng muhim ilovalaridan ba'zilari:
Hielscher ultratovushli kaskatroda kuchli ultratovushli kavitatsiya
- Gomogenizatsiya: Ultrasonik zondlar tebranish va kesish kuchlarining energiya zich maydoni sifatida tavsiflangan intensiv kavitatsiyani yaratishi mumkin. Bu kuchlar mukammal aralashtirish, aralashtirish va zarrachalar hajmini kamaytirishni ta'minlaydi. Ultrasonik gomogenizatsiya bir xil aralashtirilgan suspenziyalarni ishlab chiqaradi. Shuning uchun sonikatsiya tor taqsimot egri chiziqlari bilan bir hil kolloid suspenziya ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.
- Nanozarrachalar dispersiyasi: Ultrasonikatorlar nanozarrachalarni dispersiyalash, deaglomeratsiya qilish va nam maydalash uchun ishlatiladi. Past chastotali ultratovush to'lqinlari aglomeratlarni buzadigan va zarracha hajmini kamaytiradigan ta'sirli kavitatsiyani keltirib chiqarishi mumkin. Xususan, suyuqlik oqimlarining yuqori siljishi suyuqlikdagi zarrachalarni tezlashtiradi, ular bir-biri bilan to'qnashadi (zarralararo to'qnashuv), natijada zarralar parchalanadi va eroziyalanadi. Bu zarrachalarning bir xil va barqaror taqsimlanishiga olib keladi, bu esa cho'kishni oldini oladi. Bu nanotexnologiya, materialshunoslik va farmatsevtika kabi turli sohalarda hal qiluvchi ahamiyatga ega.
- Emulsifikatsiya va aralashtirish: Prob tipidagi ultrasonikatorlar emulsiyalar yaratish va suyuqliklarni aralashtirish uchun ishlatiladi. Ultrasonik energiya kavitatsiyaga, mikroskopik pufakchalarning shakllanishiga va qulashiga olib keladi, bu esa kuchli mahalliy kesish kuchlarini keltirib chiqaradi. Bu jarayon bir-biriga aralashmaydigan suyuqliklarni emulsiyalash, barqaror va nozik dispers emulsiyalarni ishlab chiqarishga yordam beradi.
- Ekstraksiya: Kavitatsion kesish kuchlari tufayli ultrasonikatorlar uyali tuzilmalarni buzishda va qattiq va suyuqlik o'rtasidagi massa o'tkazmasini yaxshilashda yuqori samarali. Shuning uchun ultratovushli ekstraktsiya yuqori sifatli botanika ekstraktlarini ishlab chiqarish uchun bioaktiv birikmalar kabi hujayra ichidagi materialni chiqarish uchun keng qo'llaniladi.
- Degazatsiya va deaeratsiya: Prob tipidagi ultrasonikatorlar suyuqliklardan gaz pufakchalari yoki erigan gazlarni olib tashlash uchun ishlatiladi. Ultrasonik kavitatsiyani qo'llash gaz pufakchalarining birlashishiga yordam beradi, shunda ular o'sib, suyuqlikning yuqori qismiga suzadi. Ultrasonik kavitatsiya degasifikatsiyani tez va samarali jarayonga aylantiradi. Bu gazlar mavjudligi mahsulot sifati va barqarorligiga salbiy ta'sir ko'rsatishi mumkin bo'lgan bo'yoqlar, gidravlik suyuqliklar yoki oziq-ovqat va ichimliklarni qayta ishlash kabi turli sohalarda qimmatlidir.
- Sonokataliz: Ultrasonik zondlar kimyoviy reaktsiyalarni kuchaytirish uchun akustik kavitatsiyani katalizatorlar bilan birlashtirgan sonokataliz uchun ishlatilishi mumkin. Ultrasonik to'lqinlar natijasida hosil bo'lgan kavitatsiya massa o'tkazuvchanligini yaxshilaydi, reaktsiya tezligini oshiradi va erkin radikallarni ishlab chiqarishni rag'batlantiradi, bu esa yanada samarali va tanlangan kimyoviy transformatsiyalarga olib keladi.
- Namuna tayyorlash: Prob tipidagi ultrasonikatorlar odatda laboratoriyalarda namunalar tayyorlash uchun ishlatiladi. Ular hujayralar, to'qimalar va viruslar kabi biologik namunalarni homogenlashtirish, ajratish va ekstraksiya qilish uchun ishlatiladi. Prob tomonidan ishlab chiqarilgan ultratovush energiyasi hujayra membranalarini buzadi, hujayra tarkibini chiqaradi va keyingi tahlillarni osonlashtiradi.
- Hujayralarning parchalanishi va buzilishi: Prob tipidagi ultrasonikatorlar hujayralar va to'qimalarni turli maqsadlarda parchalash va buzish uchun ishlatiladi, masalan, hujayra ichidagi tarkibiy qismlarni olish, mikrobial inaktivatsiya yoki tahlil uchun namuna tayyorlash. Yuqori intensivlikdagi ultratovush to'lqinlari va shu bilan hosil bo'lgan kavitatsiya mexanik kuchlanish va kesish kuchlarini keltirib chiqaradi, natijada hujayra tuzilmalari parchalanadi. Biologik tadqiqotlar va tibbiy diagnostikada prob tipidagi ultrasonikatorlar hujayra lizisini, hujayra ichidagi tarkibiy qismlarni chiqarish uchun ochiq hujayralarni sindirish jarayoni uchun ishlatiladi. Ultrasonik energiya hujayra devorlari, membranalari va organellalarini buzadi, bu oqsillar, DNK, RNK va boshqa hujayra tarkibiy qismlarini olish imkonini beradi.
Bular zond tipidagi ultrasonikatorlarning asosiy qo'llanilishidan ba'zilari, ammo texnologiya boshqa foydalanishning yanada keng doirasiga ega, jumladan, sonokimyo, zarrachalar hajmini kamaytirish (ho'l frezalash), pastdan yuqoriga zarracha sintezi va kimyoviy moddalarning sono-sintezi. va farmatsevtika, oziq-ovqat mahsulotlarini qayta ishlash, biotexnologiya va atrof-muhit fanlari kabi turli sohalardagi materiallar.
Suvdagi grafit parchasining sono-mexanik eksfoliatsiyasini aks ettiruvchi yuqori tezlikdagi (a dan f gacha) kadrlar ketma-ketligi UP200S yordamida, 3 mm sonotrodli 200 Vt ultrasonikator. O'qlar bo'linishga kirib boradigan kavitatsiya pufakchalari bilan zarralarning bo'linish joyini ko'rsatadi.
Shisha reaktorda ultratovushli UIP1000hdT (1000 vatt, 20 kHz) kaskatrod probida ultratovushli kavitatsiya.
Suyuqlikdagi akustik kavitatsiya videosi
Quyidagi video suv bilan to'ldirilgan shisha ustundagi UIP1000hdT ultratovush qurilmasining kaskatrodida akustik kavitatsiyani ko'rsatadi. Kavitatsiya pufakchalarini ko'rishni yaxshilash uchun shisha ustun pastdan qizil chiroq bilan yoritilgan.
Biz bilan bog'lanish!? Bizdan so'rang!
Quyidagi jadvalda ultrasonikatorlarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati ko'rsatilgan:
| To'plam hajmi | Oqim darajasi | Tavsiya etilgan qurilmalar |
|---|---|---|
| 1 dan 500 ml gacha | 10 dan 200 ml? min | UP100H |
| 10 dan 2000 ml gacha | 20 dan 400 ml? min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 dan 20 L gacha | 0.2 dan 4L/min gacha | UIP2000hdT |
| 10 dan 100 l gacha | 2 dan 10 l? min | UIP4000hdT |
| na | 10 dan 100 l? min | UIP16000 |
| na | kattaroq | ning klasteri UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, uchuvchi va sanoat miqyosida ilovalar, dispersiya, emulsifikatsiya va ekstraktsiyani aralashtirish uchun yuqori samarali ultratovushli homogenizatorlarni ishlab chiqaradi.
Adabiyot? Adabiyotlar
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Ali Gholami, Fathollah Pourfayaz, Akbar Maleki (2021): Techno-economic assessment of biodiesel production from canola oil through ultrasonic cavitation. Energy Reports, Volume 7, 2021. 266-277.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
Hielscher Ultrasonics kompaniyasi yuqori samarali ultratovushli homogenizatorlarni ishlab chiqaradi laboratoriya uchun sanoat hajmi.