Ультразвук - подходя громко и ясно

Обновление

Из лабораторных фоне ультразвука технологии в настоящее время питания свой путь в основной процесс применения

Вы не могли бы слышать, но ультразвук начинает делать сам слышал в широком диапазоне применений охватывает процесс химической промышленности. Ультразвуковые измерения расхода, например, в настоящее время используется для включения highaccuracy, хранения передачи в нефтяной и газовой промышленности - заявление не считалось возможным лишь несколько лет назад, когда более ранние версии таких расходомеров были признаны ненадежными для всех, кроме самых простых обязанностей. Аналогичным образом, использование так называемых ультразвуковых власти, которые используются для внесения изменений в физических и химических процессов, становится все более широко, как технология улучшает.

Державой ультразвука в нижней части спектра ультразвуковых частот диапазона, как правило, состоявшейся начнется в 20 кГц (человеческий слух может обнаружить около 20 Гц до 18 кГц), но пока еще не известно верхний предел. Современные ультразвуковые генераторы пик на нескольких ГГц. С практической точки зрения, ультразвук, как правило, делятся на три категории: мощность ультразвуковой (20-100 кГц), высокочастотные ультразвуковые (100 кГц-1 МГц) и ультразвуковая (1-10 МГц).

Мы видели, что он может сделать

Раннее применение ультразвука были на более высоких частотах, и в первую очередь участие визуализации того или иного рода. В 1931 году, например, первый патент был получен с помощью ультразвуковых волн для обнаружения дефектов в твердых телах - предтеча неразрушающего контроля сегодняшнем металлов и конструкций. И в течение Второй мировой войны ВМС США и их союзники в пользу гидролокатора (звуковая навигация диапазоне) в их поиск подводных лодок противника.

Sonar и другие "изображения" методы существенно опираются на выявление эхо или отражения высокочастотных ультразвуковых волн от целевых объектов. С учетом эффекта Доплера в контроле эхо от движущихся частиц послужили основой для рентгенографии и ранние ультразвуковые расходомеры.

В этих более высоких частотах, ультразвук, не имеет физического или химического воздействия на материал, через который он проходит, следовательно, его широкое применение в мониторинг состояния плода. Но в нижнем диапазоне частот от власти, сильное воздействие ультразвуковых могут быть обнаружены, в частности, в жидкостях. Ультразвуковых волн создать феномен, известный как акустической кавитации. Как и в обычных кавитации, которые могут возникнуть, скажем, когда газов уносятся в жидкости, проходящей через центробежный насос, очень маленькие пузырьки образуются в жидкости колебания ультразвуковых волн. Но в отличие от насоса кавитации эти пузырьки акустически генерируется привести к крайней релизы энергию, когда они лопаются и развала.

По словам Кеннета Suslick, кафедры химии в школе химических наук в Univ. штата Иллинойс в Урбана-Шампейн (Urbana, IL; <a target="_blank" href="http://www.scs.uiuc.edu" rel="nofollow"> www.scs.uiuc.edu </ A> ), это производит кавитационные распада интенсивного местного отопления, с температурой до 5000 К, давление около 1000 атм, а огромные скорости нагрева и охлаждения - больше, чем 109 K / s. "Акустическая кавитация представляет собой уникальный взаимодействия вещества и энергии. Ультразвуковое облучение жидкости причины реакции высоких энергий химических место, зачастую сопровождается излучением света," говорит он. Команда исследователей Suslick была разработана новая применения ультразвука в так называемый фонохимии. Фонохимия была использована, например, в лаборатории синтеза широкого круга наноструктурных материалов, в том числе высокого surfacearea переходных металлов, сплавов, карбидов, оксидов и коллоидов.

Вскочив из лаборатории в промышленности

В марте прошлого года акустической кавитации попал в заголовки журналов в области науки (8 марта 2002 г.) в статье, что обсуждается возможность слияния ядер, возникающие в процессе распада мелких пузырьков кавитации дейтерированного паров ацетона. Команда исследователей из национальной лаборатории Oak Ridge (Оук Ридж, Теннеси; <a target="_blank" href="http://www.ornl.gov" <rel="nofollow"> www.ornl.gov /> ) и политехнического института Rensselaer (Троя, штат Нью-Йорк; <a target="_blank" href="http://www.rpi.edu" rel="nofollow"> www.rpi.edu </ A>) сообщила, что во время ультразвукового вызванной пузыря взрыва, есть некоторые основания ядерного выбросов и sonoluminescent вспышек света. Добавьте к этому сообщений о наличии трития, которые могли бы предложить слияние атомов дейтерия в сжатом пузыри, и наука вдруг оказывается переход от лаборатории прямо на первых полосах газет - по крайней мере на короткое время. Исследование продолжается, новость пошла дальше.

Перемещение фонохимии из лаборатории на завод не был легким. Одна из компаний, однако, удалось коммерциализации использования энергии ультразвука в процессы кристаллизации. Accentus PLC, дочерняя компания AEA Technology Plc (Абингдон, Оксфордшир, Великобритания; <a target="_blank" href="http://www.aeat.com" rel="nofollow"> www.aeat.com < />), был разработан ряд методов, позволяющих оптимизировать производство кристаллических материалов (КЭП июля 2001, p. 56). "Ультразвуковая поддается нескольких ключевых областях кристаллизации, таких, как начало зарождения первичной, вторичной нуклеации, кристально привычки и совершенства, распределения кристаллов по размерам, снижение агломерации и совершенствование погрузочно-разгрузочных работ", говорит главный технолог компании, Линда Маккосленд.

Accentus разработала оборудование для эффективного озвучивания объемов от Я мл до тысячи литров. "Эффективное isonation требует звуковой энергии в течение всего рабочего объема превышает кавитационного порога, и быть равномерно распределены от стенок контейнера," объясняет Маккосленд. "Однако, пороговые значения может значительно изменяться в широких пределах от 15-65 W / L для большинства кристаллизации из обычных растворителей." Исторически, однако, видит, что основные ограничения в развитии крупномасштабного оборудования isonation были эффективный путь длине ультразвуковой энергии с точки зрения доставки. Простейшим расположения ультразвукового датчика с зонда обеспечивает ультразвуковой лишь вопрос 70-100 мм, поэтому решение или приостановления проходят лечение должно быть хорошо перемешивается. Проблема в том, что зонды высокого поглощения энергии на отзыв может привести к эрозии, которая в свою очередь может привести к неприемлемым загрязнения металла изделия.

За последние несколько лет, Accentus разработала новый дизайн для преодоления этих проблем. Эти использовать несколько датчиков, каждый из которых имеет относительно низкую мощность (около 1 Вт / см ^ 2 ^ SUP в точке поставки), эффективно взаимодействующих с стены рабочего цилиндрического сосуда. Изготовленные из нержавеющей стали, титана или Hastelloy, эти подразделения доставить средняя плотность мощности до 75-80 Вт / л 5-L устройство было использовано для развития работы в партии или потока ячейки договоренности. Датчики установлены радиально вокруг внутреннего цилиндрический сосуд, и заключены в рамках внешних 0,5-т-диам. контейнер (см. рис а, б). Для широкомасштабная работа, 40-L танк был оснащен массив 60 датчиков.

На другом конце шкалы, Accentus разработала миниатюрный блок партии с рабочим объемом я мл. "Миниатюризация представила новый набор проблем", отмечает Маккосленд. "Это была вызвана цель стимулирующей ультразвуковая технология будет применяться на ранних стадиях развития фармацевтики и finechemical процесс, в котором количество материала ограничено. Этот миниатюрный аппарат работает на более высоких частотах, чем крупномасштабные единицы, потому что" абсолютной интенсивности гораздо менее важным, чем концентрация на небольшой рабочий объем, говорит она.

Ультразвук - звучит в промышленности

Очевидно, что растущий интерес к ультразвуковой технологии подпитывается событиями в датчик технологии. Например, Terfenol-D преобразователей, изготовленных Etrema продактс инк (Ames, И.; <a target="_blank" href="http://www.etrema.com" rel="nofollow"> www.etrema.com </ A>), были признаны в Национальном институте науки и технологии (NIST; Gaithersburg, MD; <a target="_blank" href="http://www.nist.gov" rel="nofollow"> www.nist.gov </ A>), а по новым технологиям, с ультразвука в совершенно новых областях применения. По словам вице-президент компании Боб Клиффорд, многие ультразвуковых процессов обнаружил в лаборатории не было коммерческим, пока Terfenol-D, потребляемая оборудованием стала доступной.

Раннее применение 2-кВт преобразователь Etrema в, например, была использована в нефтяных скважинах для снижения вязкости нефти в своем распоряжении было закачано на поверхность. Скважинные вязкость уменьшается до двух порядков величины - изменение, которое длилось несколько месяцев. Таким образом, менее мощный насос, было необходимо. Новейшая система с Etrema, Maxonics 3000, может обеспечить до 3 кВт непрерывной мощности долг через специально разработанный датчик.

Другая компания предлагает широкий спектр питания ультразвуковых генераторов для исследований и производства Misonix, Inc (Farmingdale, NY; <A HREF = "http://www.misonix.com" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW" > <www.misonix.com />). Его Sonicator ультразвуковой жидкости процессор словам вице-президента Берни Бергер принять исследований и производства и переработки "один шаг вперед", путем подготовки эмульсии с размером частиц до 12:07 вечера, гомогенизации несмешивающихся жидкостей, а также solubilizing трудно соединений. генератора устройство обеспечивает высоковольтных импульсов энергии на 20 кГц и настраивается на различные нагрузки, такие как вязкость и температура. Он воспринимает изменения сопротивления в жидкости и увеличивает или уменьшает мощность на зонд автоматически. Колебания пьезоэлектрических кристаллов, наиболее распространенным способом получения ультразвука, передаются и фокусируется рог, нарушающими титана, которая излучает ультразвуковой энергии в жидкость обрабатывается.

Для промышленного применения, непрерывного flowcells в линии и специальные рога доступны для обработки больших объемов. Misonix утверждает, что его Sonicators используются в промышленности краски и пигмента-расходиться красок и красок, и в керамической промышленности для дегазации скользит и создать плотный отливок. Применение в секторе биотехнологий включают лизировать клеток для извлечения белков, а химическая промышленность использует оборудование в форме эмульсии, катализировать реакции и сокращения размера частиц.

Интересная комбинация кристаллизации и ультразвука лежит в основе новых химических свободной процесс обработки воды для градирен. Разработано Undatim ультразвука SA (Nivelles, Бельгия; <a target="_blank" href="http://www.undatim.com" rel="nofollow"> www.undatim.com </ A>), система Sonoxide работает в почти противоположным образом на обычных методов предотвращения образования накипи. Вместо использования химикатов чтобы предотвратить или отсрочить образование накипи образующих карбонат кальция (СаС03), Sonoxide использует ультразвук реально способствовать кристаллизации CaCO югу ^ ^ 3.

Вода градирни распространил через 500-З ультразвуковой ячейки лечения, где краткие всплески высокочастотных ультразвуковых углекислого газа дегазации из воды, в результате чего CaCO 3 ^ ^ к югу кристаллов форме. Кристаллов осуществляется вдоль воды и удаляется гидроциклон, как только они имеют достаточно большой (как правило, около 30 (MU) м диаметр).

Системы влечет за собой ряд других экологических выгод. Поскольку он основывается на фактическом образовании СаС03, нет необходимости Pretreat подпиточной воды с ионно-обменных смол для удаления ионов кальция. А комбинация низких уровней Coz и недолговечными окислительных химических веществ, которые образуются при помощи ультразвукового, предотвращения роста водорослей и бактерий в воде. Более того, весь контур охлаждения защищены от коррозии с образованием пассивной слой CaCO югу ^ ^ 3 в сочетании с гидроокиси железа.

"Химических веществ, свободный" характеристика процесса Sonoxide, с его экологически безопасным коннотации, отразился в ультразвуковой применение в литейном производстве. В литейном производстве чугуна, зеленый песок формы могут выделять летучие органические соединения (ЛОС), когда они подвергаются воздействию высоких температур расплавленного металла. ЛОС и других опасных загрязнителей воздуха (ГАЭС) освобождаются от органических вяжущих веществ, используемых в moldmaking процесса. Придумано и создан-Фернесс Newburge, Inc (Версаль, KY; <a target="_blank" href="http://www.furnessnewburge.com" <rel="nofollow"> www.furnessnewburge.com /> ), основной процесс Sonoperoxone работ при обработке воды, используемой для составить песка и глины шламов поступает тлеет. Как следует из названия, лечение состоит из того озона менее 10 частей на миллион (ppm), перекись водорода составляет менее 100 частей на миллион и применения ультразвука. По-Фернесс Newburge президента, Джим Furness, сочетание этих технологий нагрузки воды с передовыми окислителей которые унижают и уничтожают ЛОС и ГАЭС.

Sonoperoxone системы могут также применяться для лечения пыли, собранных в рукавных или мокрой коллектора. "Независимый анализ дымовых газов на литейном Висконсин, например, показал, что Sonoperoxone выбросов бензола снизилась более чем на 50%, а общий объем выбросов ЛОС на 70%", говорит Фернесс.

Помимо случайных живому интересу к далекой возможность "пузырь слияния" упоминалось ранее, ультразвук и его коммерческого развития правда, еще один в "спокойный" передовые технологии, имеющиеся в ИПЦ. Один организация, о внесении а больше шума, о ней ультразвуковой промышленности Assn. (МСА; Savoy, IL; <a target="_blank" href="http://www.ultrasonics.org" rel="nofollow"> www.ultrasonics.org </ A>). В миссии использовать ультразвуковой технологии для улучшения процессов, методов и материалов, УПА выступает в качестве форума для производителей, пользователей и исследователей, которые были разработаны новые инструменты или технологии доступны для лицензирования. Она опирается на более чем 50 компаний, представляющих членов ультразвуковых приложений агломерации атомизации, уборка дегазации, гомогенизации для сварки, и многие между ними. Ассоциация недавно создала онлайновую сеть передачи, которые так же хорошо, как и любое место, чтобы познакомиться с ультразвуком и выгоды, которые она могла бы довести до Вашего оборудования и процессов.