Область применения
Ультразвуковая кавитация Ультразвук стал применяться широко в последнее десятилетие как результат развития технологии. Он стал самостоятельной коммерческой технологией обработки. Высокая надежность и спрос вместе с низкими эксплуатационными расходами и высокой энергетический эффективностью сделали его многообещающей технологией для обработки жидкости. Ультразвук предлагает вам дополнительные возможности. Кавитация – основной эффект ультразвука – позволяет получить новые результаты в биологических, химических и физических процессах.
В то время как ультразвук низкой интенсивности используется в основном для анализа, неразрушающего исследования и визуализации, ультразвук высокой интенсивности используется в процессах обработки жидкости, таких, как перемешивание, эмульгирование, диспергирование и деагломерация, разрушение клетки при дезактивации ферментов.
При обработке жидкости ультразвуком с высокой интенсивностью звуковые волны, распространяющиеся в жидкой среде, приводят к возникновению альтернативных циклов высокого давления (компрессия) и низкого давления (разрежение), со скоростью, зависящей от частоты. Во время цикла низкого давления высокоинтенсивные ультразвуковые волны создают маленькие пузырьки вакуума или пустоты в жидкости. Когда пузырьки достигают объема, при котором они больше не могут поглощать энергию, они быстро разрушаются во время цикла высокого давления. Это явление называется кавитацией. Во время имплозии локально достигается очень высокая температура (около 5000 К) и давление (около 2000 атм). Имплозия пузырьков кавитации приводит к образованию струй жидкости, имеющих скорость до 280 м/с.
В основном, кавитация в жидкости может вызывать быстрое и полное дегазирование: инициировать различные химические реакции, генерируя свободные радикалы; ускорять химические реакции, способствуя перемешиванию реагентов; расширять реакции полимеризации и деполимеризации за счет временного диспергирования агрегатов или путем необратимого разрушения химических связей в полимерной цепи; увеличивать скорость эмульгирования; увеличивать скорость диффузии; производить высококонцентрированные эмульсии или однородные дисперсии микронных размеров или наноматериалов; способствовать экстракции веществ, таких, как ферменты, из клеток животных, растений, дрожжей или бактерий; удалять вирусы из зараженных тканей; и, наконец, разрушать восприимчивые частицы, включая микроорганизмы.
Высокоинтенсивный ультразвук производит сильное возбуждение в жидкостях с низкой вязкостью, что может быть использовано для диспергирования. В системах жидкость/ твердое вещество или газ/твердое вещество ассиметричная имплозия пузырьков кавитации может вызывать экстремальную турбулентность, которая уменьшает диффузный пограничный слой, увеличивает конвекционный массоперенос, и значительно ускоряет диффузию в системах, где обычное перемешивание невозможно.