Per a què es poden utilitzar els equips sonoquímics d'ultrasons?
"Cavitació" ultrasònica:
Quan un líquid es tracta amb ultrasons d'alta intensitat, les ones sonores que es propaguen al medi líquid creen cicles alternatius d'alta pressió (compressió) i baixa pressió (esparsa), la velocitat dels quals depèn de la freqüència. Durant el cicle de baixa pressió, les ones ultrasòniques d'alta intensitat creen petites bombolles de buit o buits al líquid. Quan les bombolles arriben a un volum on ja no poden absorbir energia, col·lapsen violentament durant el cicle d'alta pressió, un fenomen conegut com a "cavitació". Durant l'explosió, s'aconseguiran localment temperatures molt elevades (uns 5,000K) i pressions (uns 2,000 atm). El col·lapse de les bombolles de cavitació també dóna lloc a un raig de líquid amb una velocitat de fins a 280 m/s, i la força de cisalla resultant agita mecànicament el líquid per barrejar bé els reactius.
Per tant, amb l'efecte de cavitació de les ones ultrasòniques en líquids, els equips sonoquímics d'ultrasons es poden aplicar a l'extracció, trituració, barreja, emulsificació, dispersió, agitació, desescumació i desgasificació i acceleració de reaccions.
1. Dispersió
La dispersió ultrasònica es basa en el líquid com a mitjà, i s'afegeix una vibració ultrasònica d'alta freqüència al líquid. Com que l'ultrasò és una ona mecànica, no és absorbit per les molècules i provoca el moviment vibracional de les molècules durant la propagació. Sota l'efecte de cavitació, és a dir, sota els efectes addicionals d'alta temperatura, alta pressió, micro-jet i vibració forta, la distància entre molècules augmenta la seva distància mitjana a causa de la vibració, que finalment condueix a la fragmentació molecular. La pressió instantània alliberada per l'ultrasò trenca les forces de van der Waals entre les partícules, cosa que fa que sigui menys probable que les partícules s'agrupin. En comparació amb els mètodes de dispersió convencionals, la tecnologia de dispersió ultrasònica té una alta eficiència i poc temps. Hi ha aplicacions en la fabricació de grafè, nanomaterials, olis i pintures.
2. Emulsificació
Sota l'acció de l'energia ultrasònica, es barregen dos o més líquids immiscibles i un líquid es dispersa uniformement en l'altre líquid per formar un líquid semblant a una emulsió. Aquest procés s'anomena emulsió ultrasònica. La característica més important de l'emulsificació per ultrasons és que no es requereix cap emulsionant. A més, l'emulsió ultrasònica pot controlar el tipus d'emulsió, i l'emulsió formada és més estable, i algunes són estables durant diversos mesos a més de mig any; l'emulsió preparada té una alta concentració, la concentració d'emulsió pura pot superar el 30 per cent i l'emulsionant afegit pot arribar al 70 per cent; La facoemulsificació també pot preparar emulsions que no es poden preparar amb mètodes convencionals. Per exemple, el mètode de mescla comú només pot produir una emulsió de parafina del 5% en aigua, mentre que és increïble que es pugui produir una emulsió de parafina del 20% sota l'acció d'un camp ultrasònic de potència. La capacitat d'emulsificació dels equips d'emulsificació d'ultrasons al laboratori ha estat ben coneguda i utilitzada durant molt de temps, i s'utilitza a la indústria per a l'emulsificació d'alta eficiència de la producció en massa en plantes de producció, com ara cosmètics i productes per a la cura de la pell, ungüents farmacèutics, pintures, lubricants i combustibles, etc.
3. Extracció
Els ultrasons poden penetrar millor en el teixit vegetal i millorar la transferència de massa, i la cavitació generada per ultrasons pot alterar les parets cel·lulars i facilitar l'alliberament de components de la matriu. L'extracció d'ultrasons no es limita fàcilment per l'ús de dissolvents, permetent l'addició de coextractants per augmentar encara més la polaritat de la fase líquida i millorar l'eficiència de l'extracció; en comparació amb l'extracció de CO2 supercrític i l'extracció d'ultra-alta pressió, l'equip d'extracció d'ultrasons és senzill i el cost d'extracció és baix; A diferència del mètode d'ebullició tradicional o el mètode de reflux, l'extracció d'ultrasons no requereix escalfament, per no danyar els ingredients actius quan escalfat durant molt de temps, és especialment adequat per a l'extracció de substàncies sensibles a la calor; La tecnologia d'extracció d'ultrasons millora la taxa d'extracció dels ingredients actius i garanteix l'ideal de les matèries primeres. L'ús d'A, redueix el consum de dissolvents i pot aconseguir importants beneficis econòmics; La tecnologia d'extracció d'ultrasons té poc efecte sobre l'activitat dels ingredients actius. Els olis essencials, el processament de materials de medicina xinesa i altres indústries tenen aplicacions.
4. Desgasificació i desespumant
L'eliminació d'escuma ultrasònica és una aplicació de tractament sonoquímic ultrasònic, que utilitza l'efecte "cavitació" de les ones ultrasòniques en el líquid per descarregar les bombolles del líquid per aconseguir el propòsit de millorar la qualitat de la solució. En comparació amb els mètodes convencionals, la tecnologia d'eliminació d'escuma per ultrasons no requereix cap antiescuma, té una alta eficiència i poc temps. En comparació amb altres processos, no requereix alta temperatura i alta pressió, amb bona seguretat, funcionament senzill i manteniment convenient. Té un ampli espectre i una àmplia aplicabilitat, i la majoria dels líquids es poden desgasificar i desespumar mitjançant ones ultrasòniques. El procés és senzill, no és fàcil provocar contaminació i la temperatura és baixa, la qual cosa és adequada per al funcionament de components objectiu sensibles a la calor. En comparació amb el mètode convencional, l'equip d'ultrasons és senzill, el cost de producció és baix i el benefici econòmic global és notable. Té aplicacions en cosmètica, alimentació i altres indústries.
5. Trencat
La fragmentació ultrasònica utilitza el principi que les ones ultrasòniques es comprimeixen i s'expandeixen de manera ràpida i alternativa quan es troben amb un objecte. Sota l'acció de les ones ultrasòniques, quan el material es troba al mig cicle d'expansió, el líquid del material s'expandeix per bombolles sota l'acció de la pressió. Quan es troba al mig cicle de compressió, la bombolla es contrau. Quan el canvi de pressió és gran i la pressió és inferior a la baixa pressió, es produeix un fenomen de "esclat" al líquid de la matèria primera quan les bombolles d'aire comprimit col·lapsen bruscament. Aquest fenomen desapareix amb els canvis de pressió i els desequilibris en la pressió externa. En l'instant en què la "esclat" desapareix, la zona al voltant del líquid provoca un augment significatiu de pressió i temperatura. resultant en la fragmentació.
6. Remenar
Una aplicació important de la tecnologia ultrasònica és dispersar i despolimeritzar sòlids en líquids per aconseguir el propòsit d'agitar. La tecnologia d'agitació per ultrasons s'ha utilitzat àmpliament en el processament d'aliments, fabricació de paper, pintura, productes químics, farmacèutics, tèxtils, petroli, metal·lúrgia i altres camps industrials. Els equips d'ultrasons es poden instal·lar fàcilment a les línies de producció existents, cosa que és convenient que els fabricants actualitzin equips a un cost més baix.
7. Barrejar i homogeneïtzar
Quan aquestes petites bombolles produïdes per la "cavitació" ultrasònica en el líquid es col·lapsen ràpidament, es generen altes temperatures i alta pressió a les bombolles, i com que el líquid al voltant de les bombolles es precipita a les bombolles a gran velocitat, es genera un micro-jet fort. al líquid prop de les bombolles. Es formen alta temperatura i alta pressió locals, donant lloc a l'efecte de barreja i homogeneïtzació. La tecnologia de mescla i homogeneïtzació d'ultrasons s'ha utilitzat àmpliament en el processament d'aliments, fabricació de paper, recobriments, productes químics, productes farmacèutics, tèxtils, petroli, metal·lúrgia i altres camps industrials. Cost per actualitzar l'equip.
