فراصوت: کاربردها و فرآیندها

تابش فراصوت در بسیاری از کاربردها، از جمله همگن سازی، تجزیه، سونوشیمی، گاز زدایی یا تمیز کردن مورد استفاده قرار می گیرد. با مطالعه موارد زیر، شما یک دید کلی نظام مند نسبت به کاربردها و فرآیندهای گوناگون فراصوت پیدا خواهید کرد.

همگن سازی با فراصوت

برای کاهش ذرات ریز موجود در مایعات و بهبود یکنواختی و پایداری آنها از پردازنده فراصوت به عنوان همگن کننده استفاده می شود. این ذرات (فاز پخش) می توانند بصورت جامد یا مایع باشند. همگن سازی با فراصوت، برای کاهش ذرات نرم و سخت بسیار کارآمد است.

شرکت Hielscher دستگاه های فراصوت برای همگن سازی هر حجم مایع در فرآیندهای گروهی یا خطی تولید می کند. دستگاههای فراصوت آزمایشگاهی را می توان برای حجم هایی از 5/1 میلی لیتر تا تقریباً 2 لیتر مورد استفاده قرار داد. دستگاه های صنعتی فراصوت برای توسعه فرآیند و تولید گروهی از 5/0 تا تقریباً 2000 لیتر یا با نرخ جریان بین 1/0 لیتر تا 20 مترمکعب در ساعت به کار می روند.

پخش و تراکم زدایی با فراصوت

پخش و تراکم زدایی جامدات در درون مایعات، یک کاربرد مهم دستگاههای فراصوت است. حباب (حفره) سازی با فراصوت (cavitation)، نیروهای برشی شدیدی تولید می کند که ذرات متراکم را به ذرات پخش شده ی منفرد می شکند. مخلوط کردن پودرها درون مایعات، یک مرحله ی متداول در تشکیل محصولات گوناگون نظیر رنگ، جوهر، شامپو، نوشیدنی ها یا پوشش های جلادهنده است. ذرات منفرد به وسیله نیروهای جاذبه با ماهیت های فیزیکی و شیمیایی گوناگون از جمله نیروهای وان در والس و کشش سطحی مایعات به هم می چسبند. نیروهای جاذبه باید بر نظم متراکم کننده غلبه کنند و ذرات را در محیط های مایع پخش کنند. برای پخش و تراکم زدایی پودرها در مایعات، تابش فراصوت با شدت بالا، یک جایگزین مناسب برای همگن کننده های فشار بالا و مخلوط کننده های چرخان-ثابت است.

امولسیون سازی با فراصوت

اساس طیف وسیعی از محصولات مصرفی مانند لوازم آرایشی و پاک کننده های پوست، پمادهای دارویی، جلا دهنده ها، رنگ ها و روان کننده ها و سوخت ها، به طور کلی یا جزئی، امولسیون ها هستند. امولسیون[91]  ها حاصل پخش شدن دو یا چند مایع مخلوط نشدنی با هم هستند.*  فراصوت با شدت زیاد، توان لازم برای پخش شدن یک فاز مایع (فاز پراکنده) را بصورت قطراتی کوچک در فاز دوم (فاز پیوسته) را فراهم می کند. در ناحیه پراکندگی، ترکیدن (انفجار) حباب های ناشی از فرآیند کاواک سازی (کاویتاسیون)، امواج ضربه ای(shock waves) شدیدی ایجاد می کند و منجر به تشکیل جت (فواره) های مایع با سرعت زیاد می شود. در سطوح چگالی انرژی مناسب، فراصوت می تواند قطراتی به اندازه متوسط کمتر از یک میکرون تولید کند (میکرو-امولسیون).

سایش مرطوب و خرد کردن با فراصوت

تابش فراصوت یک روش کارآمد برای سایش مرطوب و خرد کردن ذرات در ابعاد میکرونی است. به ویژه برای ساخت مواد رقیق (دوغابی) با ذرات بسیار ریز، فراصوت، در مقایسه با تجهیزات رایج برای کاهش اندازه، مزایای زیادی دارد. فراصوت امکان فرآوری مواد دوغابی با غلظت و گرانروی زیاد را فراهم می کند. آسیاب فراصوت (سایش با فراصوت)، برای فرآوری مواد در ابعاد میکرو و نانو، از قبیل سرامیک ها، آلومینای سه آبه، سولفات باریم، کربنات کلسیم و اکسیدهای فلزی، مناسب است.

تجزیه سلولی با فراصوت

عملکرد فراصوت می تواند مواد فیبری و سلولزی را به ذرات ریز متلاشی کند و دیواره ساختار سلولی را بشکند. در نتیجه بیشتر مواد درون سلولی مانند نشاسته یا قند، آزاد و وارد مایع می شوند. علاوه بر این، دیواره سلولی نیز به خرده های کوچک می شکند.

از این اثر می توان برای تخمیر، هضم (گوارش) و سایر فرآیندهای تبدیل مواد آلی استفاده کرد. پس از خرد کردن و سایش، تابش فراصوت، بیشتر مواد درون سلولی مانند نشاسته و نیز خرده های دیواره های سلولی را در دسترس آنزیم قرار می دهد تا نشاسته را به قند تبدیل کند. استفاده از فراصوت، همچنین، مساحت سطح در معرض آنزیم را در طول فرآیند آبگونه سازی (liquefaction) و قند سازی(saccharification) افزایش می دهد. به این ترتیب، معمولاً سرعت و بهره تخمیر مخمر و فرآیندهای تبدیلی دیگر نظیر افزایش تولید اتانول از زیست توده (biomass) افزایش می یابد.

استخراج سلولی با فراصوت

استخراج آنزیم ها و پروتئین های ذخیره شده در سلول ها و ذرات زیر سلولی، یک کاربرد مؤثر فراصوت با شدت بالاست، زیرا استخراج ترکیبات آلی موجود در جسم گیاهان و دانه ها به وسیله یک حلال را بطور مؤثری بهبود می بخشد. فراصوت دارای مزایای بالقوه در استخراج و جداسازی اجزایی است که از نظر زیستی قابلیت فعال شدن دارند.

کاربردهای سونوشیمیایی فراصوت

سونوشیمی کاربرد فراصوت در واکنش ها و فرآیندهای شیمیایی است. سازوکاری که باعث اثرات سونوشیمیایی در مایعات می شود، پدیده کاواک سازی صوتی است (acoustic cavitation). اثرات سونوشیمیایی بر واکنش ها و فرآیندهای شیمیایی شامل افزایش سرعت واکنش و/یا خروجی، استفاده مؤثرتر از انرژی، بهبود عملکرد کاتالیزورهای انتقال فاز، فعال سازی فلزات و جامدات یا افزایش واکنش دهی معرف ها یا کاتالیزورها است.

تبادل استری روغن با سوخت زیستی به کمک فراصوت

فراصوت سرعت واکنش شیمیایی و بازده تبادل استری روغن های گیاهی و چربی های حیوانی با سوخت زیستی را افزایش می دهد. به این ترتیب، امکان تغییر روند تولید از فرآوری گروهی به فرآوری در جریان پیوسته فراهم می شود و سرمایه لازم و هزینه عملیاتی کاهش می یابد. استفاده از فراصوت بازده تولید سوخت زیستی را تا بیش از 99% افزایش می دهد. فراصوت، زمان فرآوری و زمان جداسازی را بطور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد.

گاز زدایی از مایعات با فراصوت

گاز زدایی از مایعات یک کاربرد جالب دستگاههای فراصوت است. در این حالت، فراصوت حباب های گازی معلق کوچک را از مایع حذف می کند و میزان گاز حل شده را به زیر سطح تعادل طبیعی کاهش می دهد.

تابش فراصوت به بطری ها و قوطی ها برای پیداکردن نشتی

فراصوت در کارخانه های بطری سازی و ماشین های مخصوص پر کردن به کار می رود تا قوطی ها و بطری ها را از نظر وجود نشتی (سوراخ) چک کند. انتشار سریع دی اکسید کربن، نتیجه قطعی آزمون های نشت یابی با فراصوت از ظروفی است که از نوشیدنی های گازدار پر شده است.

ضد عفونی کردن مستمر سیستم های آب داغ

برای مقابله با باکتری خطرناک لژیونلا (Legionella) در سیستم های آب داغ و تضمین یک محیط showering امن تر، شرکت Gruenbeck، سیستم GENO-break® را ایجاد کرده است. این سیستم از فن آوری فراصوت Hielscher در ترکیب با نور UV-C استفاده می کند.

تمیز کردن سیم ها، کابل ها و نوارها به کمک فراصوت

تمیز کردن به کمک فراصوت، یک جایگزین دوستدار (سازگار با) محیط زیست برای تمیز کردن مواد پیوسته، مانند سیم، کابل، نوار (روبان) یا لوله است. در اثر تولید حباب به وسیله توان فراصوت، پس مانده های روغنکاری از قبیل: روغن یا گریس، صابون، گرد و غبار و … از بین می رود.


 [91]* امولسیون یا نامیزه محلولی است که در آن قطره‌های ریز یک مایع (مانند روغن) در مایعی دیگر (مانند آب) بی‌آنکه با یکدیگر درآمیزند، پراکنده است. (از ویکی پدیا)

منبع:

www.hielscher.com

This post is also available in: English

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.