Войти
Устройство ультразвуковой обработки в Институте Вейцмана во время обработки ультразвуком Обработка ультразвуком - это акт применения звуковая энергия для перемешивания частиц в образце для различных целей, таких как извлечение множества соединений из растений, микроводорослей и морских водорослей. Обычно используются ультразвуковые частоты (>20 кГц), что делает процесс также известным как ультразвуковая обработка или ультразвуковая обработка .
В лаборатории она обычно применяется с использованием ультразвуковой ванны или ультразвукового датчика, в просторечии известного как ультразвуковой аппарат. В бумагоделательной машине , ультразвуковая фольга может более равномерно распределять волокна целлюлозы и укреплять бумагу.
Обработка ультразвуком имеет множество эффектов, как химических, так и физических. Химические эффекты ультразвука связаны с пониманием влияния звуковых волн на химические системы, это называется сонохимией. Химические эффекты ультразвука не возникают в результате прямого взаимодействия с молекулярными частицами. Исследования показали, что никакая прямая связь акустического поля с химическими веществами на молекулярном уровне не может объяснить сонохимию или сонолюминесценцию. Вместо этого в сонохимии звуковые волны мигрируют через среду, вызывая колебания давления и кавитации, которые растут и схлопываются, преобразовывая звуковые волны в механическую энергию.
Обработка ультразвуком может использоваться для производства наночастиц, таких как наноэмульсии, нанокристаллы, липосомы и восковые эмульсии, а также для очистки сточных вод, дегазации, экстракции морских водорослей полисахариды и растительное масло, экстракция антоцианов и антиоксидантов, производство биотоплива, десульфуризация сырой нефти, разрушение клеток, обработка полимеров и эпоксидных смол, разжижение клея и многие другие процессы. Он применяется в фармацевтической, косметической, водной, пищевой, чернильной, лакокрасочной, лакокрасочной, деревообрабатывающей, металлообрабатывающей, нанокомпозитной, пестицидной, топливной, деревообрабатывающей и многих других отраслях промышленности.
Обработка ультразвуком может использоваться для ускорения растворения за счет нарушения межмолекулярных взаимодействий. Это особенно полезно, когда невозможно перемешать образец, как в пробирках для ЯМР. Его также можно использовать для обеспечения энергией протекания определенных химических реакций. Обработка ультразвуком может использоваться для удаления растворенных газов из жидкостей (дегазация ) путем обработки жидкости ультразвуком, когда она находится под вакуумом. Это альтернатива методам замораживание-насос-размораживание и барботирование.
В биологических приложениях обработки ультразвуком может быть достаточно, чтобы разрушить или деактивировать биологический материал. Например, обработка ультразвуком часто используется для разрушения клеточных мембран и высвобождения клеточного содержимого. Этот процесс называется сонопорация. Маленькие однослойные везикулы (SUV) могут быть получены обработкой ультразвуком дисперсии крупных многослойных везикул (LMV). Обработка ультразвуком также используется для фрагментации молекул ДНК, при которой ДНК, подвергающаяся кратковременной обработке ультразвуком, разрезается на более мелкие фрагменты.
Обработка ультразвуком обычно используется в нанотехнологиях для равномерного диспергирования наночастиц в жидкостях. Кроме того, он используется для разрушения агрегатов коллоидных частиц микронного размера.
Обработка ультразвуком также может использоваться для инициирования процессов кристаллизации и даже для контроля полиморфной кристаллизации. Он используется для вмешательства в осаждение антирастворителя (кристаллизация), чтобы способствовать смешиванию и изолированию мелких кристаллов.
Ультразвуковые машины для очистки пластинок в Швейцарском национальном архиве звука Ультразвуковая обработка - это механизм, используемый в ультразвуковой очистке - ослабление частиц, приставших к поверхностям. В дополнение к лабораторным исследованиям, ультразвуковые ванны используются для очистки таких предметов, как очки и ювелирные изделия.
Обработка ультразвуком также используется в пищевой промышленности. Основные области применения - диспергирование для экономии дорогостоящих эмульгаторов (майонез) или для ускорения процессов фильтрации (растительное масло и т. Д.). Проведены эксперименты с ультразвуковой обработкой для искусственного старения спиртных напитков и других алкогольных напитков.
Образцы почвы часто подвергаются ультразвуковой обработке для разрушения агрегатов почвы; это позволяет изучать различные составляющие почвенных агрегатов (особенно почвенное органическое вещество ), не подвергая их жесткой химической обработке.
Обработка ультразвуком также используется для извлечения микрофоссилий
Схема настольных и промышленных ультразвуковых жидкостных процессоров Значительная интенсивность ультразвука и высокие амплитуды ультразвуковых колебаний необходимы для многих технологических приложений, таких как нанокристаллизация, нано- эмульгирование, деагломерация, экстракция, разрушение клеток и многие другие. Обычно процесс сначала тестируется в лабораторном масштабе, чтобы доказать осуществимость и установить некоторые требуемые параметры ультразвукового воздействия. После завершения этого этапа процесс переводится в пилотный (стендовый) масштаб для оптимизации предпроизводственного потока, а затем в промышленный масштаб для непрерывного производства. Во время этих этапов масштабирования важно убедиться, что все местные условия воздействия (амплитуда ультразвука, кавитация интенсивность, время, проведенное в активной зоне кавитации и т. Д.) Остаются неизменными. Если это условие выполняется, качество конечного продукта остается на оптимизированном уровне, а производительность увеличивается за счет предсказуемого «коэффициента масштабирования». Повышение производительности связано с тем, что лабораторные, настольные и промышленные ультразвуковые процессорные системы включают в себя все более крупные ультразвуковые рупоры, способные создавать все более крупные зоны высокой интенсивности кавитации и, следовательно, для обработки большего количества материала в единицу времени. Это называется «прямая масштабируемость». Важно отметить, что увеличение мощности только ультразвукового процессора не приводит к прямому масштабированию, поскольку оно может (и часто сопровождается) сопровождаться снижением амплитуды ультразвукового сигнала и интенсивности кавитации. Во время прямого масштабирования необходимо поддерживать все условия обработки, в то время как номинальная мощность оборудования увеличивается, чтобы обеспечить работу ультразвукового рупора большего размера. Поиск оптимальных условий работы для этого оборудования является сложной задачей для инженеров-технологов и требует глубоких знаний о побочных эффектах ультразвуковых процессоров.
