Ультразвук в воде: Ускорение процессов в жидкостях :: Александра-Плюс

Ускорение процессов в жидкостях :: Александра-Плюс

Технологии

Растворение Диспергирование Эмульгирование Гомогенизация Распыление См. также Примечания

Your browser doesn’t support <video> tag. But you can download the video file in format: webm mp4

Опыт, показывающий ускорение ультразвуком перемешивания двух жидкостей — подкрашенной и прозрачной

Ультразвук применяют для ускорения и интенсификации физико-химических процессов в жидкостях. В ультразвуковом поле возникает кавитация^[1], акустические течения и другие эффекты, способствующие быстрому перемешиванию жидкостей и соприкасающихся с ними твёрдых частиц. Размываются пограничные слои между разными жидкостями и между жидкостями и твёрдыми веществами, а процессы, идущие в этих слоях, существенно ускоряются.

Экстракция растительного сырья — отдельная сложная технология, использующая описанные здесь процессы.

Растворение

Растворение твёрдых тел — это гетерогенное физико-химическое взаимодействие твёрдого тела и жидкости, сопровождающееся переходом твёрдой фазы в раствор. Растворами называются гомогенные (т. е. однородные) смеси двух или более веществ. Наиболее распространенное агрегатное состояние растворов — жидкое.

Ультразвук применяют для ускорения растворения веществ. При этом наблюдается снижение доли осадка, идёт процесс растворения труднорастворимых веществ. Ультразвук позволяет не применять специальные растворители.

В ультразвуковом поле, возбуждаемом в жидкой среде, возникает переменное давление частиц, переменный поток в направлении распространения колебательного процесса, кавитация и др. Важнейшим нелинейным эффектом в ультразвуковом поле является кавитация. Кавитация ускоряет протекание ряда физико-химических процессов, в том числе и растворения.

Использование ультразвуковой обработки позволяет до двух порядков ускорить растворение растворимых веществ, в 10—30 раз — медленно растворимых, в 3—5 раз — малорастворимых. Например, сахар в воде с ультразвуком растворяется в 10 раз быстрее, чем обычным способом, камфора в подсолнечном масле — в 50 раз.

При воздействии ультразвука на среду динамическая вязкость полярных жидкостей уменьшается, микротрещины и поры в твердом веществе разветвляются, увеличиваются их размеры и глубина. При использовании ультразвука как средства интенсификации процесса растворения существенное значение имеют микропульсации растворителя, в особенности, если длина волны сопоставима с размерами твердых частиц или размерами микротрещин, пор, капилляров.

Растворение с ультразвуком применяется в фармацевтике, пищевой промышленности, производстве удобрений. Путем растворения могут быть получены различные водные, спиртовые, масляные растворы кристаллических веществ, растворы сухих и густых экстрактов, сиропов, пигментов и т.

 п., растворы ароматических, дезинфицирующих веществ, фотографические и другие растворы.

Диспергирование

Диспергированием называют процесс получения материалов сверхтонкой дисперсности (размеры частиц измеряются в микрометрах). Диспергирование широко применяется при приготовлении лекарственных суспензий, которые отличаются равномерным распределением частиц в растворителе и продолжительностью хранения.

Ультразвуковое диспергирование позволяет получать высокодисперсные (средний размер частиц — микроны и доли микрон), однородные и химически чистые смеси (суспензии) твердых частиц в жидкостях. Диспергирование суспензий осуществляется при воздействии ультразвука на агрегаты твердых частиц, связанных между собой силами слипания, спекания или спайности. При ультразвуковом диспергировании суспензий дисперсность продукта увеличивается на несколько порядков по сравнению с традиционным механическим измельчением.

Ультразвуковое диспергирование и эмульгирование происходят под действием интенсивных ультразвуковых волн, вызывающих дробящее действие кавитации и турбулентное движение жидкостей.

Для диспергирования используют специальные приборы — ультразвуковые диспергаторы.

Эмульгирование

Эмульгирование — это процесс получения эмульсий. Осуществляется диспергированием одной жидкости в другой (например, механическим перемешиванием) или конденсацией, т. е. выделением капельно-жидкой фазы у пересыщенных паров, растворов и расплавов. Для получения эмульсий применяются различные смесители — гомогенизаторы, коллоидные мельницы.

Ультразвуковым эмульгированием называется переход одной из взаимно нерастворимых жидкостей в дисперсное состояние в среде другой под действием акустических колебаний.

Применение ультразвукового эмульгирования особо актуально для трудно смешиваемых жидкостей. Например, при смешивании нефтепродуктов, масел, жиров с водой. Этим методом удается получить стойкие эмульсии не смешивающихся обычными способами жидкостей.

Ультразвуковое эмульгирование позволяет получать высокодисперсные, практически однородные и химически чистые эмульсии. Для протекания ультразвукового эмульгирования необходима кавитация, условия возникновения и протекания которой определяют основные зависимости эмульгирования от интенсивности и частоты ультразвука, температуры, давления, наличия растворенных газов и т. п.

Процессы акустического эмульгирования перспективно использовать при мыловарении, при обезвоживании сырых нефтей и очистке нефтяных емкостей и танкеров, в технологии производства пищевых продуктов (сливочного масла, маргарина), при получении битумных (асфальтовых) эмульсий, при переработке эмульсий натурального каучука, получения консистентных смазок, охлаждающих жидкостей для металлообработки, при производстве эмульсионных красок (водо-дисперсионных, водоэмульсионных и латексных) и т. д.

Гомогенизация

Гомогенизация жиросодержащих смесей необходима для раздробления жировых шариков, при этом уменьшается их отстаивание при хранении и улучшается слияние при дальнейшем фризеровании. Гомогенизация является необходимым процессом, обеспечивающим стойкую однородность (гомогенность) многокомпонентных эмульсий в течение длительного времени (вплоть до нескольких месяцев и даже лет).

Гомогенизации обычно подвергают молоко, молочные продукты, фруктовые соки, кремы, смазки, топливо, лаки, т. е. эмульсии и суспензии всех видов.

В процессе гомогенизации частицы измельчаются до одного микрона, равномерно распределяясь в массе продукта. Гомогенизация молочных продуктов, таких как комбинированное масло, мороженое, соусы, подразумевает создание средних и тонких эмульсий. Разнородные компоненты этих продуктов под действием гомогенизации тонко распределяются друг в друге, создавая при этом устойчивую эмульсию. Гомогенизация пастообразных продуктов подразумевает создание однородной массы. Гомогенизированный продукт не расслаивается при длительном хранении, пригоден для транспортировки, сохраняя при этом свои качества.

Ультразвук ускоряет и качественно улучшает процесс гомогенизации. Под действием ультразвука оболочки жировых шариков (так называемые липидные оболочки) разрываются, шарики теряют устойчивость и делятся.

Ультразвуковая обработка позволяет не только гомогенизировать молочный жир, с ее помощью можно диспергировать в молоке различные добавки, например, растительный жир, сиропы, порошки, в том числе диспергировать сухое молоко, разрушая комки сухого вещества и ускоряя его растворение.

Распыление

Распыление жидкостей с помощью ультразвука применяется для создания тонких аэрозолей, туманов, чего нельзя добиться другими способами распыления.

Ультразвуковое распыление — одно из перспективных направлений деятельности нашей фирмы. Опыты с различными способами передачи ультразвука на распыляющую поверхность можно посмотреть на видео:

Your browser doesn’t support <video> tag. But you can download the video file in format: webm mp4

Распыление с поверхности алюминиевой банки, помещённой в ультразвуковую ванну

Your browser doesn’t support <video> tag. But you can download the video file in format: webm mp4

Распыление с внутренней поверхности трубы, здесь ультразвуковые колебания передаются на трубу, и она становится ультразвуковым излучателем

См. также

• Экстракция
• Осветление и коагуляция
• Флотация
• Дегазация
• Обеззараживание

Примечания

1. ^ Кавитацией называется процесс образования полостей и пузырьков в ультразвуковом поле во время фазы растяжения, имеющейся в переменном звуковом давлении. Во время фазы сжатия эти полости и пузырьки захлопываются, порождая микроударные волны, нарушающие целостность прилегающих веществ. Проявляется кавитация в виде шипящего шума, возникающего в жидкости при определенном значении интенсивности ультразвукового поля.

Ускорение процессов в жидкостях :: Александра-Плюс

Технологии

Растворение Диспергирование Эмульгирование Гомогенизация Распыление См. также Примечания

Your browser doesn’t support <video> tag. But you can download the video file in format: webm mp4

Опыт, показывающий ускорение ультразвуком перемешивания двух жидкостей — подкрашенной и прозрачной

Ультразвук применяют для ускорения и интенсификации физико-химических процессов в жидкостях. В ультразвуковом поле возникает кавитация^[1], акустические течения и другие эффекты, способствующие быстрому перемешиванию жидкостей и соприкасающихся с ними твёрдых частиц. Размываются пограничные слои между разными жидкостями и между жидкостями и твёрдыми веществами, а процессы, идущие в этих слоях, существенно ускоряются.

Экстракция растительного сырья — отдельная сложная технология, использующая описанные здесь процессы.

Растворение

Растворение твёрдых тел — это гетерогенное физико-химическое взаимодействие твёрдого тела и жидкости, сопровождающееся переходом твёрдой фазы в раствор. Растворами называются гомогенные (т. е. однородные) смеси двух или более веществ. Наиболее распространенное агрегатное состояние растворов — жидкое.

Ультразвук применяют для ускорения растворения веществ. При этом наблюдается снижение доли осадка, идёт процесс растворения труднорастворимых веществ. Ультразвук позволяет не применять специальные растворители.

В ультразвуковом поле, возбуждаемом в жидкой среде, возникает переменное давление частиц, переменный поток в направлении распространения колебательного процесса, кавитация и др. Важнейшим нелинейным эффектом в ультразвуковом поле является кавитация. Кавитация ускоряет протекание ряда физико-химических процессов, в том числе и растворения.

Использование ультразвуковой обработки позволяет до двух порядков ускорить растворение растворимых веществ, в 10—30 раз — медленно растворимых, в 3—5 раз — малорастворимых. Например, сахар в воде с ультразвуком растворяется в 10 раз быстрее, чем обычным способом, камфора в подсолнечном масле — в 50 раз.

При воздействии ультразвука на среду динамическая вязкость полярных жидкостей уменьшается, микротрещины и поры в твердом веществе разветвляются, увеличиваются их размеры и глубина. При использовании ультразвука как средства интенсификации процесса растворения существенное значение имеют микропульсации растворителя, в особенности, если длина волны сопоставима с размерами твердых частиц или размерами микротрещин, пор, капилляров.

Растворение с ультразвуком применяется в фармацевтике, пищевой промышленности, производстве удобрений. Путем растворения могут быть получены различные водные, спиртовые, масляные растворы кристаллических веществ, растворы сухих и густых экстрактов, сиропов, пигментов и т.  п., растворы ароматических, дезинфицирующих веществ, фотографические и другие растворы.

Диспергирование

Диспергированием называют процесс получения материалов сверхтонкой дисперсности (размеры частиц измеряются в микрометрах). Диспергирование широко применяется при приготовлении лекарственных суспензий, которые отличаются равномерным распределением частиц в растворителе и продолжительностью хранения.

Ультразвуковое диспергирование позволяет получать высокодисперсные (средний размер частиц — микроны и доли микрон), однородные и химически чистые смеси (суспензии) твердых частиц в жидкостях. Диспергирование суспензий осуществляется при воздействии ультразвука на агрегаты твердых частиц, связанных между собой силами слипания, спекания или спайности. При ультразвуковом диспергировании суспензий дисперсность продукта увеличивается на несколько порядков по сравнению с традиционным механическим измельчением.

Ультразвуковое диспергирование и эмульгирование происходят под действием интенсивных ультразвуковых волн, вызывающих дробящее действие кавитации и турбулентное движение жидкостей.

Для диспергирования используют специальные приборы — ультразвуковые диспергаторы.

Эмульгирование

Эмульгирование — это процесс получения эмульсий. Осуществляется диспергированием одной жидкости в другой (например, механическим перемешиванием) или конденсацией, т. е. выделением капельно-жидкой фазы у пересыщенных паров, растворов и расплавов. Для получения эмульсий применяются различные смесители — гомогенизаторы, коллоидные мельницы.

Ультразвуковым эмульгированием называется переход одной из взаимно нерастворимых жидкостей в дисперсное состояние в среде другой под действием акустических колебаний.

Применение ультразвукового эмульгирования особо актуально для трудно смешиваемых жидкостей. Например, при смешивании нефтепродуктов, масел, жиров с водой. Этим методом удается получить стойкие эмульсии не смешивающихся обычными способами жидкостей.

Ультразвуковое эмульгирование позволяет получать высокодисперсные, практически однородные и химически чистые эмульсии. Для протекания ультразвукового эмульгирования необходима кавитация, условия возникновения и протекания которой определяют основные зависимости эмульгирования от интенсивности и частоты ультразвука, температуры, давления, наличия растворенных газов и т. п.

Процессы акустического эмульгирования перспективно использовать при мыловарении, при обезвоживании сырых нефтей и очистке нефтяных емкостей и танкеров, в технологии производства пищевых продуктов (сливочного масла, маргарина), при получении битумных (асфальтовых) эмульсий, при переработке эмульсий натурального каучука, получения консистентных смазок, охлаждающих жидкостей для металлообработки, при производстве эмульсионных красок (водо-дисперсионных, водоэмульсионных и латексных) и т. д.

Гомогенизация

Гомогенизация жиросодержащих смесей необходима для раздробления жировых шариков, при этом уменьшается их отстаивание при хранении и улучшается слияние при дальнейшем фризеровании. Гомогенизация является необходимым процессом, обеспечивающим стойкую однородность (гомогенность) многокомпонентных эмульсий в течение длительного времени (вплоть до нескольких месяцев и даже лет).

Гомогенизации обычно подвергают молоко, молочные продукты, фруктовые соки, кремы, смазки, топливо, лаки, т. е. эмульсии и суспензии всех видов.

В процессе гомогенизации частицы измельчаются до одного микрона, равномерно распределяясь в массе продукта. Гомогенизация молочных продуктов, таких как комбинированное масло, мороженое, соусы, подразумевает создание средних и тонких эмульсий. Разнородные компоненты этих продуктов под действием гомогенизации тонко распределяются друг в друге, создавая при этом устойчивую эмульсию. Гомогенизация пастообразных продуктов подразумевает создание однородной массы. Гомогенизированный продукт не расслаивается при длительном хранении, пригоден для транспортировки, сохраняя при этом свои качества.

Ультразвук ускоряет и качественно улучшает процесс гомогенизации. Под действием ультразвука оболочки жировых шариков (так называемые липидные оболочки) разрываются, шарики теряют устойчивость и делятся.

Ультразвуковая обработка позволяет не только гомогенизировать молочный жир, с ее помощью можно диспергировать в молоке различные добавки, например, растительный жир, сиропы, порошки, в том числе диспергировать сухое молоко, разрушая комки сухого вещества и ускоряя его растворение.

Распыление

Распыление жидкостей с помощью ультразвука применяется для создания тонких аэрозолей, туманов, чего нельзя добиться другими способами распыления.

Ультразвуковое распыление — одно из перспективных направлений деятельности нашей фирмы. Опыты с различными способами передачи ультразвука на распыляющую поверхность можно посмотреть на видео:

Your browser doesn’t support <video> tag. But you can download the video file in format: webm mp4

Распыление с поверхности алюминиевой банки, помещённой в ультразвуковую ванну

Your browser doesn’t support <video> tag. But you can download the video file in format: webm mp4

Распыление с внутренней поверхности трубы, здесь ультразвуковые колебания передаются на трубу, и она становится ультразвуковым излучателем

См. также

• Экстракция
• Осветление и коагуляция
• Флотация
• Дегазация
• Обеззараживание

Примечания

1. ^ Кавитацией называется процесс образования полостей и пузырьков в ультразвуковом поле во время фазы растяжения, имеющейся в переменном звуковом давлении. Во время фазы сжатия эти полости и пузырьки захлопываются, порождая микроударные волны, нарушающие целостность прилегающих веществ. Проявляется кавитация в виде шипящего шума, возникающего в жидкости при определенном значении интенсивности ультразвукового поля.

УЗИ органов малого таза | Cedars-Sinai

Ваш врач запросил УЗИ органов малого таза. Ультразвук — это безопасная и безболезненная процедура, при которой звуковые волны позволяют «заглянуть» внутрь вашего тела. УЗИ органов малого таза может помочь определить причину боли или кровотечения в репродуктивных органах. В центре визуализации Cedars-Sinai S. Mark Taper Foundation работает специализированная команда врачей, медсестер и лаборантов, являющихся экспертами в области ультразвуковой радиологии.

• Почему стоит выбрать Центр визуализации S. Mark Taper Foundation для УЗИ?

Перед экзаменом

• _{^{Выпейте 32 унции (четыре стакана) воды за час до экзамена.}}
• Вы можете пойти в ванную, чтобы справить нужду, пока вы продолжаете пить воду.
• Если вам также предстоит УЗИ брюшной полости, не принимайте пищу и не пейте в течение 8 часов до исследования. Вода и лекарства в порядке.
• Если ваш врач дал вам предписание, возьмите его с собой.
• Мы хотим сделать ваше ожидание максимально приятным. Пожалуйста, подумайте о том, чтобы взять с собой свой любимый журнал, книгу или музыкальный проигрыватель, чтобы скоротать время, когда вам, возможно, придется подождать.
• Пожалуйста, оставьте свои украшения и ценные вещи дома.

Во время осмотра

• _{^{По прибытии вас попросят переодеться в больничную одежду.}}
• В кабинете для осмотра врач-сонографист объяснит ход процедуры и ответит на любые ваши вопросы.
• Вы будете лежать на спине на столе для осмотра.
• Техник нанесет теплый гель на кожу нижней части живота. Гель похож на гель для укладки волос и помогает звуковым волнам проходить от машины к животу.
• Преобразователь, небольшое устройство, похожее на микрофон, размещается над исследуемой областью. Это произойдет несколько раз. Вы почувствуете легкое давление датчика и некоторый дискомфорт от полного мочевого пузыря.
• Звуковые волны будут отражаться от органов и тканей вашего тела. Это создает «эхо». Эхо-сигналы отражаются обратно к преобразователю. Телевизионный монитор показывает изображения, когда преобразователь преобразует эхо-сигналы в электрические сигналы.
• Эти движущиеся изображения могут быть немедленно просмотрены, записаны или сфотографированы для дальнейшего изучения.
• Обычно, в дополнение к обычному трансабдоминальному УЗИ органов малого таза, женщинам будет проводиться трансвагинальное УЗИ для дополнительной оценки репродуктивных органов.
• Ваш экзамен займет примерно 45 минут. Ваш визит продлится около 1-1/2 часов.

После обследования

• _{^{Врач-рентгенолог проверит ваше исследование, и результаты будут отправлены вашему врачу. Ваш врач обсудит эти результаты с вами.}}
• Если у вас есть проблемы, связанные с процедурой, позвоните по номеру 310-423-8000.

Маршруты и парковка

Для получения информации о проезде и парковке нажмите на эту ссылку.

Чтобы получить дополнительную информацию или записаться на прием, позвоните по телефону 310-423-8000.

Центр визуализации S. Mark Taper Foundation предоставляет полный спектр передовых методов визуализации, как радиологии, так и кардиологии, а также интервенционной радиологии и интервенционной терапии опухолей (онкологии) в большей части Лос-Анджелеса, включая Беверли-Хиллз, Энсино, Мид-Ситис, Шерман-Оукс, Сильвер-Лейк, Студио-Сити, Толука-Лейк и Западный Голливуд.

Обзор ультразвуковой технологии очистки воды

Мэтью Тейлор, младший научный сотрудник и писатель Save The Water™ | 30 марта 2021 г.

Не каждая технология очистки воды эффективно подходит для конкретной ситуации. Например, их способность удалять некоторые загрязняющие вещества из воды, их стоимость и их производительность ограничивают их. Нам нужны новые технологии для решения этих проблем. Ультразвуковая технология может обеспечить решение.

Что такое ультразвуковая технология?

Ультразвуковая технология работает на основе ультразвуковых волн. Это высокочастотные волны, которые человек не слышит, обычно 20 кГц и выше. Ультразвуковые устройства производят эти волны, которые проходят через воду как волны давления. Устройства, называемые преобразователями, преобразуют электрическую энергию в вибрацию. Преобразователи чаще всего производят эти волны.

Существует два типа преобразователей: пьезоэлектрические преобразователи и магнитострикционные преобразователи. В пьезоэлектрических преобразователях вибрация создается с помощью пьезоэлектрических кристаллов. Эти кристаллы вибрируют, когда через них проходит электричество. В магнитострикционных преобразователях электрический ток проходит через катушки, которые образуют магнитное поле. В результате сердцевина преобразователя расширяется и сжимается.

Как очищается вода?

Ультразвуковые устройства создают волны давления. Эти волны состоят как из положительного, так и из отрицательного давления, которые чередуются циклами. В воде, когда давление превышает предел прочности воды на растяжение, то есть ее способность сопротивляться силе, стремящейся разорвать ее на части, начинает происходить процесс, называемый кавитацией.

При кавитации образуются пузырьки, растут, а затем взрываются. Внутри пузырьков давление и температура достигают огромных уровней. Когда они взрываются, они выделяют большое количество энергии в виде ударной волны. Эти ударные волны могут разрушать органические вещества. Таким образом, ультразвуковая технология может бороться с бактериальным и водорослевым загрязнением воды. Мы могли бы использовать ультразвуковую технологию, например, для уменьшения вредоносного цветения водорослей в Великих озерах.

Ультразвуковые волны могут генерироваться непрерывно или импульсно. При очистке воды их чаще производят непрерывно, чтобы они могли более эффективно очищать воду. Пузырьки, которые формируются пульсирующими ультразвуковыми волнами, производят меньше энергии, когда они лопаются, что делает их менее эффективными.

Каковы преимущества использования ультразвуковой технологии в очистке воды?

Ультразвуковая технология имеет ряд преимуществ при очистке воды:

• Снижение мутности : Мутность означает, насколько прозрачна вода. Ультразвуковая технология может помочь сделать воду менее мутной, снизив ее мутность. Исследование 2011 года показало, что ультразвуковые волны могут снизить мутность на целых 76%.
• Дезинфекция воды : Ультразвуковые волны очень эффективны для борьбы с бактериальным и водорослевым загрязнением воды. Пузырьки, образующиеся в процессе кавитации, достигают температуры в тысячи градусов и давления в тысячи атмосфер. Возникающий в результате взрыв и последующая ударная волна, стресс и резкое изменение температуры убивают бактерии. В результате это ограничивает способность бактерий размножаться. А 19Исследование 97, например, показало, что после 15 минут воздействия ультразвука 80% бактерий E. coli в питьевой воде погибли.
• Разложение органических загрязнителей : Ультразвуковая технология может разрушать органические загрязнители, кроме бактерий и водорослей. Он также может разрушать органические загрязнители, такие как пестициды, фенол и даже взрывчатые вещества. Например, исследование 2004 года показало, что ультразвуковые волны почти полностью разлагают некоторые углеводороды, в том числе нафталин и аценафтилен, в воде.

Будущие разработки ультразвуковой технологии

Ультразвуковая технология также имеет недостатки, которые исследователи должны устранить, прежде чем она сможет получить более широкое распространение:

• Новая технология : Исследователям необходимо провести дополнительные исследования и анализ, чтобы упростить проектирование ультразвуковых систем.