Công nghệ siêu âm Hielscher

Bồn tắm siêu âm siêu âm Probe-Sonication: Sự so sánh hiệu quả

Quá trình Sonication có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một đầu dò siêu âm loại homogenizer hoặc một bồn tắm siêu âm. Mặc dù, cả hai kỹ thuật áp dụng siêu âm cho mẫu, có sự khác biệt đáng kể về hiệu quả, hiệu quả và khả năng xử lý.

Các hiệu ứng mong muốn từ ultrasonication của chất lỏng – Bao gồm đồng nhất, Phân tán, sự phóng đại, phay, nhũ tương, Khai thác, lysis, Sự tan rãhiệu ứng sonochemical – là do Cavitation. Bằng cách giới thiệu siêu âm công suất cao vào môi trường lỏng, sóng âm được truyền trong chất lỏng và tạo ra các chu kỳ áp suất cao (nén) và áp suất thấp (rarefaction), với mức giá tùy thuộc vào tần số. Trong chu kỳ áp suất thấp, sóng siêu âm cường độ cao tạo ra bong bóng chân không nhỏ hoặc khoảng trống trong chất lỏng. Khi các bong bóng đạt được một khối lượng mà tại đó họ không còn có thể hấp thụ năng lượng, chúng sụp đổ dữ dội trong một chu kỳ áp suất cao. Hiện tượng này được gọi là cavitation. Trong quá trình nổ nhiệt độ rất cao (xấp xỉ. 5.000 k) và áp suất (xấp xỉ 2.000 ATM) đạt được tại địa phương. Sự nổ của bong bóng cavitation cũng kết quả trong máy bay phản lực chất lỏng lên đến 280m/s vận tốc. [Suslick 1998]

Bong bóng cavitation có thể được phân biệt trong bong bóng ổn định và thoáng qua. (Click vào để phóng to!)

Moholkar et al. (2000) phát hiện ra rằng các bong bóng trong khu vực cường độ cavitation cao nhất trải qua một chuyển động thoáng qua, trong khi các bong bóng trong khu vực của cường độ cavitation thấp nhất đã trải qua chuyển động ổn định/dao động. Sự sụp đổ thoáng qua của các bong bóng làm tăng nhiệt độ địa phương và áp suất Maxima là ở gốc của các hiệu ứng quan sát của siêu âm trên các hệ thống hóa học.
Cường độ ultrasonication là một chức năng của đầu vào năng lượng và diện tích bề mặt sonotrode. Đối với một đầu vào năng lượng nhất định áp dụng: diện tích bề mặt của sonotrode càng lớn, cường độ siêu âm càng thấp.
Sóng siêu âm có thể được tạo ra bởi các loại hệ thống siêu âm khác nhau. Trong phần sau đây, sự khác biệt giữa sonication bằng cách sử dụng một bồn tắm siêu âm, thiết bị thăm dò siêu âm trong một tàu mở và thiết bị thăm dò siêu âm với buồng di động dòng chảy sẽ được so sánh.

So sánh phân phối tại chỗ cavitational nóng

Bồn tắm siêu âm

Trong bồn tắm siêu âm, cavitation xảy ra không phù hợp và không kiểm soát được phân phối thông qua bể. Hiệu ứng sonication là cường độ thấpkhông đồng đều Lây lan. Sự lặp lại và khả năng mở rộng của quá trình này là rất nghèo.
Hình ảnh dưới đây cho thấy các kết quả của một thử nghiệm lá trong một bể siêu âm. Do đó, một nhôm mỏng hoặc thiếc được đặt ở dưới cùng của một bình chứa nước siêu âm. Sau khi sonication, vết xói mòn đơn có thể nhìn thấy. Những điểm đục và lỗ duy nhất trong lá chỉ ra các điểm nóng cavitational. Do năng lượng thấp và các không đồng đều phân phối siêu âm trong bể, vết xói mòn chỉ xảy ra ở vị trí khôn ngoan. Do đó, Phòng tắm siêu âm chủ yếu được sử dụng để làm sạch các ứng dụng.

In an ultrasonic bath or tank, the ultrasonic "hot spots" xảy ra rất unevenly. (Click vào để phóng to!)
Những con số dưới đây cho thấy sự phân bố không đồng đều của cavitational điểm nóng trong một bồn tắm siêu âm. Trong hình 2, một bồn tắm với một khu vực dưới cùng của 20×10 cm đã được sử dụng.
Cavitation không đồng đều trong một bồn tắm siêu âm (Click vào để phóng to!)

Đối với các phép đo được hiển thị trong hình 3, một bồn tắm siêu âm với một không gian dưới cùng của 12x10cm đã được sử dụng.
Con số này hiển thị sự phân bố không gian không đồng đều của các điểm nóng siêu âm trong một bồn tắm siêu âm. (Click vào để phóng to!)
Cả hai phép đo cho thấy rằng sự phân bố của trường chiếu xạ siêu âm trong bể siêu âm là rất không đồng đều.
Việc nghiên cứu chiếu xạ siêu âm tại các địa điểm khác nhau trong bồn tắm cho thấy các biến thể không gian đáng kể trong cường độ cavitation trong bồn tắm siêu âm.

Hình 4 dưới đây so sánh hiệu quả của một bồn tắm siêu âm và một thiết bị thăm dò siêu âm được minh họa bởi sự biến dạng của thuốc nhuộm AZO methyl Violet.
Hiệu quả cao hơn bởi Probe-loại sonication (Click vào để phóng to!)
Dhanalakshmi et al. tìm thấy trong nghiên cứu của họ rằng đầu dò-loại siêu âm thiết bị có cao bản địa hóa cường độ so với loại xe tăng và do đó, hiệu ứng bản địa hóa lớn hơn như được mô tả trong hình 4. Điều này có nghĩa là cường độ và hiệu quả cao hơn của quá trình sonication.
Một thiết lập siêu âm như minh hoạ trong hình 4, cho phép kiểm soát hoàn toàn các thông số quan trọng nhất-biên độ, áp suất

Probe-loại sonication là rất hiệu quả và hiệu quả của một phòng tắm sonicator CVS

Probe-loại sonication với UP200Ht

Liên hệ / Yêu cầu Thêm Thông tin

Nói chuyện với chúng tôi về các yêu cầu xử lý của bạn. Chúng tôi sẽ giới thiệu các thiết lập và xử lý các thông số phù hợp nhất cho dự án của bạn.






Ultrasonic processing: Cavitational "hot spot"

Pic 1: siêu âm sonotrode truyền sóng âm thanh vào chất lỏng. Các sương mù bên dưới bề mặt của sonotrode cho thấy khu vực điểm nóng cavitational.

Ưu điểm thăm dò-Sonication:

  • Mạnh mẽ
  • Tập trung
  • hoàn toàn kiểm soát
  • thậm chí phân phối
  • tái sản xuất
  • cân tuyến tính
  • hàng loạt và trong dòng

Thiết bị thăm dò siêu âm trong một cốc mở

Khi các mẫu được sonicated bằng cách sử dụng một thiết bị thăm dò siêu âm, vùng sonication cường độ cao nằm ngay bên dưới sonotrode/thăm dò. Khoảng cách chiếu xạ siêu âm được giới hạn ở một khu vực nhất định của mũi sonotrode. (xem pic. 1)
Quy trình siêu âm trong cốc mở chủ yếu được sử dụng để thử nghiệm tính khả thi và chuẩn bị mẫu các khối lượng nhỏ hơn.

Thiết bị thăm dò siêu âm ở chế độ dòng chảy liên tục

Kết quả sonication tinh vi nhất đạt được bằng cách xử lý liên tục trong chế độ dòng chảy khép kín. Tất cả các vật liệu được xử lý bởi cùng một cường độ siêu âm như đường dẫn dòng chảy và thời gian cư trú trong buồng lò phản ứng siêu âm được kiểm soát.

Siêu âm inline xử lý với lò phản ứng dòng chảy (Click vào để phóng to!)

Pic. 4:1kW hệ thống siêu âm UIP1000hd với tế bào dòng chảy và bơm

Các kết quả của quá trình xử lý chất lỏng siêu âm cho một cấu hình tham số nhất định là một chức năng của năng lượng cho mỗi khối lượng xử lý. Chức năng thay đổi theo các tham số riêng lẻ. Hơn nữa, sản lượng điện thực tế và cường độ cho mỗi diện tích bề mặt của sonotrode của một đơn vị siêu âm phụ thuộc vào các thông số.

Các thông số quan trọng nhất của việc xử lý siêu âm bao gồm biên độ (A), áp suất (p), thể tích lò phản ứng (VR), nhiệt

Tác động cavitational của việc xử lý siêu âm phụ thuộc vào cường độ bề mặt được decribed bởi biên độ (A), áp suất (p), khối lượng lò phản ứng (VR), Temperature (T), nhớt (η) và những người khác. Các dấu cộng và trừ chỉ ra một ảnh hưởng tích cực hoặc tiêu cực của các thông số cụ thể trên cường độ sonication.

Bằng cách kiểm soát các tham số quan trọng nhất của quá trình sonication, quá trình này hoàn toàn lặp lại và kết quả đạt được có thể thu nhỏ hoàn toàn tuyến tính. Các loại lò phản ứng di động dòng chảy siêu âm sonotrodes khác nhau cho phép thích nghi với các yêu cầu quy trình cụ thể.

Tóm tắt

Trong khi một Bồn tắm siêu âm cung cấp một Yếu sonication với xấp xỉ. 20-40 W/L và rất không thống nhất Phân phối siêu âm thăm dò loại thiết bị có thể dễ dàng vài khoảng. 20,000 W/L vào phương tiện xử lý. Điều này có nghĩa rằng một thiết bị loại đầu dò siêu âm vượt trội một bồn tắm siêu âm theo yếu tố của 1000 (1000x năng lượng cao hơn cho mỗi khối lượng) do một Tập trungđồng phục đầu vào công suất siêu âm. Việc kiểm soát hoàn toàn các thông số sonication quan trọng nhất đảm bảo hoàn toàn sanh sản kết quả và Khả năng mở rộng tuyến tính của kết quả quá trình.

Mạnh mẽ sonication với một đầu dò loại ultrasonicator.

Pic. 3: Sonication trong một ống nghiệm mở sử dụng một thiết bị phòng thí nghiệm siêu âm với sonotrode/thăm dò

Văn học / Tài liệu tham khảo

 

  • Dhanalakshmi, N. P.; Nagarajan, R. (2011): tăng cường siêu âm của sự xuống cấp hóa học của methyl Violet: một nghiên cứu thực nghiệm. Trong: thế giới Acsd. Sci. Enginee Tech 2011, Vol. 59, 537-542.
  • Kiani, H.; Zhang, Z. Delgado, A.; Chủ Nhật, D.-W. (2011): hỗ trợ siêu âm tạo mầm của một số loại thực phẩm mô hình lỏng và rắn trong quá trình đóng băng. Trong: thực phẩm Res. Intl. 2011, Vol. 44/No. 9, 2915-2921.
  • Moholkar, V. S.; Sable, S. P.; Pandit, A. B. (2000): lập bản đồ cường độ cavitation trong một bồn tắm siêu âm bằng cách sử dụng phát xạ âm thanh. Trong: AIChE J. 2000, Vol. 46/No. 4, 684-694.
  • Nascentes, C. C.; Korn, M.; Sousa, C. S.; Arruda, M. A. Z. (2001): sử dụng Bồn tắm siêu âm cho các ứng dụng phân tích: phương pháp tiếp cận mới cho điều kiện tối ưu hóa. Trong: J. Braz. Chem. soc. 2001, Vol. 12/No. 1, 57-63.
  • Santos, H. M.; Lodeiro, C., Capelo-Martinez, J.-L. (2009): sức mạnh của siêu âm. Trong: siêu âm trong hóa học: ứng dụng phân tích. (Ed. bởi J.-L. Capelo-Martinez). Wiley-VCH: Weinheim, 2009. 1-16.
  • Suslick, K. S. (1998): bách quốc của công nghệ hóa học Kirk-Othmer; Ed. J. Wiley thứ 4 & Con trai: New York, 1998, vol. 26, 517-541.

 

Liên hệ / Yêu cầu Thêm Thông tin

Nói chuyện với chúng tôi về các yêu cầu xử lý của bạn. Chúng tôi sẽ giới thiệu các thiết lập và xử lý các thông số phù hợp nhất cho dự án của bạn.








Sự kiện đáng biết

Siêu âm mô homogenizers thường được gọi là thăm dò sonicator, Sonic lyser, siêu âm phá vỡ, siêu âm máy xay, Sono-ruptor, sonifier, Sonic dismembrator, tế bào phá vỡ, siêu âm disperser hoặc dissolver. Các điều khoản khác nhau kết quả từ các ứng dụng khác nhau có thể được thực hiện bởi sonication.