Ультразвукове диспергування

Ультразвукове диспергування – це процес подрібнення в неоднорідних середовищах під впливом ультразвукового випромінювання заданої частоти та інтенсивності.

Диспергування – це частина сучасних гетерогенних процесів які протікають у системах рідина – рідина та рідина – тверде тіло. Процес диспергування дуже важливий у лабораторних дослідженнях та фармацевтиці. Наприклад, диспергування за допомогою ультразвуку застосовують для подрібнення карбонових нано трубок. Для цього застосовують ультразвук, оскільки він здатний вирішити поставлене завдання.

Процес диспергування ультразвуком є спорідненим для екстракції. Про ультразвукову екстракцію ви також можете прочитати в нашій статті https://deltasonic.com.ua/67-ultrazvukova-ekstrakcija.html.

Ультразвукове диспергування у сучасній промисловості

 

Перед сучасною промисловістю дуже часто стоять завдання реалізації гетерогенних процесів. Ці процеси можуть протікати в наступних середовищах:

• - рідина – рідина;
• - рідина – тверде тіло;

Гетерогенні процеси можуть протікати як між двома неоднорідними середовищами, так і між кількома неоднорідними середовищами. Всі ці процеси ґрунтуються на фізиці масообміну в цих середовищах.

Приклади використання ультразвуку для гетерогенних процесів:

1. 1. Звичайно, диспергування.
2. 2. Поділ рідин.
3. 3. Поділ суспензій.
4. 4. Процеси кристалізації.
5. 5. Запобігання накипу утворенню.
6. 6. Полімеризація та деполімеризація.
7. 7. Хімічні та навіть електрохімічні реакції.

Варто відзначити, що швидкість реакцій за звичайних умов без використання ультразвуку вкрай мала (досягає кількох годин і навіть днів). Вона визначена величиною поверхні дотику компонентів середовищ, які реагують. При диспергуванні в середовищах рідина - тверде тіло без використання інтенсифікаторів досягти результатів вкрай складно, а іноді й неможливо. Наприклад, подрібнення нано трубок неможливо без додаткового фізичного впливу. У свою чергу, ротаційна дія на нано трубки має вкрай низький ККД. Єдиний варіант – застосувати ультразвукове диспергування. Частота ультразвуку залежить від розмірів самих нано частинок.

Механізм роботи ультразвукового диспергування

Механізм впливу ультразвуку на процес диспергування можна описати так:

1. 1. Вплив на поверхню розділу рідин або твердого тіла та рідин. Кавітація та потужні мікропотоки впливають на середу.
2. 2. Вплив на прикордонний шар межі розділу рідина – тверде тіло. Звуковий тиск та «вітер» впливають на прикордонний шар.
3. 3. Збільшення міжфазної поверхні взаємодії.
4. 4. Руйнування та «змивання» прикордонного шару кавітаційними потоками за допомогою ламінарних та турбулентних течій. Усувається опір перенесення реагуючих речовин та інтенсифікується технологічний процес.
5. 5. Диспергування як наслідок.

 

В результаті роботи ультразвуку створюється надтонке диспергування середовища. Даний ефект неможливо реалізувати іншими способами та методами. Досягається завдяки збільшення міжфазної поверхні гетерогенних компонентів середовища. Такий один із механізмів інтенсифікації процесів у рідких середовищах. Отримання тонкодисперсних суспензій з використанням УЗ – один із інтенсифікованих гетерогенних процесів.

Ефективність ультразвукового диспергування

Ефективність ультразвукового диспергування безперечна і має такі причинні зв'язки:

1. 1. УЗ коливання в рідких середовищах мають більшу ефективність ніж коливання в газах. Питомий хвильовий опір газів значно нижчий, ніж у рідин. Потужність випромінювання в рідкому середовищі значно вища ніж у газі.
2. 2. Ультразвукова кавітація, яка виникає в рідких середовищах, має високу енергетичну дію на саму рідину і на тверде тіло.
3. 3. УЗ кавітація створює ефекти другого порядку, які беруть активну участь у процесі диспергування та приносять додатковий позитивний ефект.

Таким чином, використання ультразвуку як робочого інструменту та інтенсифікатора процесу максимально виправдане та активно застосовується у сучасних виробництвах.