Erős ultrahangos processzor alkalmazása kémiai területen

Erős ultrahang alkalmazása kémiai területen

A 'nagy teljesítményű ultrahang aktív alkalmazása' néven is ismert technika, amely erős ultrahangot használ az anyagra gyakorolt ​​hatásra, hogy megváltoztasson vagy felgyorsítson bizonyos fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságokat vagy halmazállapotokat. Az erős ultrahang alkalmazása a vegyiparban az elmúlt években új fejlesztéseket hozott, széles kilátásokat mutatva. Ez a cikk az erős való alkalmazását kívánja áttekinteni , azzal a céllal, hogy felhívja a figyelmet a vegyiparban az erős ultrahangos alkalmazásokra.ultrahang vegyiparban

Egy. Az erős ultrahangos mechanizmus áttekintése

      Ha bizonyos intenzitású ultrahanghullámok terjednek a közegen keresztül, az számos hatást vált ki, mint például a mechanika, a hő, az optika, az elektromosság és a kémia. Ezeket a hatásokat összefoglaltuk, és három alapvető funkciójuk van.

 

1. Mechanikai hatás. Az ultrahanghullámok a mechanikai energiaterjedés egyik formája, amely passzív folyamatokhoz kapcsolódik, és lineáris váltakozó rezgéseket hoz létre. Ez a mechanikai energia főként a közeg tömegpontjai közötti rezgésben, gyorsulási lökésben és hangnyomás-nyírási ekvivalens feszültségben tükröződik. Ha 28khz, akkor 1W/cm2 hangerősség terjed a vízben, a keletkezett hangnyomás érték 242kpa, ami azt jelenti, hogy 242kpa nyomás alatt 28.000 rezgés keletkezik, a maximális tömeggyorsulás pedig a gravitációs gyorsulás kb. 2000-szerese. .

 

2. Kavitáció. Amikor bizonyos intenzitású ultrahanghullámok terjednek a folyékony közegben, a folyadékban lévő mikrobuborékok oszcillációja, megnagyobbodása, összehúzódása és összeomlása erős lökéshullámot okoz a folyadékban a buborék közelében, rendkívül magas hőmérsékletet és a lokális pont magas nyomását, valamint kavitációs buborékokat képezve. Az összeomlás pillanatában a körülötte lévő kis térben 5000 k-os vagy nagyobb magas hőmérséklet és körülbelül 50 MPa magas nyomás keletkezik. A hőmérséklet-változás sebessége 109k/s, ehhez erős lökéshullám és egy 400 km/h sebességű microjet társul. Ez az extrém magas feszültség, magas hőmérséklet és magas A jet másodpercenként több tízezer folyamatos műveletből áll. Az ultrahangos kavitáció turbulencia hatást, perturbációs hatást, interfész hatást és energiagyűjtő hatást okoz. A turbulencia hatás vékonyabbá teszi a határréteget és növeli a tömegátadási sebességet; a perturbációs hatás fokozza a mikropórusok diffúzióját; az interfész hatás növeli az anyagátviteli felületet; az energiakoncentráló hatás kiterjeszti az anyagmolekulák szétválását, és erősíti a kémiai elválasztást és erősödést összességében. A folyamat tömegátadási sebessége és hatása. Ezért a kavitáció az erős ultrahang legalapvetőbb tulajdonsága.

 

3. Hőhatás. Az ultrahanghullámok a közegben terjednek, rezgési energiájukat a közeg folyamatosan hőenergiává nyeli el, ami megemeli annak hőmérsékletét. Az akusztikus energia abszorbeálásával helyi felmelegedést okoz a közegben, helyi felmelegedést a határon kívül, és lokális felmelegedést a hullámfronton, amikor az ütés keletkezik.

 

fő alkalmazás

Az ultrahang legkorábbi alkalmazásának a biokémiában az ultrahang segítségével kell széttörnie a sejtfalat, hogy felszabadítsa annak tartalmát. A későbbi vizsgálatok kimutatták, hogy az alacsony intenzitású ultrahang elősegítheti a biokémiai folyamatokat, például a folyékony tápanyagok ultrahanggal történő besugárzása növelheti az algasejtek növekedési ütemét, ezáltal háromszorosára növelheti az ezen sejtek által termelt fehérje mennyiségét.

Az ultrahangos hangtér energiasűrűsége a kavitációs buborék energiasűrűségéhez képest trilliószorosára növekszik, ami hatalmas energiakoncentrációt okoz; A kavitációs buborék által keltett extrém magas hőmérséklet és nagy nyomás okozta szonokémiai jelenség és szonolumineszcencia Az energia- és anyagcsere egyedülálló formája a szonokémiában. Ezért az ultrahangos kémiai extrakció, a biodízel gyártás, a szerves szintézis, a mikroorganizmusok kezelése, a mérgező szerves szennyező anyagok lebontása, a kémiai reakció sebessége és hozama, a katalizátor katalitikus hatékonysága, a biológiai lebontási kezelés, az ultrahangos vízkőmentesítő és vízkőmentesítés, a biológiai sejtaprítás, a diszperziós és koagulációs reakcióknak, valamint az akusztikus reakcióknak egyre nagyobb szerepe van.

két. Ultrahangos kémia

1. az ultrahang erősíti a kémiai reakciót.

Az ultrahang fokozza a kémiai reakciókat. A fő hajtóerő az ultrahangos kavitációból származik. A kavitációs mag összeomlása lokálisan magas hőmérsékletet, nagy nyomást, valamint erős lökéshullámokat és mikrosugarat eredményez, új és egészen különleges fizikai-kémiai környezetet biztosítva a normál körülmények között nehezen vagy egyáltalán nem megvalósítható kémiai reakciókhoz.

 

2. Ultrahangos katalitikus reakció.

Feltörekvő kutatási területként az ultrahangos katalitikus reakció egyre nagyobb érdeklődést váltott ki az iparág szereplői közül. Az ultrahang fő hatásai a katalitikus reakcióra a következők:

 

(1) A magas hőmérséklet és a nagy nyomás elősegíti a reaktánsok szabad gyökökké és kétértékű szénné való hasadását, hogy aktívabb reakciófajtot képezzenek;

(2) A lökéshullám és a mikrosugár deszorpciós és tisztító hatású szilárd felületen (például katalizátoron), és eltávolíthatja a felületi reakciótermékeket vagy intermediereket, valamint a katalizátor felületi passzivációs rétegét;

(3) A lökéshullámok károsíthatják a reaktánsok szerkezetét

(4) diszpergált reakciórendszer;

(5) A fémfelület ultrahangos kavitációja, a lökéshullám a fémrács deformálódását és a belső feszültségi zóna kialakulását okozza, és javítja a fém kémiai reakcióképességét;

6) az oldószer mélyen behatolása a szilárd anyagba, ami úgynevezett zárványreakciót eredményez;

(7) Javítja a katalizátor diszpergálhatóságát.

 

Az ultrahangos homogén katalitikus reakcióban több kutatás folyik olefinek izomerizálásával fém-karbonil-vegyületek katalizátorként történő felhasználásával. Suclick et al. részletesen tanulmányozta az 1-pentén izomerizációját 2-penténné Fe(co)5-tel ultrahangos körülmények között, és azt találta, hogy a reakciósebesség ultrahangos körülmények között 105-szörösére nőtt az ultrahang nélküli reakcióhoz képest. Suclik et al. úgy vélik, hogy az ultrahangos kavitációs buborékok összeomlása és a környező környezet gyors lehűlése által generált magas hőmérséklet és nagy nyomás jótékony hatással van a Fe(CO)5 disszociációjára és a magasabb aktivitású Fe3(C0)12 fajok kialakulására.

 

Mai, Tsev, a volt Szovjetunió korábban tanulmányozta az ultrahang hatását a heterogén katalitikus folyamatokra, és azt találta, hogy az ultrahang közel 10-szeresére növelheti a menetenkénti konverziót, amiről úgy gondolják, hogy növeli a katalizátor diszperzióját. Az elmúlt években Han és mtsai. alacsony intenzitású (≤10 W/cm2) ultrahang hatására vizsgálta a Reformatsky-reakciót, és azt találta, hogy a reakció hozama 30 perc ultrahang után elérte a 90%-ot. Ennél is fontosabb, hogy már nem szükséges nagy aktivitású cinkport előállítani vízmentes cink-klorid redukálásával, és többé nem szükséges trimetil-borátot használni. Suslick et al. 50 W/cm 2 hangintenzitás mellett tanulmányozta a reakciót, és megállapította, hogy a keveréket 25 °C-on 5 percig ultrahanggal kezelték, a hozam 95% feletti volt, és a kokatalizátort a hozamban és a reakcióidőben találták. nincs hatása. Suslick et al. részletesen tanulmányozta a nikkelpor, mint katalizátor hidrogénezési reakcióját, és megállapította, hogy reaktivitása 5 nagyságrenddel nőtt ultrahang hatására.

Jól ismert, hogy a közönséges nikkelpor gyenge katalitikus aktivitással rendelkezik az olefinek hidrogénezésére, és általában nehéz a reakciót körülbelül 300 óra elteltével végrehajtani. A nikkelpor ultrahangos kezelését követően azonban a reakció gyorsan beindult, és a reakciósebesség az ultrahangos kezelési idő megnyúlásával először nőtt, majd fokozatosan csökkent. Ronmy és Price az alkil-nitrobenzol autooxidációját tanulmányozta fázistranszfer báziskatalízisben. Megállapítást nyert, hogy ultrahang hatására a reakciósebesség meredeken nőtt, a reakcióidő 2 órával lerövidült, a savszelektivitás jelentősen javult, és a termék nagy mennyiségű nitrocsoportot tartalmazott. Benzoesav keletkezik.

Az ultrahang egyedülálló előnyöket mutat a katalizátorok aktiválásában, regenerálásában és előkészítésében is. Az Illinoisi Egyetem kifejlesztett egy ultrahangos mosófürdőt, amellyel eltávolítható a nikkelpor felületéről az oxidréteg, ezzel aktiválva a nikkelkatalizátort. Henry, az amerikai Exxon cég arról számolt be, hogy a hidrokrakkolás során használt, tartósan hatástalanított nikkel-molibdén katalizátor ultrahangos hullámokkal regenerálható. Nemrég Suslick et al. a fe(Co)5 és Co(C0)3 kölcsönhatását vizsgálták ultrahang hatására. Megállapították, hogy erős ultrahangos hatás hatására nanoméretű Fe-Co ötvözet katalizátor keletkezett, amely ciklohexánhoz dehidrogénező oldattal rendelkezik. A nagy aktivitású, részletes mechanizmus további vizsgálat alatt áll.

 

3. Ultrahangos polimerkémia

Az ultrahangos pozitív polimerkémia alkalmazása széles körben felkeltette a figyelmet. Az ultrahangos kezelés lebonthatja a makromolekulákat, különösen a nagy molekulatömegű polimerek lebomlása jelentősebb. A cellulóz, a zselatin, a gumi és a fehérje ultrahangos kezelés után jól lebomlik. Jelenleg az ultrahangos lebomlás mechanizmusát általában az erő hatására és a kavitációs buborék kipukkanásának nagy nyomásának köszönheti, a degradáció másik részét pedig a hő okozhatja. Bizonyos körülmények között a teljesítmény-ultrahang is elindíthatja a polimerizációt. Az erős ultrahangos besugárzás elindíthatja a polivinil-alkohol és akrilnitril kopolimerizációját blokk-kopolimer előállításához, valamint polivinil-acetát és polietilén-oxid kopolimerizációját ojtott kopolimer kialakításához.

 

4. Új kémiai reakciótechnológia ultrahangos térerősítése

Az új kémiai reakciótechnológia és az ultrahangos térjavítás kombinációja egy másik lehetséges fejlesztési irány az ultrahangos kémia területén. Például egy szuperkritikus folyadékot használnak közegként, és egy fokozott katalitikus reakciót hajtanak végre ultrahangos térrel. Például egy szuperkritikus folyadéknak folyadékszerű sűrűsége és gázszerű viszkozitása és diffúziós együtthatója van, ami miatt folyadékként oldódik, és tömegátadó képessége egyenértékű a gázéval. A jó oldhatósági és diffúziós tulajdonságokkal rendelkező szuperkritikus folyadékok alkalmazása javíthatja a heterogén katalizátorok dezaktiválását. Ha azonban ultrahangos térrel erősíthető, az kétségtelenül hab a tortán. Az ultrahangos kavitáció által generált lökéshullám és mikrosugár nemcsak nagymértékben fokozhatja a szuperkritikus folyadékot, hogy feloldjon bizonyos anyagokat, amelyek a katalizátor dezaktiválódását okozzák, hanem deszorpciós és tisztítási szerepet is játszanak, hosszú ideig aktívan tartják a katalizátort, és keverő hatása is van. A reaktáns rendszer diszperziója magasabb szintre emeli a szuperkritikus folyadék kémiai reakciójának tömegátadási sebességét. Ezenkívül az ultrahangos kavitáció által létrehozott helyi magas hőmérséklet és nagy nyomás megkönnyíti a reaktánsok szabad gyökökké történő hasadását, nagymértékben felgyorsítva a reakció sebességét. Jelenleg sok kutatás folyik a szuperkritikus folyadékok kémiai reakcióiról, de kevés tanulmány létezik az ultrahangos mezők ilyen reakciók fokozására történő felhasználásáról.

3. ultrahangos fokozott extrakció

1, szilárd-folyadék extrakció

A szilárd-folyadék extrakciót gyakran nevezik extrakciónak az élelmiszer-kémiai iparban, vagyis az anyagokból a hasznos komponensek megfelelő oldószerrel történő kinyerését, és a folyamat fokozására hőkezelést vagy mechanikai keverést alkalmaznak. Azt találták, hogy az ultrahangos energia alkalmazása jelentősen javíthatja és javíthatja az extrakciós folyamatot. . Az ultrahang zavaró hatása növeli az oldószer permeabilitását az extraktumsejtekbe, és fokozza a tömegátviteli folyamatot. Az ultrahang másik hatása, hogy az ultrahangos kavitáció által generált erős nyíróerő megtörheti a növényi sejtfalat, és a sejteket könnyen felszabadíthatja. Elzárás, ezt az ultrahangos vizsgálat megerősítette, hogy növelje a cukorrépa cukorkivonási sebességét. Az ultrahangos szilárd-folyadék extrakciót a szalicilsav, a berberin-klór és a kőzetkáposzta kínai orvoslásból való extrahálására is alkalmazzák. Az alkoholos visszafolyatásos módszerrel, amelyet általában szobahőmérsékleten szikkáposzta kinyerésére használnak, ultrahangos kezeléssel több mint 50%-os extrakciós hozam érhető el az extrakciós idő felében. Ismét bebizonyosodott, hogy a hatékony tömegátadás és a sejtszakadás a fokozott extrakció fő oka. .

 

Vizsgálták az ultrahang hatását a zsírtalanított szójabab fehérje kivonására. A 20 kHz-es, 50 W-os hangtér-besugárzás javíthatja a szójatej folyamatos extrakciós folyamatát. Minden korábbi megvalósíthatósági technológiát felülmúl, hatékony kitermelést tesz lehetővé, és a technológia kibővült. Menj a kísérleti gyárba.

Az instant tea előállításának első lépéseként a tealevelekből kivonják a tea szilárd anyagot, majd porlasztva szárítással eltávolítják a vizet a tiszta teaoldatból, hogy instant teát kapjanak. ultrahang 60 ° C-on 20%-kal növelheti az extrakciót. Az ultrahangos extrakció hatékonyabb, mint a hagyományos hőelvonás, és lerövidíti az extrakciós időt. Az anyag nagy részét a folyamat első 10 percében kivonják.

 

 

A hipertóniás pepszin fontos nyersanyag, amelyet az emulzió sajttá történő feldolgozásakor használnak. Emlősök gyomrából kinyerhető. Az extrakciós hozam sikeresen javítható 19,2 kHz és 3,34 W/cm2 45 perces használatával. 150 g bojtorján csak 30,60 g pepszin tud kivonni ultrahang nélkül, az ultrahangos extrakció pedig elérheti a 47,81 g-ot, és a proteáz aktivitása az ultrahangos extrakcióval némileg javul a szokásos módszerhez képest.

 

Példák az ultrahangos fokozott szilárd-folyadék extrakció alkalmazására kémiai folyamatokban:

(1) Az aszfaltének olajpalából 8 oldószerrel, például benzollal történő extrakciója esetén az extrakciós sebesség 24-szerese a Soxhlet-féle zsírkivonási módszernek 50 kHz és 400 W mellett; (2) Nátrium-hidroxid és klórozás Ha az ammónium vegyes oldatot 17,3% cinkércet tartalmazó cinkből kilúgozzuk, a kioldódási sebesség nagymértékben felgyorsítható 22 kHz-es, 100 W-os ultrahanggal;

(3) A 20 khz frekvenciájú, 100 W és 600 W teljesítményű hangtér-besugárzás növelheti a piretrin sebességét a piretrum n-hexánból történő kivonásakor;

(4) 24 khz, (pozitív és negatív 2,5 kHz) 120 W-os ultrahangos besugárzást alkalmaznak a benzopirén metanolos extrakciójához (a) környezeti mintákban, és páratlan extrakciós sebesség érhető el vákuum-szublimációval;

(5) 18,5 kHz-es, 250 W-os, nagy intenzitású, nagy, egyfejű beillesztésű ultrahangmező növelheti a ciánozással történő aranykivonás sebességét;

(6) A Motherwort összes alkaloidának kivonására 20 khz-es ultrahangot használtunk, és az extrakció magasabb volt, mint az általános reflux módszernél, és az extrakciós idő lerövidült. Az extrakciós sebesség 2 órás refluxos extrakció után 0,176%, az extrakciós sebesség 40 perces ultrahangos extrakció után elérte a 0,248%-ot.

 

2, folyadék-folyadék extrakció

A folyadék-folyadék extrakció magában foglalja a két egymással összeférhetetlen szerves és vizes fázis közötti tömegátviteli folyamatot. Az ultrahanghullám kavitációja okozta határfelületi hatás növeli a két fázis érintkezési felületét, a lökéshullám által a kavitáció összeomlásakor keletkező turbulenciahatás pedig kiküszöböli a kétfázisú csomópont késleltetését, ezáltal növeli a folyadék-folyadék extrakciós sebességet. Az általában tömegátviteli sebességgel vezérelt folyadék-folyadék extrakciós rendszerek esetében az ultrahanghullámok hatása nagyon jelentős, különösen a fémek folyadék-folyadék extrakciós folyamatában a színesfémkohászati ​​iparban, amikor a megfelelő ultrahang frekvenciát és teljesítményt alkalmazzák, a bomlási sebesség jelentősen növelhető. És növelje az extrakciós sebességet, 1 MHz-es, 0,2 W / cm2 ultrahangos besugárzással 15 percig, felhasználható a savas foszforsav extrahálószerrel elválasztott mo és w fázisszétválasztási sebességének 4-5-szörösére; 20kHz, 19W/cm2 ultrahangos besugárzással A Ga extrakciós sebessége 15-szörösére növelhető; a Ni extrakciós sebessége 4-7-szeresére növelhető 20 khz-es, 47 W-os ultrahangos besugárzással és mechanikus keveréssel.

négy. Ultrahangos fokozott kristályosítás

Számos kísérleti tanulmány kimutatta, hogy az erős ultrahang egyszerre képes a túltelített oldatban lévő szilárd oldott anyagok gyors és gyengéd kicsapódását előidézni, és fokozni a kristálynövekedést. Már az 1950-es években prokainoldat és penicillinsó keverékét 10 kHz-es ultrahanggal besugározták, így finom és egyenletes prokain-penicillin kristályos csapadékot kaptak 5-15 um szemcseméret-eloszlással, és a termék méretet hagyományos módszerrel. l0um egy 20um. Két előnye van annak, ha ultrahangot használunk az olvadt fém hűtési folyamatában, vagyis a gáztalanításban és a kisebb kristályszemcsék kinyerésében, valamint az ultrahanghullámok hatására a kialakult mag rezgő állapotba kerül, ezáltal felgyorsul a növekedési folyamat, szénacélon. Az ultrahangos kezelés azt mutatja, hogy csökkentheti a szemcseméretet 200 um-ról 25 um-ra 30 um-ra, a szénacél rugalmasságát 30% és 40% között, és a mechanikai szilárdságot 20% és 30% között. A fémcink hűtési kristályosodásával kapcsolatos vizsgálatok azt mutatják, hogy az ultrahangos kezelés 80%-kal növelheti a kritikus nyírófeszültség intenzitását, és a fémes cink kristályformája hengeresből egyenletesre változik 25 kHz frekvenciájú és 50 W/cm2 erősségű ultrahanghullámok hatására. Hatszög.

Az oldatos kristályosítás fontos szerepet játszik a szerves oldható anyagok és szervetlen sók elválasztásában és tisztításában. Nemcsak szilárd állapotban tudja elválasztani az oldott anyagot az oldattól, hanem azért is, mert a különböző kristályok különböző kristályrácsokkal rendelkeznek. Kristályos anyagok tisztítására is használható. Qiu Taiqiu és mások a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány égisze alatt sikeresen tanulmányozták az ultrahang hatását a szacharózoldat kristályosodási kinetikájára. Befolyásolták a túltelített oldat fizikai tulajdonságait, a nukleációt és a kristálynövekedést. Szisztematikus vizsgálatot végeztek. Az eredmények azt mutatják, hogy a külső hangtér hatására megnő a túltelített oldat vezetőképessége, csökken a viszkozitás, lerövidül a gócképződés indukciós periódusa, csökken a stabilitás. Ezáltal előnyös, ha a szacharózzal túltelített oldat kristályokat csap ki. Az ultrahangos kavitáció energiakoncentráló hatása energiát biztosíthat a túltelített oldatnak, javíthatja az egész rendszer rezgési energiáját, és a határfelületi hatás csökkenti a kristályosodási energiát. Ennek eredményeként a szacharóz túltelített oldat primer gócképződést érhet el a stabil régióban. Más stimulációs kristályosítási módszerekkel és oltókristályosítási módszerekkel összehasonlítva az ultrahangos gócképződéshez szükséges túltelítettség alacsonyabb, a kapott kristálymag egyenletesebb, teljesebb, simább, a kristálymag és a kész kristályméret eloszlási tartománya kicsi, a variációs együttható pedig alacsonyabb. Az ultrahangos besugárzás alkalmazása a szacharózkristályok növekedésében pozitív és negatív hatásokkal is jár: egyrészt az ultrahangos kavitáció okozta turbulens hatás csökkentheti a határréteg vastagságát és növelheti a tömegátadási sebességet; másrészt az ultrahangos kavitációs buborék összeomlik a A microjet eclipse hatást fejt ki a kristály felületén, és ha túl nagy az intenzitás, akkor a kristály eltörik. Ezért a kristálynövekedésre gyakorolt ​​ultrahangos hatás a kristálymérethez és a kavitációs buborék méretéhez kapcsolódik. Ha a kristály mérete kisebb, mint a kavitációs buborék sugara, az ultrahang elősegíti a kristálynövekedést; és ha a kristály mérete nagyobb, mint a kavitációs buborék sugara, az ultrahang károsítja a kristálynövekedést.

 

Wang Weining et al. bevezette a bázikus magnézium-klorid (mg3(OH)5Cl?4H2O) kristályosítási folyamatába a 33 kHz frekvenciájú és 250 W teljesítményű ultrahanghullámot, ami lerövidítette a túltelített oldat indukciós periódusát, és a kristályosodási folyamat 12 óráról 4 órára változott, az ultrahang frekvencia pedig magasabb lett. Minél gyorsabb a gócképződés sebessége, annál rövidebb az indukciós periódus, és annál rövidebb idő szükséges a teljes kristályosodáshoz. Más példák az ultrahangos erősítő oldatos kristályosításra, mint például a kálium-nitrát, acetamid és nátrium-kálium-tartarát.

Az élelmiszer-fagyasztó- és hűtőiparban a jégkristályok képződése fontos az élelmiszer-összetevők eredeti minőségének megőrzéséhez. Például a bogyós gyümölcsök (eper) lefagyasztásakor a tápláléksejtanyagban képződő apró szemcsés jégkristályok tovább nőnek, a kristályszemcseméret növekedésével a sejtfal egy részét, vagyis az alapanyag szerkezetének egy részét tönkreteszik. Meglehetősen hosszú 'tágulási idő' telik el attól az időponttól kezdve, amikor a víz elkezd jéggé kristályosodni, amíg az élelmiszer teljesen megfagy. Ultrahang hatására egyre egyenletesebb jégkristályok állíthatók elő, lerövidül a tágulási idő, csökken a jégkristályok végső mérete, csökken a sejtek károsodása. A fagyasztott édességek hatásait vizsgáló ultrahangos vizsgálatok kimutatták, hogy az ultrahangos besugárzással keletkező jégkristályok szemcsemérete jelentősen csökken, és egyenletesebben oszlik el a szilárd anyagokban, ami a fagyasztott édességeket keményebbé teszi, mint a hagyományos termékek, növelve a termék elfogadottságát a fogyasztók körében. Az üdvözlés mértéke és a fagyasztott cukorka és a fa fogantyúk kombinációja.

 

V. ultrahangos kondenzáció

Az ultrahangot az 1940-es évek elején használták az aeroszolokban lévő lebegő szilárd anyagok koagulációjának fokozására, és az Egyesült Államokban országszerte 'kémlázat' indítottak el. Ez a lelkesedés azonban az ultrahangos berendezések korlátai miatt hamar lehűlt. A fejlett ultrahangos berendezések megjelenéséig az 1960-as években az ultrahangos koagulációt korrozív gázok, korom és CaCO3, valamint cementpor leválasztására kezdték alkalmazni. Kátránypor visszanyerése, nagyolvasztógáz eltávolítása, kohászati ​​kemencék füstgázainak kezelése.

Az ultrahang által kiváltott kisrészecske-koaguláció jelenségének, vagyis a hangtér-kondenzációs hatásnak a magyarázata érdekében a tudósok számos hipotetikus modellt javasoltak. Az ultrahangos agglomerációt általában olyan folyamatnak tekintik, amelyben az ultrahanghullámok lebegő részecskéket tartalmazó áramló közegen való áthaladásakor a lebegő részecskék rezegni kezdenek a közeggel, de mivel a különböző méretű részecskék rezegni kezdenek a közeggel, a különböző méretű részecskék relatív rezgési sebessége eltérő, a részecskék egymásnak ütköznek, térfogatuk és tömegük megnő. Mivel a részecskék megnagyobbodnak, már nem tudják követni az akusztikus rezgést, csak szabálytalan mozgásra használhatók, és továbbra is ütköznek és kötődnek. Nagyobb lesz és végre leülepszik. Kotyasov és Newtson rámutatott arra, hogy a fenti modell csak a több méretű felfüggesztések hangtér-kondenzációs hatását magyarázza, és nem meggyőző az egyméretű felfüggesztési rendszerrel szembenézni. Ennek alapján a részecske-kollektív cselekvés modelljén alapuló hangtér-kondenzációs hatás értelmezést javasolnak. A modell nem csak a két részecske közötti kölcsönhatást veszi figyelembe, hanem az összes részecske közötti összerőt is. A hangtér hatására abban a tartományban, ahol a diszpergált részecskék sűrűsége növekszik, a diszpergált fázis effektív keresztmetszete a diszpergált fázishoz képest csökken, ami a diszpergált fázis áramlási sebességének növekedését eredményezi a részecskékhez viszonyítva, ami a diszpergált anyagok közötti diszperzió sebességének növekedésével jár együtt. A nyomást növelik, így a szilárd részecske sűrűsége tovább nő, és ennek eredményeként a koagulációs folyamat felgyorsul. E modell szerint a felfüggesztési rendszer instabilitásnövekedése és az ultrahangfrekvencia és az ultrahangteljesítmény közötti összefüggés sorozatát vezetjük be, és igazoljuk a kísérleti tényeket.

Hatodszor, ultrahangos fokozott szűrés és víztelenítés

A keveréket gyakran szűrik a kémiai elválasztás során a szilárd részecskék eltávolítása és az oldat tisztítása érdekében. A hagyományos szűrési módszerek hajlamosak az apró részecskék eltömődését okozni a szűrőben, ezért a szűrőmembránt gyakran cserélni kell. Az ultrahangos besugárzásnak két speciális hatása van, amelyek javítják a szűrési technikát. A hangtér-kondenzációs hatás a finom részecskék aggregációját okozhatja, ami felgyorsíthatja a szűrési sebességet. A második az, hogy az ultrahangos energiaelnyelő hatás elegendő rezgésenergiát biztosít a rendszer számára. A részecskék egy részét hagyják lebegni a szűrletben, így szabadabb átjárást biztosítanak a mosáshoz. Tanulmányok kimutatták, hogy az ultrahangos fokozott szűrés (azaz 'akusztikus szűrés') gyorsan 25%-ra csökkentheti az 50% vizet tartalmazó szénszuszpenzió víztartalmát, míg a hagyományos szűrés csak a 40%-ot tudja elérni. Az 'elektroakusztikus szűrés' a fokozott elektromos térrel és hangtérrel kombinálva 10%-kal növelheti a szénszuszpenzió szárítási fokát. Amikor elektroakusztikus szűrési technológiát alkalmaztak az almalé pépből történő szűrésére, a pép nedvességtartalma a kezdeti 85%-ról 38%-ra csökkent, míg a hagyományos módszerrel csak 50%-ra csökkent a víztartalom.

 

A szénkőzet-, ásvány- és vegyiparban az ülepítéssel, szűréssel stb. elválasztott szilárd anyagnak szárítás előtt a lehető legnagyobb mértékben el kell távolítania az anyagban lévő nedvességet, így energiát takaríthat meg a szárítási lépéshez. A hangtér fokozott hő- és tömegtranszferrel rendelkezik. Swamy et al. a vízzel telített sziderit, homok és fűrészpor eltávolítását tanulmányozta centrifugális dehidratálással, nagy intenzitású, 139 dB (kb. 100 W) és 98 kHz hangtérbesugárzás mellett. Az anyag nedvességtartalma azt mutatja, hogy ha a hanghullámon centrifugális dehidratációt alkalmaznak, a hanghullám nélküli centrifugális dehidratációval kapott végső víztartalom 25-95% lehet különböző körülmények között, és a kritikus hőmérséklet is csökken.

7. Hangtér fokozta adszorpció és deszorpció

Az adszorpciót és a deszorpciót széles körben alkalmazzák a vegyiparban, az élelmiszeriparban, a kohászatban és más iparágakban, amelyek egyre fontosabb szerepet játszanak az elválasztásban és tisztításban. Az adszorpció és a deszorpció kölcsönös folyamatok párja. Ultrahangos kavitáció esetén a hangtér növeli az adszorbensnek az adszorbens felé történő diffúziójának sebességét; másrészt csökkenti az adszorbens és az adszorbens közötti van der Waals erőt. Az előbbi pozitív hatással van, és erősíti az adszorpciót; utóbbi negatívan hat és erősíti a deszorpciót. Ezért a megfelelő hangtérparaméterek kiválasztása külön-külön fokozhatja az adszorpciót és a deszorpciót.

 

Az ultrahangos fokozott adszorpciós folyamatot tanulmányozzák: a teljesítmény-ultrahang hatására megnő a polivinil-alkohol, az ecetsav-vajsav cellulóz és a glükóz adszorpciós sebessége kartonpapírban és színtelenített nátronpépben; a foszfor adszorpciója a talajon a KH2PO4 kezelés után megnövekszik. Megnőtt a metilénkék agyag és aktív szén általi adszorpciós mennyisége; a porított szerves reagens és a porított A1203 adszorpciós sebessége a korlátozott elemekhez nőtt. Egyes tanulmányok azonban azt találták, hogy amikor a fenol-formaldehid ioncserélő gyanta XAD-2 (am berlite XAD-2) adszorbeálja a 4-(2-piridilazo)izoftálsavat (PAR), a 20 kHz-es ultrahang hatása az adszorpciós sebességre kisebb, mint 21 Orpm. A mechanikus keverés hatása, amelyben a mechanikai keverés adszorpciós sebessége 2-3-szor gyorsabb, mint az ultrahangosé.

 

Az ultrahangos fokozott deszorpciós folyamat korai tanulmányai a következők: jód deszorpciója aktív szénből; Ag, Cu stb. deszorpció Ge-ből és Si-ből, Krisccr és Lichtman ultrahangos felületi hullámok által kiváltott deszorpciót vizsgáltak, és megfigyeltek néhány adszorbeált anyagot. A deszorpció a felszín alatti hullámok gerjesztésének tulajdonítható.

Az elmúlt években aktív volt a szennyvíz adszorbensek deszorpciós regenerációja. Ez egy egyszerű és gyors módszer a szerves hidrolitikus szennyező anyagok, például fenol és fenolpótlók eltávolítására a szennyvízből aktív szén és polimer gyanta felhasználásával, de az adszorbensnek és adszorbátumnak köszönhetően. Erős affinitás van köztük, és az adszorbens deszorpciós regenerációja továbbra is nehéz probléma. A fenol-deszorpció legelterjedtebb módszerei a termikus deszorpció és a kémiai deszorpció, de a termikus deszorpció magas hőmérséklete az adszorbens regeneráció utáni cserélőképességének csökkenéséhez vezet, míg a kémiai deszorpció vegyszereket használ, és a deszorpció után két szétválasztást igényel. Jelenleg Qin et al. beszámoltak az adszorpciós egyensúly elmozdulásáról a CLTBP gyanta-fenol rendszer ultrahangos besugárzás alatti deszorpciója során. Rege et al. tanulmányozta a fenol deszorpciós sebességét két polimer gyantáról aktív szénről 40 kHz, 120 W, 1,44 MHz, 100 W hangtér és 40 kHz, 120 W, 40 kHz, 60 W hatására. Változatos. Eredményeik azt mutatják, hogy ultrahangos besugárzás esetén az ultrahangos diffúziós hatás az ultrahangos perturbációs hatás miatt növeli a részecskék diffúziós sebességét, az ultrahangos energiaelnyelő hatás pedig csökkenti az elsőrendű felületi reakció aktiválási energiáját. Ezért az ultrahangos energia elősegítheti a fenolt az aktív szénből és a deszorpciót a polimer gyantán, a deszorpció sebessége jelentősen megnő, és a hatás kifejezettebb, ha az újraenergiát alacsony hőmérsékleten, regenerálószerrel és nagy ultrahang intenzitással alkalmazzák.

Nyolc. Következtetés

Az erős ultrahang alkalmazása gyakran kompenzálja a hagyományos kémiai reakciók és a klasszikus kémiai elválasztási és tisztítási technológiák hiányosságait, és új és hatékony módszert hoz létre az elválasztási és tisztítási folyamat javítására, amely csökkenti a folyamat idejét és fokozza a folyamat hatását. Az ipari alkalmazásoktól vagy a tudományos kutatástól függetlenül az erős ultrahangnak szélesebb kutatási perspektívája lesz a vegyiparban.