K čemu lze ultrazvukové sonochemické zařízení použít?
Ultrazvuková "kavitace":
Když je kapalina ošetřena ultrazvukem o vysoké intenzitě, zvukové vlny šířící se do kapalného prostředí vytvářejí střídavé cykly vysokého tlaku (komprese) a nízkého tlaku (řídký), jejichž rychlost závisí na frekvenci. Během nízkotlakého cyklování vytvářejí ultrazvukové vlny o vysoké intenzitě malé vakuové bubliny nebo dutiny v kapalině. Když bubliny dosáhnou objemu, kdy již nemohou absorbovat energii, prudce se zhroutí během vysokotlakého cyklování, což je jev známý jako „kavitace“. Během exploze bude lokálně dosaženo velmi vysokých teplot (asi 5,000 K) a tlaků (asi 2,000 atm). Zhroucení kavitačních bublin má za následek také proud kapaliny o rychlosti až 280 m/s a výsledná smyková síla kapalinu mechanicky rozmíchá, aby se důkladně promíchaly reaktanty.
Proto s kavitačním účinkem ultrazvukových vln v kapalinách lze ultrazvukové sonochemické zařízení použít k extrakci, drcení, míchání, emulgaci, disperzi, míchání, odpěňování a odplyňování a urychlování reakcí.
1. Rozptyl
Ultrazvuková disperze je založena na kapalině jako médiu a do kapaliny se přidávají vysokofrekvenční ultrazvukové vibrace. Protože ultrazvuk je mechanické vlnění, není absorbováno molekulami a způsobuje vibrační pohyb molekul během šíření. Při kavitačním efektu, tj. pod dodatečnými účinky vysoké teploty, vysokého tlaku, mikrotrysky a silných vibrací, vzdálenost mezi molekulami zvyšuje jejich průměrnou vzdálenost v důsledku vibrací, což nakonec vede k fragmentaci molekul. Okamžitý tlak uvolněný ultrazvukem rozbije van der Waalsovy síly mezi částicemi, takže je méně pravděpodobné, že se částice budou shlukovat dohromady. Ve srovnání s konvenčními metodami disperze má technologie ultrazvukové disperze vysokou účinnost a krátkou dobu. Existují aplikace při výrobě grafenu, nanomateriálů, olejů a barev.
2. Emulgace
Působením ultrazvukové energie jsou dvě nebo více nemísitelných kapalin smíchány dohromady a jedna kapalina je rovnoměrně dispergována v druhé kapalině za vzniku kapaliny podobné emulzi. Tento proces se nazývá ultrazvuková emulgace. Největším rysem ultrazvukové emulgace je, že není potřeba žádný emulgátor. Kromě toho může ultrazvuková emulgace řídit typ emulze a vytvořená emulze je stabilnější a některé jsou stabilní po dobu několika měsíců až více než půl roku; připravená emulze má vysokou koncentraci, koncentrace čisté emulze může přesáhnout 30 procent a přidaný emulgátor může dosáhnout 70 procent; Fakoemulzifikace může také připravit emulze, které nelze připravit konvenčními metodami. Například běžným způsobem míchání lze vyrobit pouze 5procentní parafínovou emulzi ve vodě, zatímco je neuvěřitelné, že 20procentní parafínovou emulzi lze vyrobit působením výkonového ultrazvukového pole. Emulgační schopnost ultrazvukových emulgačních zařízení v laboratoři je dobře známá a používaná již dlouhou dobu a je využívána v průmyslu pro vysoce účinnou emulgaci hromadné výroby ve výrobních závodech, jako jsou kosmetika a produkty péče o pleť, farmaceutické masti, barvy, maziva a palivo atd.
3. Extrakce
Ultrazvuk může lépe proniknout do rostlinné tkáně a zlepšit přenos hmoty a kavitace generovaná ultrazvukem může narušit buněčné stěny a usnadnit uvolňování složek matrice. Ultrazvuková extrakce není snadno omezena použitím rozpouštědel, což umožňuje přidání koextraktantů pro další zvýšení polarity kapalné fáze a zlepšení účinnosti extrakce; ve srovnání s nadkritickou extrakcí CO2 a extrakcí ultravysokým tlakem je ultrazvukové extrakční zařízení jednoduché a náklady na extrakci jsou nízké; Na rozdíl od tradiční metody varu nebo refluxní metody ultrazvuková extrakce nevyžaduje zahřívání, aby nedošlo k poškození aktivních složek, když dlouhodobě zahřívaný, je vhodný zejména pro extrakci látek citlivých na teplo; Technologie ultrazvukové extrakce zlepšuje rychlost extrakce účinných látek a zajišťuje ideální suroviny. Použití A snižuje spotřebu rozpouštědel a může dosáhnout významných ekonomických výhod; Ultrazvuková extrakční technologie má malý vliv na aktivitu aktivních složek. Esenciální oleje, zpracování materiálů v čínské medicíně a další průmyslová odvětví mají uplatnění.
4. Odplynění a odpěnění
Ultrazvukové odpěňování je aplikace ultrazvukového sonochemického ošetření, které využívá "kavitačního" efektu ultrazvukových vln v kapalině k vypouštění bublin v kapalině za účelem zlepšení kvality roztoku. Ve srovnání s konvenčními metodami nevyžaduje technologie ultrazvukového odpěňování žádný odpěňovač, má vysokou účinnost a krátkou dobu. Ve srovnání s jinými procesy nevyžaduje vysokou teplotu a vysoký tlak, s dobrou bezpečností, jednoduchou obsluhou a pohodlnou údržbou. Má široké spektrum a širokou použitelnost a většinu kapalin lze odplynit a odpěnit pomocí ultrazvukových vln. Proces je jednoduchý, není snadné způsobit znečištění a teplota je nízká, což je vhodné pro provoz cílových komponent citlivých na teplo. Ve srovnání s konvenční metodou je ultrazvukové zařízení jednoduché, výrobní náklady jsou nízké a komplexní ekonomický přínos je pozoruhodný. Má uplatnění v kosmetice, potravinářství a dalších průmyslových odvětvích.
5. Zlomený
Ultrazvuková fragmentace využívá principu, že ultrazvukové vlny se rychle a střídavě stlačují a roztahují, když narazí na předmět. Působením ultrazvukových vln, kdy je materiál v polovičním cyklu expanze, dochází k expanzi kapaliny materiálu bublinami pod působením tlaku. Když je v polovičním cyklu stlačování, bublina se smršťuje. Když je změna tlaku velká a tlak je nižší než nízký tlak, dochází v surovinové kapalině k jevu „prasknutí“, kdy se bublinky stlačeného vzduchu prudce zhroutí. Tento jev mizí se změnami tlaku a nerovnováhou vnějšího tlaku. V okamžiku, kdy „výbuch“ zmizí, oblast kolem kapaliny způsobí výrazné zvýšení tlaku a teploty. což má za následek fragmentaci.
6. Míchejte
Důležitou aplikací ultrazvukové technologie je dispergovat a depolymerovat pevné látky v kapalinách za účelem dosažení účelu míchání. Technologie ultrazvukového míchání je široce používána v potravinářském průmyslu, výrobě papíru, barev, chemických, farmaceutických, textilních, ropných, metalurgických a dalších průmyslových oborech. Ultrazvukové zařízení lze snadno instalovat na stávající výrobní linky, což je pro výrobce výhodné při modernizaci zařízení s nižšími náklady.
7. Promíchejte a homogenizujte
Když se tyto malé bublinky vytvořené ultrazvukovou „kavitací“ v kapalině rychle zhroutí, v bublinách se vytvoří vysoká teplota a vysoký tlak, a protože kapalina kolem bublin spěchá do bublin vysokou rychlostí, vytvoří se silná mikrotryska. v kapalině v blízkosti bublin. Vzniká lokální vysoká teplota a vysoký tlak, což má za následek efekt míchání a homogenizace. Technologie ultrazvukového míchání a homogenizace je široce používána v potravinářském průmyslu, výrobě papíru, nátěrech, chemikáliích, farmacii, textilu, ropě, metalurgii a dalších průmyslových oborech. Náklady na modernizaci zařízení.
