Cavitation Siêu âm trong chất lỏng

Sóng siêu âm của siêu âm cường độ cao tạo ra cavitation âm thanh trong chất lỏng. Cavitation gây ra các tác động cực đoan tại chỗ, chẳng hạn như máy bay phản lực chất lỏng lên đến 1000km / giờ, áp suất lên đến 2000 atm và nhiệt độ lên tới 5000 Kelvin. Những lực lượng siêu âm được tạo ra được sử dụng cho nhiều ứng dụng xử lý chất lỏng như đồng nhất, phân tán, nhũ tương hóa, khai thác, phá vỡ tế bào, cũng như tăng cường các phản ứng hóa học.

Nguyên lý làm việc của siêu âm Cavitation

Khi sonicating chất lỏng ở cường độ cao, các sóng âm thanh Lan truyền vào các phương tiện thông khí chất lỏng dẫn đến xen kẽ áp lực cao (nén) và áp suất thấp (rarefaction) chu kỳ, 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.

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


Đầu dò siêu âm sử dụng các lực xâm thực âm thanh để cung cấp sự pha trộn và đồng nhất hóa mạnh mẽ. Siêu âm homogneizers được sử dụng rộng rãi để pha trộn hiệu quả, phân tán, nhũ hóa hóa, khai thác, khử khí và sonochemistry.

Ultrasonicators loại thăm dò như UP400St Sử dụng nguyên lý làm việc của xâm thực âm thanh.

Cavitation âm thanh hoặc siêu âm: bong bóng phát triển và nổ

Cavitation âm thanh (được tạo ra bởi siêu âm điện) tạo ra các điều kiện khắc nghiệt cục bộ, cái gọi là hiệu ứng sonomechanical và sonochemical. Do những hiệu ứng này, sonication thúc đẩy các phản ứng hóa học dẫn đến năng suất cao hơn, tốc độ phản ứng nhanh hơn, con đường mới, và cải thiện hiệu quả tổng thể.

 
 
 

Video này cho thấy ultrasonicator Hielscher UP400S (400W) tạo ra cavitation âm thanh trong nước.

Siêu âm cavitation trong nước bằng cách sử dụng UP400S

Hình thu nhỏ video

 

Các ứng dụng chính của Ultrasonicators bằng cách sử dụng Acoustic Cavitation

Ultrasonicators loại thăm dò, còn được gọi là đầu dò siêu âm, có hiệu quả tạo ra cavitation âm thanh cường độ cao trong chất lỏng. Do đó, chúng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khác nhau trên các ngành công nghiệp khác nhau. Một số ứng dụng quan trọng nhất của cavitation âm thanh được tạo ra bởi ultrasonicators loại thăm dò bao gồm:
 

Cavitation siêu âm mạnh mẽ tại Hielscher Cascatrode

Cavitation siêu âm mạnh mẽ tại Hielscher Ultrasonic Cascatrode

  1. Đồng nhất hóa: Đầu dò siêu âm có thể tạo ra xâm thực dữ dội, được đặc trưng như một trường rung động và lực cắt dày đặc năng lượng. Những lực này cung cấp sự trộn, pha trộn và giảm kích thước hạt tuyệt vời. Đồng nhất siêu âm tạo ra huyền phù hỗn hợp đồng đều. Do đó, sonication được sử dụng để sản xuất huyền phù keo đồng nhất với các đường cong phân phối hẹp.
  2. Phân tán hạt nano: Ultrasonicators được sử dụng cho sự phân tán, deagglomeration và wet-milling của các hạt nano. Sóng siêu âm tần số thấp có thể tạo ra sự xâm thực có tác động, phá vỡ sự kết tụ và giảm kích thước hạt. Đặc biệt, độ cắt cao của các tia chất lỏng làm tăng tốc các hạt trong chất lỏng, va chạm với nhau (va chạm giữa các hạt) để các hạt do đó bị vỡ và xói mòn. Điều này dẫn đến sự phân bố đồng đều và ổn định của các hạt ngăn chặn sự lắng đọng. Điều này rất quan trọng trong các lĩnh vực khác nhau, bao gồm công nghệ nano, khoa học vật liệu và dược phẩm.
  3. Nhũ hóa và trộn: Ultrasonicators loại thăm dò được sử dụng để tạo nhũ tương và trộn chất lỏng. Năng lượng siêu âm gây ra xâm thực, sự hình thành và sụp đổ của bong bóng siêu nhỏ, tạo ra lực cắt cục bộ dữ dội. Quá trình này hỗ trợ nhũ hóa chất lỏng không thể trộn lẫn, tạo ra nhũ tương ổn định và phân tán mịn.
  4. Khai thác: Do lực cắt cavitational, ultrasonicators có hiệu quả cao trong việc phá vỡ cấu trúc tế bào và để cải thiện chuyển khối lượng giữa rắn và lỏng. Do đó, khai thác siêu âm được sử dụng rộng rãi để phát hành vật liệu nội bào như các hợp chất hoạt tính sinh học để sản xuất chiết xuất thực vật chất lượng cao.
  5. Khử khí và khử khí: Ultrasonicators loại thăm dò được sử dụng để loại bỏ bọt khí hoặc khí hòa tan từ chất lỏng. Việc áp dụng siêu âm cavitation thúc đẩy sự kết hợp của bong bóng khí để chúng phát triển và nổi lên trên cùng của chất lỏng. Siêu âm cavitation làm cho khử khí một thủ tục nhanh chóng và hiệu quả. Điều này có giá trị trong các ngành công nghiệp khác nhau, chẳng hạn như trong sơn, chất lỏng thủy lực hoặc chế biến thực phẩm và đồ uống, nơi sự hiện diện của khí có thể tác động tiêu cực đến chất lượng và sự ổn định của sản phẩm.
  6. Sonocatalysis: Đầu dò siêu âm có thể được sử dụng cho sonocatalysis, một quá trình kết hợp cavitation âm thanh với các chất xúc tác để tăng cường các phản ứng hóa học. Sự xâm thực được tạo ra bởi sóng siêu âm cải thiện việc truyền khối lượng, tăng tốc độ phản ứng và thúc đẩy sản xuất các gốc tự do, dẫn đến các biến đổi hóa học hiệu quả và chọn lọc hơn.
  7. Chuẩn bị mẫu: Ultrasonicators loại thăm dò thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm để chuẩn bị mẫu. Chúng được sử dụng để đồng nhất, phân tách và trích xuất các mẫu sinh học, chẳng hạn như tế bào, mô và virus. Năng lượng siêu âm được tạo ra bởi đầu dò phá vỡ màng tế bào, giải phóng nội dung tế bào và tạo điều kiện phân tích thêm.
  8. Sự tan rã và gián đoạn tế bào: Ultrasonicators loại thăm dò được sử dụng để làm tan rã và phá vỡ các tế bào và mô cho các mục đích khác nhau, chẳng hạn như khai thác các thành phần nội bào, bất hoạt vi sinh vật, hoặc chuẩn bị mẫu để phân tích. Các sóng siêu âm cường độ cao và do đó tạo ra cavitation gây ra căng thẳng cơ học và lực cắt, dẫn đến sự tan rã của cấu trúc tế bào. Trong nghiên cứu sinh học và chẩn đoán y tế, ultrasonicators loại thăm dò được sử dụng để ly giải tế bào, quá trình phá vỡ các tế bào mở để giải phóng các thành phần nội bào của chúng. Năng lượng siêu âm phá vỡ thành tế bào, màng và bào quan, cho phép khai thác protein, DNA, RNA và các thành phần tế bào khác.

 
Đây là một số ứng dụng chính của ultrasonicators loại thăm dò, nhưng công nghệ này có phạm vi sử dụng khác rộng hơn, bao gồm sonochemistry, giảm kích thước hạt (wet-milling), tổng hợp hạt từ dưới lên, và sono-tổng hợp các chất hóa học và vật liệu trong các ngành công nghiệp khác nhau như dược phẩm, chế biến thực phẩm, công nghệ sinh học, và khoa học môi trường.

 

Tẩy tế bào chết graphene siêu âm trong nước

Một chuỗi tốc độ cao (từ a đến f) của các khung hình minh họa sự tẩy da chết cơ học sono của một mảnh than chì trong nước sử dụng UP200S, một ultrasonicator 200W với sonotrode 3-mm. Mũi tên cho thấy vị trí tách các hạt với bong bóng xâm thực xuyên qua sự phân tách.
© Tyurnina et al. 2020

Acoustic cavitation như thể hiện ở đây tại Hielscher ultrasonicator UIP1500hdT được sử dụng để bắt đầu và thúc đẩy các phản ứng hóa học. Siêu âm cavitation tại Hielscher UIP1500hdT (1500W) ultrasonicator cho các phản ứng sonochemical.

Siêu âm cavitation tại các đầu dò cascatrode của ultrasonicator UIP1000hdT (1000 watt, 20kHz) trong một lò phản ứng thủy tinh.

Video về hang động âm thanh trong chất lỏng

Video sau đây cho thấy cavitation âm thanh tại cascatrode của ultrasonicator UIP1000hdT trong một cột kính chứa đầy nước. Cột kính được chiếu sáng từ phía dưới bằng ánh sáng đỏ để cải thiện hình ảnh của các bong bóng xâm thực.

Video này cho thấy siêu âm / âm thanh cavitation trong nước - được tạo ra bởi Hielscher UIP1000. Siêu âm cavitation được sử dụng cho nhiều ứng dụng chất lỏng như homogenisation, phân tán, nhũ tương, khai thác, degassing và phản ứng sonochemical.

Cavitation siêu âm trong chất lỏng sử dụng UIP1000

Hình thu nhỏ video

 

Liên hệ chúng tôi! / Hỏi chúng tôi!

Yêu cầu thêm thông tin

Vui lòng sử dụng mẫu dưới đây để yêu cầu thêm thông tin về bộ vi xử lý siêu âm để tạo ra xâm thực âm thanh, ứng dụng và giá cả. Chúng tôi sẽ vui mừng thảo luận về quá trình của bạn với bạn và cung cấp cho bạn một hệ thống siêu âm cavitation đáp ứng yêu cầu của bạn!










Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm:

batch Khối lượng Tốc độ dòng Thiết bị khuyến nghị
1 đến 500ml 10 đến 200mL / phút UP100H
10 đến 2000mL 20 đến 400mL / phút UP200Ht, UP400St
0.1 đến 20L 00,2 đến 4L / phút UIP2000hdT
10 đến 100L 2 đến 10L / phút UIP4000hdT
N.A. 10 đến 100L / phút UIP16000
N.A. lớn hơn Cụm UIP16000
Homogenizers siêu âm cao cắt được sử dụng trong phòng thí nghiệm, bench-top, thí điểm và chế biến công nghiệp.

Hielscher Ultrasonics sản xuất hiệu suất cao siêu âm homogenizers cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ tương và khai thác trên phòng thí nghiệm, thí điểm và quy mô công nghiệp.



Văn học/tài liệu tham khảo


Siêu âm hiệu suất cao! Phạm vi sản phẩm của Hielscher bao gồm toàn bộ quang phổ từ máy siêu âm phòng thí nghiệm nhỏ gọn trên các đơn vị băng ghế dự bị đến các hệ thống siêu âm công nghiệp đầy đủ.

Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ Phòng thí nghiệm đến kích thước công nghiệp.


Chúng tôi sẽ rất vui khi thảo luận về quá trình của bạn.

Hãy liên hệ.