Aplikace silného ultrazvukového procesoru v chemické oblasti

Aplikace silného ultrazvuku v chemické oblasti

Také známá jako 'aktivní aplikace vysoce výkonného ultrazvuku', je to technika, která využívá silný ultrazvuk k působení na hmotu za účelem změny nebo urychlení změny některých fyzikálních, chemických a biologických vlastností nebo stavu hmoty. Použití silného ultrazvuku v chemickém průmyslu přineslo v posledních letech nový vývoj a ukazuje širokou perspektivu. Tento dokument má za cíl zhodnotit použití silného ultrazvuku v chemickém průmyslu s cílem přitáhnout pozornost v chemické oblasti pro silné ultrazvukové aplikace.

Jeden. Přehled silného ultrazvukového mechanismu

      Když se určitá intenzita ultrazvukových vln šíří médiem, vyvolá to řadu efektů, jako je mechanika, teplo, optika, elektřina a chemie. Tyto efekty jsou shrnuty a mají tři základní funkce.

 

1. Mechanické působení. Ultrazvukové vlny jsou formou šíření mechanické energie, která souvisí s pasivními procesy a vytváří lineární střídavé vibrace. Tato mechanická energie se odráží hlavně ve vibracích, akceleračních rázech a akustickém tlaku smykovém ekvivalentním napětí mezi hmotnými body média. Pokud se 28kHz šíří ve vodě intenzita zvuku 1W/cm2, je produkovaná hodnota akustického tlaku 242kpa, což znamená, že pod tlakem 242kpa je generováno 28 000 vibrací a maximální hmotnostní zrychlení je asi 2000krát větší než gravitační zrychlení. .

 

2. Kavitace. Když se v kapalném prostředí šíří určitá intenzita ultrazvukových vln, kmitání, zvětšování, smršťování a zhroucení mikrobublin v kapalině způsobí silnou rázovou vlnu v kapalině v blízkosti bubliny, která vytvoří extrémně vysokou teplotu a vysoký tlak místního bodu a kavitační bubliny. V okamžiku kolapsu se v malém prostoru kolem něj vygeneruje vysoká teplota 5000k nebo více a vysoký tlak asi 50mpa. Rychlost změny teploty je 109 k/s a doprovází ji silná rázová vlna a mikrotryska s rychlostí 400 km za hodinu. Toto extrémně vysoké napětí, vysoká teplota a vysoká Proud je generován desítkami tisíc nepřetržitých akcí za sekundu. Ultrazvuková kavitace způsobuje efekt turbulence, perturbační efekt, efekt rozhraní a efekt shromažďování energie. Efekt turbulence činí mezní vrstvu tenčí a zvyšuje rychlost přenosu hmoty; perturbační efekt zvyšuje difúzi mikropórů; styčný efekt zvyšuje plochu povrchu pro přenos hmoty; energeticko-koncentrační efekt rozšiřuje separaci molekul hmoty a posiluje chemickou separaci a zpevňování jako celek. Rychlost přenosu hmoty a účinek procesu. Proto je kavitace nejzákladnější vlastností silného ultrazvuku.

 

3. Působení tepla. Ultrazvukové vlny se šíří médiem a jejich vibrační energie je médiem neustále pohlcována na tepelnou energii, která zvyšuje jeho teplotu. Akustická energie je absorbována, aby způsobila lokální zahřívání v médiu, lokální zahřívání mimo hranice a lokalizované zahřívání na čelu vlny, když se tvoří ráz.

 

hlavní aplikace

Nejčasnější aplikací ultrazvuku v biochemii by mělo být použití ultrazvuku k rozbití buněčné stěny a uvolnění jejího obsahu. Následné studie ukázaly, že ultrazvuk s nízkou intenzitou může podporovat biochemické procesy, jako je ozařování tekutých živin ultrazvukem může zvýšit rychlost růstu buněk řas, čímž se trojnásobně zvýší množství proteinu produkovaného těmito buňkami.

Hustota energie ultrazvukového zvukového pole je rozšířena bilionkrát ve srovnání s hustotou energie kavitační bubliny, což způsobuje obrovskou koncentraci energie; sonochemický jev a sonoluminiscence způsobené extrémně vysokou teplotou a vysokým tlakem generovaným kavitační bublinou je unikátní formou výměny energie a materiálu v sonochemii. Proto má stále větší roli ultrazvuk na chemické extrakci, výroba bionafty, organická syntéza, úprava mikroorganismů, degradace toxických organických znečišťujících látek, rychlost a výtěžek chemických reakcí, katalytická účinnost katalyzátoru, biodegradační úprava, ultrazvuková ochrana proti usazování vodního kamene a odvápňování, biologické rozmělňování buněk, disperze a koagulace a akustické chemické reakce.

dva. Ultrazvuková chemie

1. ultrazvuk posiluje chemickou reakci.

Ultrazvuk zvyšuje chemické reakce. Hlavní hnací síla pochází z ultrazvukové kavitace. Kolaps kavitačního jádra vytváří místní vysoké teploty, vysoké tlaky a silné rázové vlny a mikrotrysky, které poskytují nové a velmi speciální fyzikálně-chemické prostředí pro chemické reakce, kterých je za normálních podmínek obtížné nebo nemožné dosáhnout.

 

2. Ultrazvuková katalytická reakce.

Ultrazvuková katalytická reakce jako vznikající výzkumná oblast přitahuje rostoucí zájem průmyslových hráčů. Hlavní účinky ultrazvuku na katalytickou reakci jsou:

 

(1) Podmínky vysoké teploty a vysokého tlaku usnadňují štěpení reaktantů na volné radikály a dvojmocný uhlík za vzniku aktivnějších reakčních látek;

(2) Rázová vlna a mikroproud mají desorpční a čisticí účinek na pevný povrch (jako je katalyzátor) a mohou odstraňovat produkty povrchové reakce nebo meziprodukty a vrstvu pasivace povrchu katalyzátoru;

(3) Rázové vlny mohou poškodit strukturu reaktantů

(4) dispergovaný reakční systém;

(5) Ultrazvuková kavitace kovového povrchu, rázová vlna způsobuje deformaci kovové mřížky a vytvoření vnitřní deformační zóny a zlepšuje chemickou reaktivitu kovu;

6) způsobení pronikání rozpouštědla hluboko do pevné látky, což vede k tzv. inkluzní reakci;

(7) Zlepšení dispergovatelnosti katalyzátoru.

 

V ultrazvukové homogenní katalytické reakci se více zkoumá izomerizace olefinů pomocí karbonylových sloučenin kovů jako katalyzátorů. Suclick a kol. podrobně studovali reakci izomerace 1-pentenu na 2-penten pomocí Fe(co)5 za ultrazvukových podmínek a zjistili, že reakční rychlost za ultrazvukových podmínek se zvýšila 105krát ve srovnání s bez ultrazvuku. Suclik a kol. věří, že vysoká teplota a vysoký tlak generovaný kolapsem ultrazvukových kavitačních bublin a rychlé ochlazení okolního prostředí jsou prospěšné pro disociaci Fe(CO)5 a tvorbu vyšších aktivních druhů Fe3(C0)12.

 

Mai, Tsev z bývalého Sovětského svazu dříve studovali vliv ultrazvuku na heterogenní katalytické procesy a zjistili, že ultrazvuk může zvýšit konverzi na jeden průchod téměř 10krát, o čemž se předpokládá, že zvyšuje disperzi katalyzátoru. V posledních letech Han a spol. zkoumali Reformatského reakci působením ultrazvuku s nízkou intenzitou (≤10W/cm2) a zjistili, že výtěžek reakce dosáhl 90 % po 30 minutách působení ultrazvuku. Důležitější je, že již není nutné připravovat vysoce aktivní zinkový prášek redukcí bezvodého chloridu zinečnatého a není již nutné používat trimethylboritan. Suslick a kol. studovali reakci při intenzitě zvuku 50 W/cm2 a zjistili, že směs byla sonikována při 25 °C po dobu 5 minut, výtěžek byl přes 95 % a bylo zjištěno, že kokatalyzátor je ve výtěžku a reakční době. žádný efekt. Suslick a kol. podrobně studovali hydrogenační reakci niklového prášku jako katalyzátoru a zjistili, že jeho reaktivita se působením ultrazvuku zvýšila o 5 řádů.

Je dobře známo, že běžný niklový prášek má špatnou katalytickou aktivitu pro hydrogenaci olefinů a je obecně obtížné provést reakci po asi 300 hodinách. Po úpravě niklového prášku ultrazvukem se však reakce rozběhla rychle a reakční rychlost se nejprve zvyšovala s prodlužováním doby působení ultrazvukem a poté se postupně snižovala. Ronmy a Price studovali autooxidaci alkylnitrobenzenu v bazické katalýze fázového přenosu. Bylo zjištěno, že se při působení ultrazvuku prudce zvýšila reakční rychlost, reakční doba se zkrátila o 2 hodiny, výrazně se zlepšila selektivita vůči kyselinám a produkt obsahoval velké množství nitroskupiny. Vzniká kyselina benzoová.

ultrazvuk také vykazuje jedinečné výhody při aktivaci, regeneraci a přípravě katalyzátorů. University of Illinois vyvinula ultrazvukovou mycí lázeň, kterou lze použít k odstranění oxidového filmu na povrchu niklového prášku k aktivaci niklového katalyzátoru. Henry, společnost Exxon ve Spojených státech, oznámila, že permanentně deaktivovaný nikl-molybdenový katalyzátor používaný při hydrokrakování lze regenerovat ultrazvukovými vlnami. Nedávno Suslick et al. studovali interakci fe(Co)5 a Co(C0)3 při působení ultrazvuku. Bylo zjištěno, že při silném působení ultrazvuku byl vytvořen katalyzátor ze slitiny Fe-Co v nanoměřítku, který má dehydrogenační roztok pro cyklohexan. Vysoká aktivita, podrobný mechanismus je předmětem dalšího zkoumání.

 

3. Ultrazvuková polymerní chemie

Aplikace ultrazvukové pozitivní polymerní chemie přitáhla širokou pozornost. Ultrazvuková úprava může degradovat makromolekuly, významnější je zejména degradace vysokomolekulárních polymerů. Celulóza, želatina, kaučuk a protein mohou být po sonikaci dobře degradovány. V současnosti se obecně za mechanismus ultrazvukové degradace považuje působení síly a vysokého tlaku prasknutí kavitační bubliny a další část degradace může být způsobena teplem. Za určitých podmínek může polymeraci iniciovat také ultrazvuk. Silné ultrazvukové záření může iniciovat kopolymeraci polyvinylalkoholu a akrylonitrilu za účelem přípravy blokového kopolymeru a kopolymeraci polyvinylacetátu a polyethylenoxidu za vzniku roubovaného kopolymeru.

 

4. Zlepšení ultrazvukového pole nové technologie chemických reakcí

Kombinace nové technologie chemických reakcí a vylepšení ultrazvukového pole je dalším potenciálním směrem vývoje v oblasti ultrazvukové chemie. Například se jako médium používá superkritická tekutina a pomocí ultrazvukového pole se provádí zesílená katalytická reakce. Například superkritická tekutina má hustotu podobnou kapalině a viskozitu podobnou plynu a koeficient difúze, díky čemuž se rozpouští jako kapalina a schopnost přenosu hmoty je ekvivalentní plynu. Použití superkritických kapalin s dobrou rozpustností a difúzními vlastnostmi může zlepšit deaktivaci heterogenních katalyzátorů. Pokud se však podaří jej posílit ultrazvukovým polem, je to nepochybně třešnička na dortu. Rázová vlna a mikrotryska generované ultrazvukovou kavitací mohou nejen výrazně zvýšit nadkritickou tekutinu, aby rozpustila některé látky, které způsobují deaktivaci katalyzátoru, ale také hrají roli desorpce a čištění, udržují katalyzátor aktivní po dlouhou dobu a mají také účinek míchání. Disperze systému reaktantů zvyšuje rychlost přenosu hmoty chemické reakce superkritické tekutiny na vyšší úroveň. Kromě toho místní vysoká teplota a vysoký tlak vytvořený ultrazvukovou kavitací usnadní štěpení reaktantů na volné radikály, což značně urychlí rychlost reakce. V současné době existuje mnoho výzkumů chemických reakcí v nadkritických tekutinách, ale existuje jen málo studií o použití ultrazvukových polí ke zvýšení takových reakcí.

3. ultrazvukem zesílená extrakce

1, extrakce pevná látka-kapalina

Extrakce pevná látka-kapalina je v potravinářském chemickém průmyslu často označována jako extrakce, to znamená extrakce užitečných složek z materiálů vhodným rozpouštědlem a ke zlepšení procesu se používá tepelné zpracování nebo mechanické míchání. Bylo zjištěno, že použití výkonové ultrazvukové energie může výrazně zlepšit a zlepšit extrakční proces. . Perturbační efekt ultrazvuku zvyšuje propustnost rozpouštědla do buněk extraktu a zlepšuje proces přenosu hmoty. Dalším účinkem ultrazvuku je, že silná smyková síla generovaná ultrazvukovou kavitací může rozbít stěnu rostlinných buněk a buňky se snadno uvolní. Zadržování, to bylo potvrzeno studiem ultrazvuku ke zvýšení rychlosti extrakce cukru z cukrové řepy. Ultrazvukem zesílená extrakce pevná látka-kapalina se také používá pro extrakci kyseliny salicylové, berberin chlorinu a kamenného zelí z čínské medicíny. Metoda alkoholového refluxu, která se obvykle používá k extrakci kamenného zelí při pokojové teplotě, může získat více než 50% výtěžek extrakce při ošetření ultrazvukem za polovinu doby extrakce. Efektivní přenos hmoty a ruptura buněk se opět ukázaly jako hlavní důvody zvýšené extrakce. .

 

Byl studován vliv ultrazvuku na extrakci bílkovin z odtučněných sójových bobů. 20 kHz, 50 W ozařování zvukového pole může zlepšit kontinuální extrakční proces sójového mléka. Překonává jakoukoli předchozí technologii proveditelnosti a získává efektivní extrakci a technologie byla rozšířena. Jděte do experimentální továrny.

Prvním krokem při výrobě instantního čaje je extrahování čajové sušiny z čajových lístků a poté odstranění vody z čistého čajového roztoku sušením rozprašováním, aby se získal instantní čaj. ultrazvuk při 60 °C může zvýšit extrakci o 20 %. Ultrazvuková extrakce je účinnější než klasická extrakce tepla a zkracuje dobu extrakce. Většina materiálu je extrahována během prvních 10 minut procesu.

 

 

Hypertenzní pepsin je důležitou surovinou používanou při zpracování emulze na sýr. Může být extrahován ze žaludku savců. Výtěžek extrakce je úspěšně zlepšen použitím 19,2 kHz a 3,34 W/cm2 po dobu 45 min. 150 g lopuchu může extrahovat pouze 30,60 g pepsinu bez ultrazvuku a ultrazvuková extrakce může dosáhnout 47,81 g a aktivita proteázy je mírně zlepšena ultrazvukovou extrakcí ve srovnání s běžnou metodou.

 

Příklady použití ultrazvukové extrakce pevná látka-kapalina v chemických procesech jsou:

(1) Při extrakci asfaltenů z živičné břidlice pomocí 8 rozpouštědel, jako je benzen, je rychlost extrakce 24krát vyšší než u Soxhletovy metody extrakce tuku při působení 50 kHz a 400 W; (2) Hydroxid sodný a chlorace Když se směsný roztok amonia vyluhuje ze zinku v zinku obsahujícím 17,3 % zinkové rudy, lze rychlost vyluhování značně urychlit použitím 22 kHz, 100 W ultrazvuku;

(3) Ozáření zvukovým polem o frekvenci 20 khz, výkonu 100 W a 600 W může zvýšit rychlost pyrethrinu při extrakci práškového pyretha z n-hexanu;

(4) 24 kHz, (pozitivní a negativní 2,5 kHz) 120W ultrazvukové záření se aplikuje na extrakci benzopyrenu metanolem (a) ve vzorcích životního prostředí a při vakuové sublimaci existuje bezkonkurenční rychlost extrakce;

(5) 18,5 kHz, 250 W vysoce intenzivní jednohlavé vkládací ultrazvukové pole může zvýšit rychlost těžby zlata kyanidací;

(6) K extrakci celkových alkaloidů mateřídoušky byl použit 20kHz ultrazvuk a extrakce byla vyšší než u obecné refluxní metody a doba extrakce byla zkrácena. Rychlost extrakce po extrakci refluxní metodou po dobu 2 hodin byla 0,176 % a rychlost extrakce po extrakci ultrazvukem po dobu 40 minut dosáhla 0,248 %.

 

2, extrakce kapalina-kapalina

Extrakce kapalina-kapalina zahrnuje proces přenosu hmoty mezi dvěma vzájemně nekompatibilními organickými a vodnými fázemi. Mezifázový efekt způsobený kavitací ultrazvukové vlny zvětšuje kontaktní plochu mezi dvěma fázemi a efekt turbulence způsobený rázovou vlnou, když se kavitace zhroutí, eliminuje zpomalení dvoufázového spojení, čímž se zvyšuje rychlost extrakce kapalina-kapalina. Pro systémy extrakce kapalina-kapalina obecně řízené rychlostí přenosu hmoty je účinek ultrazvukových vln velmi významný, zejména v procesu extrakce kapalina-kapalina kovů v neželezném metalurgickém průmyslu, kdy je aplikována vhodná ultrazvuková frekvence a výkon, může být rychlost rozkladu značně zvýšena. A zvyšte rychlost extrakce s 1 MHz, 0,2 W / cm2 ultrazvukového záření po dobu 15 minut, lze použít k oddělení rychlosti separace fází mo a w oddělených kyselým extraktantem kyseliny fosforečné 4-5krát; s 20kHz, 19W/cm2 ultrazvukové záření Rychlost extrakce Ga lze zvýšit 15krát; rychlost extrakce Ni může být zvýšena 4-7 krát pomocí ultrazvukového ozařování 20 khz, 47 W a mechanického míchání.

čtyři. Ultrazvuková vylepšená krystalizace

Velké množství experimentálních studií prokázalo, že silný ultrazvuk může způsobit rychlé a jemné vysrážení pevných látek v přesyceném roztoku a zvýšit růst krystalů. Již v 50. letech 20. století byla směs roztoku prokainu a penicilinové soli ozařována 10 kHz ultrazvukem, aby se získala jemná a stejnoměrná krystalická sraženina prokainu penicilinu s distribucí velikosti částic 5 um až 15 um a o velikosti produktu získané běžným způsobem. Za l0um jedna 20um. Použití ultrazvuku v procesu chlazení roztaveného kovu má dvě výhody, to znamená odplynění a získání menších krystalových zrn a působením ultrazvukových vln se vytvořené jádro dostane do vibračního stavu, čímž se urychlí proces růstu na uhlíkové oceli. Ultrazvukové ošetření ukazuje, že může snížit velikost zrna z 200 um na 25 um až 30 um, tažnost uhlíkové oceli o 30 % až 40 % a mechanickou pevnost o 20 % až 30 %. Studie chladící krystalizace kovového zinku ukazují, že ultrazvuková úprava může zvýšit intenzitu kritického smykového napětí o 80 % a krystalická forma kovového zinku se působením ultrazvukových vln o frekvenci 25 kHz a síle 50 W/cm2 mění z válcové na rovnoměrnou. Šestiúhelník.

Roztoková krystalizace hraje důležitou roli při separaci a čištění organických rozpustných látek a anorganických solí. Může nejen oddělit rozpuštěnou látku od roztoku v pevném stavu, ale také proto, že různé krystaly mají různé krystalové mřížky. Může být také použit k čištění krystalických materiálů. Qiu Taiqiu a další pod záštitou National Natural Science Foundation of China úspěšně studovali účinky ultrazvuku na kinetiku krystalizace roztoku sacharózy. Ovlivnily fyzikální vlastnosti přesyceného roztoku, nukleaci a růst krystalů. Byla provedena systematická studie. Výsledky ukazují, že působením vnějšího zvukového pole se zvyšuje vodivost přesyceného roztoku, snižuje se viskozita, zkracuje se doba indukce nukleace a snižuje se stabilita. Proto je výhodné, aby přesycený roztok sacharózy vysrážel krystaly. Energii koncentrující účinek ultrazvukové kavitace může poskytnout energii přesycenému roztoku, zlepšit vibrační energii celého systému a mezifázový efekt snižuje krystalizační energii. V důsledku toho může přesycený roztok sacharózy dosáhnout primární nukleace ve stabilní oblasti. Ve srovnání s jinými metodami stimulační krystalizace a očkovacími krystalizačními metodami je přesycení potřebné pro ultrazvukovou nukleaci nižší, získané krystalové jádro je rovnoměrnější, úplnější, hladší a rozsah distribuce velikosti krystalového jádra a hotového krystalu je malý a variační koeficient nižší. Aplikace ultrazvukového ozařování při růstu krystalů sacharózy má pozitivní i negativní účinky: na jedné straně turbulentní efekt způsobený ultrazvukovou kavitací může snížit tloušťku mezní vrstvy a zvýšit rychlost přenosu hmoty; na druhé straně se ultrazvuková kavitační bublina zhroutí do Mikrotryska má na povrchu krystalu efekt zatmění a pokud je intenzita příliš velká, dojde k rozbití krystalu. Proto je účinek ultrazvuku na růst krystalů spojen s velikostí krystalů a velikostí kavitačních bublin. Když je velikost krystalu menší než poloměr kavitační bubliny, ultrazvuk podporuje růst krystalů; a když je velikost krystalu větší než poloměr kavitační bubliny, růst krystalu poškozuje ultrazvuk.

 

Wang Weining a kol. zavedlo do procesu krystalizace zásaditého chloridu hořečnatého (mg3(OH)5Cl?4H2O ultrazvukovou vlnu o frekvenci 33 kHz a výkonu 250 W), čímž se zkrátila indukční perioda přesyceného roztoku a proces krystalizace se změnil z 12h na 4h a frekvence ultrazvuku byla vyšší. Čím vyšší je rychlost nukleace, tím kratší je indukční perioda a tím kratší je doba potřebná pro úplnou krystalizaci. Další příklady krystalizace roztoku zpevňujícího ultrazvukem, jako je dusičnan draselný, acetamid a tartrát sodno-draselný.

V průmyslu zmrazování a chlazení potravin je tvorba ledových krystalů důležitá pro zachování původní kvality potravinových složek. Například, když se zmrazí měkké ovoce (jahody), protože malé zrnité krystalky ledu vytvořené v materiálu potravinových buněk pokračují v růstu, když se velikost krystalového zrna zvětší, zničí část buněčných stěn, to znamená, že zničí část struktury surovin. Od chvíle, kdy voda začne krystalizovat v led, až do úplného zmrazení potravin trvá poměrně dlouho 'expanzní doba'. Působením ultrazvuku lze vytvářet stále rovnoměrnější ledové krystaly, zkracuje se doba expanze, zmenšuje se konečná velikost ledových krystalků a snižuje se poškození buněk. ultrazvukové studie účinků mražených cukrovinek prokázaly, že velikost částic ledových krystalků vyrobených ultrazvukovým ozařováním je výrazně snížena a rovnoměrněji distribuována v pevných látkách, což činí mražené cukrovinky tvrdšími než běžné výrobky, což zvyšuje akceptaci produktu mezi spotřebiteli. Míra přivítání a kombinace mraženého cukroví a dřevěných rukojetí.

 

V. ultrazvuková kondenzace

ultrazvuk se používal na počátku 40. let 20. století ke zlepšení koagulace suspendovaných pevných látek v aerosolech a ve Spojených státech vyvolal v celé zemi 'špionážní horečku'. Kvůli omezením ultrazvukového zařízení však toto nadšení rychle vychladlo. Až do vzniku pokročilých ultrazvukových zařízení v 60. letech 20. století se ultrazvuková koagulace začala uplatňovat na depozici korozivních plynů, depozici sazí a CaCO3 a cementového prášku. Získávání dehtového prášku, odstraňování vysokopecního plynu a úprava spalin z metalurgických pecí.

Za účelem vysvětlení fenoménu koagulace malých částic vyvolané ultrazvukem, tedy efektu kondenzace zvukového pole, vědci navrhli mnoho hypotetických modelů. Ultrazvuková aglomerace je obecně považována za proces, při kterém když ultrazvukové vlny procházejí proudícím médiem se suspendovanými částicemi, suspendované částice začnou vibrovat s médiem, ale protože částice různých velikostí začnou vibrovat s médiem, částice různých velikostí mají různou relativní rychlost vibrací, částice se budou srážet a spojovat se navzájem a zvětšuje se objem a hmotnost. Protože se částice zvětšují, nemohou již sledovat akustické vibrace, ale mohou být použity pouze pro nepravidelný pohyb a nadále se srážejí a spojují. Zvětší se a nakonec se usadí. Kotyasov a Newtson poukázali na to, že výše uvedený model může vysvětlit pouze efekt kondenzace zvukového pole u zavěšení více velikostí a není přesvědčivé čelit systému zavěšení jedné velikosti. Na základě toho navrhují interpretaci efektu kondenzace zvukového pole založenou na modelu kolektivního působení částic. Model uvažuje nejen interakci mezi dvěma částicemi, ale celkovou sílu mezi všemi částicemi. Působením zvukového pole se v oblasti, kde se zvyšuje hustota dispergovaných částic, zmenšuje efektivní plocha průřezu dispergované fáze k dispergované fázi, což má za následek zvýšení průtoku dispergované fáze vzhledem k částicím, doprovázené zvýšením rychlosti disperze mezi dispergovanými látkami. Zvýší se tlak, takže se dále zvýší hustota pevných částic a v důsledku toho se urychlí proces koagulace. Podle tohoto modelu je zavedena řada vztahů mezi inkrementem nestability závěsného systému a ultrazvukovou frekvencí a ultrazvukovým výkonem a jsou ověřena experimentální fakta.

Za šesté, ultrazvuková vylepšená filtrace a dehydratace

Směs se často filtruje během chemické separace, aby se odstranily pevné částice a roztok se vyčistil. Konvenční metody filtrace mají tendenci způsobit ucpání filtru malými částicemi a membrána filtru se musí často vyměňovat. Ultrazvukové záření má dva speciální efekty, které pomáhají zlepšit techniku ​​filtrování. Efekt kondenzace zvukového pole může způsobit agregaci jemných částic pro urychlení rychlosti filtrace. Druhým je, že účinek absorpce ultrazvukové energie poskytuje systému dostatečnou vibrační energii. Část částic se nechá plavat ve filtrátu, což poskytuje volnější průchod pro promývání. Studie ukázaly, že ultrazvuková filtrace (tj. 'akustická filtrace') může rychle snížit obsah vody v uhelné kaši obsahující 50 % vody na 25 %, zatímco konvenční filtrace může dosáhnout pouze 40 %. 'Elektroakustická filtrace' v kombinaci se zvýšeným elektrickým polem a zvukovým polem může zvýšit stupeň sušení uhelné kaše o 10%. Když byla k filtraci jablečné šťávy z dužiny použita technologie elektroakustické filtrace, obsah vlhkosti dužiny se snížil z původních 85 % na 38 %, zatímco konvenční metoda snížila obsah vody pouze na 50 %.

 

V uhelných horninách, nerostných surovinách a chemickém průmyslu musí pevný materiál oddělený sedimentací, filtrací atd. před sušením co nejvíce odstranit vlhkost v materiálu, čímž se šetří energie pro krok sušení. Zvukové pole má zlepšený přenos tepla a přenos hmoty. Swamy a kol. studovali odstraňování vodou nasyceného sideritu, písku a pilin odstředivou dehydratací při ozařování zvukovým polem o vysoké intenzitě 139 dB (asi 100 W) a 98 kHz. Vlhkost v materiálu ukazuje, že když je na zvukovou vlnu aplikována odstředivá dehydratace, konečný obsah vody získaný odstředivou dehydratací bez zvukové vlny může být za různých podmínek 25 % až 95 % a kritická teplota je také snížena.

7. Adsorpce a desorpce zesílená zvukovým polem

Adsorpce a desorpce jsou široce používány v chemickém, potravinářském, metalurgickém a jiném průmyslu a hrají stále důležitější roli při separaci a čištění. Adsorpce a desorpce jsou dvojice recipročních procesů. Při ultrazvukové kavitaci zvukové pole zvyšuje rychlost, kterou adsorbát difunduje směrem k adsorbentu; na druhé straně snižuje van der Waalsovu sílu mezi adsorbátem a adsorbentem. První z nich má pozitivní účinek a posiluje adsorpci; ten má negativní vliv a zesiluje desorpci. Proto výběr vhodných parametrů zvukového pole může zvýšit adsorpci a desorpci samostatně.

 

Studuje se ultrazvukový zesílený adsorpční proces: působením výkonového ultrazvuku se zvyšuje adsorpční rychlost polyvinylalkoholu, celulózy kyseliny octové a kyseliny máselné a glukózy v lepenkové a odbarvené sulfátové buničině; adsorpce fosforu na půdě po ošetření KH2PO4 je zvýšená. Zvýšilo se adsorpční množství methylenové modři jílem a aktivním uhlím; rychlost adsorpce práškového organického činidla a práškového A1203 na omezené prvky se zvýšila. Některé studie však zjistily, že když fenolformaldehydová iontoměničová pryskyřice XAD-2 (am berlit XAD-2) adsorbuje kyselinu 4-(2-pyridylazo)isoftalovou (PAR), účinek 20 kHz ultrazvuku na rychlost adsorpce je nižší než 21Orpm. Účinek mechanického míchání, při kterém je adsorpční rychlost mechanického míchání 2-3krát rychlejší než ultrazvuková.

 

Časné studie o ultrazvukovém zesíleném desorpčním procesu zahrnují: desorpci jódu z aktivního uhlí; Ag, Cu, atd. desorpce z Ge a Si, Krisccr a Lichtman studovali desorpci indukovanou ultrazvukovými povrchovými vlnami a pozorovali některé adsorbované látky. Desorpce je připisována excitaci podpovrchových vln.

V posledních letech je aktivní desorpční regenerace adsorbentů odpadních vod. Je to jednoduchý a rychlý způsob odstranění organických hydrolytických znečišťujících látek, jako jsou fenol a fenolové náhražky, z odpadních vod pomocí aktivního uhlí a polymerní pryskyřice, ale díky adsorbentu a adsorbátu. Existuje mezi nimi silná afinita a desorpční regenerace adsorbentu je stále obtížným problémem. Nejběžnějšími metodami pro desorpci fenolu jsou tepelná desorpce a chemická desorpce, ale vysoká teplota tepelné desorpce vede ke snížení výměnné kapacity adsorbentu po regeneraci, zatímco chemická desorpce využívá chemikálie a vyžaduje dvě separace po desorpci. V současné době Qin a kol. popsali pohyb adsorpční rovnováhy během desorpce systému CLTBP pryskyřice-fenol pod ultrazvukovým ozařováním. Rege a kol. studovali rychlost desorpce fenolu ze dvou polymerních pryskyřic při desorbci z aktivního uhlí za působení 40 kHz, 120 W, 1,44 MHz, 100 W zvukového pole a 40 kHz, 120 W, 40 kHz, 60 W. Rozmanitost. Jejich výsledky ukazují, že při ozařování ultrazvukem efekt difúze ultrazvuku zvyšuje rychlost difúze částic v důsledku ultrazvukového perturbačního efektu a efekt absorpce ultrazvukové energie snižuje aktivační energii povrchové reakce prvního řádu. Ultrazvuková energie tedy může podporovat fenol z aktivního uhlí a desorpci na polymerní pryskyřici, rychlost desorpce je výrazně zvýšena a účinek je výraznější, když je re-energizér aplikován při nízké teplotě, s použitím regenerantu a vysoké intenzity ultrazvuku.

Osm. Závěr

Aplikace silného ultrazvuku často kompenzuje nedostatky konvenčních chemických reakcí a klasických technologií chemické separace a čištění a vytváří novou a účinnou metodu pro posílení procesu separace a čištění, která zkracuje dobu procesu a zvyšuje efekt procesu. Bez ohledu na průmyslové aplikace nebo akademický výzkum bude mít silný ultrazvuk širší výzkumnou perspektivu v chemickém průmyslu.