Aplicação de forte processador de ultra-som na área química

Aplicação de forte ultra-som na área química

Também conhecida como "aplicação activa de ultra-sons de alta potência", é uma técnica que utiliza ultra-sons fortes para actuar na matéria para alterar ou acelerar a alteração de algumas propriedades físicas, químicas e biológicas ou estado da matéria. A aplicação de ultra-som forte na indústria química fez novos desenvolvimentos nos últimos anos, mostrando uma perspectiva ampla. Este trabalho pretende rever a aplicação do ultra forteSonic na indústria química, com vista a atrair a atenção no campo químico para aplicações ultra-sônicas fortes.

1. Visão geral do mecanismo ultra-sônico forte

Quando uma certa intensidade de ondas ultrassônicas se propaga através do meio, produzirá uma série de efeitos como mecânica, calor, óptica, eletricidade e química. Esses efeitos são resumidos e possuem três funções básicas.

1. Ação mecânica. Ondas ultra-sônicas são uma forma de propagação de energia mecânica que está relacionada a processos passivos e produz vibrações lineares alternadas. Esta energia mecânica reflecte-se principalmente na vibração, choque de aceleração e tensão de pressão de corte equivalente entre os pontos de massa do meio. Se 28khz, a intensidade sonora de 1W / cm2 se propaga na água, o valor de pressão sonora produzido é de 242kpa, o que significa que 28.000 vibrações são geradas sob a pressão de 242kpa e a aceleração máxima é de 2000 vezes a aceleração da gravidade. .

2. Cavitação Quando uma certa intensidade de ondas ultrassônicas se propaga no meio líquido, a oscilação, o aumento, a contração e o colapso das microbolhas no líquido causam uma forte onda de choque no líquido próximo à bolha, formando uma temperatura extremamente alta e alta pressão do líquido. ponto local e bolhas de cavitação. No momento do colapso, uma alta temperatura de 5000k ou mais e uma alta pressão de cerca de 50mpa são geradas em um pequeno espaço ao redor dela. A taxa de mudança de temperatura é de 109k / s, e é acompanhada por uma forte onda de choque e um microjet com uma velocidade de 400km por hora. Esta alta tensão extrema, alta temperatura e alta O jato é gerado por dezenas de milhares de ações contínuas por segundo. A cavitação ultra-sônica causa o efeito de turbulência, o efeito de perturbação, o efeito de interface e o efeito de coleta de energia. O efeito de turbulência torna a camada limite mais fina e aumenta a taxa de transferência de massa; o efeito de perturbação aumenta a difusão dos microporos; o efeito de interface aumenta a área da superfície de transferência de massa; o efeito de concentração de energia expande a separação das moléculas de matéria e fortalece a separação química e o fortalecimento como um todo. A taxa de transferência de massa e o efeito do processo. Portanto, a cavitação é o traço mais básico do ultra-som forte.

3. Aqueça a ação. Ondas ultra-sônicas se propagam através do meio, e sua energia vibracional é constantemente absorvida pelo meio em energia térmica, o que aumenta sua temperatura. A energia acústica é absorvida para causar aquecimento local no meio, aquecimento local fora do limite e aquecimento localizado na frente de onda quando o choque é formado.

aplicação principal

A primeira aplicação de ultra-som em bioquímica deve ser o uso de ultra-som para esmagar a parede celular para liberar seu conteúdo. Estudos subseqüentes mostraram que o ultra-som de baixa intensidade pode promover processos bioquímicos, como a irradiação de nutrientes líquidos com ultra-som pode aumentar a taxa de crescimento de células de algas, aumentando assim a quantidade de proteína produzida por essas células por um fator de três.

A densidade de energia do campo sonoro ultrassônico é expandida em um trilhão de vezes em comparação com a densidade de energia da bolha de cavitação, causando uma enorme concentração de energia; o fenômeno sonoquímico e a sonoluminescência causada pela alta temperatura extrema e alta pressão gerada pela bolha da cavitação é uma forma única de energia e troca de material em sonoquímica. Portanto, ultra-som na extração química, produção de biodiesel, síntese orgânica, tratamento de microorganismos, degradação de poluentes orgânicos tóxicos, taxa de reação química e rendimento, eficiência catalítica do catalisador, tratamento de biodegradação, anti-incrustação e decapagem ultrassônica, cominuição de células biológicas, dispersão e coagulação e reações químicas acústicas têm um papel crescente.

dois. Química ultra-sônica

1. ultra-sônico reforça a reação química.

O ultra-som aumenta as reações químicas. A principal força motriz vem da cavitação ultrassônica. O colapso do núcleo de cavitação produz altas temperaturas locais, altas pressões e fortes ondas de choque e microjatos, proporcionando um ambiente físico-químico novo e muito especial para reações químicas que são difíceis ou impossíveis de alcançar em condições normais.

2. Reação catalítica ultra-sônica.

Como um campo de pesquisa emergente, a reação catalítica ultrassônica tem atraído cada vez mais interesse dos participantes do setor. Os principais efeitos do ultra-som na reação catalítica são:

(1) As condições de alta temperatura e alta pressão facilitam a clivagem dos reagentes em radicais livres e carbono divalente para formar uma espécie de reação mais ativa;

(2) A onda de choque e o micro-jato têm uma ação de dessorção e limpeza em uma superfície sólida (como um catalisador) e podem remover produtos de reação de superfície ou intermediários e uma camada de passivação de superfície de catalisador;

(3) Ondas de choque podem danificar a estrutura dos reagentes

(4) um sistema de reação dispersa;

(5) cavitação ultra-sônica da superfície do metal, a onda de choque provoca a deformação da treliça de metal e a formação da zona de tensão interna, e melhora a reatividade química do metal;

6) fazendo com que o solvente penetre profundamente no sólido, resultando em uma reação de inclusão;

(7) Melhorar a capacidade de dispersão do catalisador.

Na reação catalítica homogênea ultrassônica, mais pesquisas são feitas sobre a isomerização de olefinas usando compostos carbonílicos metálicos como catalisadores. Suclick et al. estudou em detalhes a reação de isomerização de 1-penteno a 2-penteno por Fe (co) 5 sob condições ultra-sônicas, e descobriu que a taxa de reação sob condições ultra-sônicas foi aumentada em 105 vezes em comparação com nenhum ultrassônico. Suclik et al. Acreditamos que a alta temperatura e a alta pressão gerada pelo colapso das bolhas ultrassônicas de cavitação e o rápido resfriamento do ambiente circundante são benéficas para a dissociação de Fe (CO) 5 e a formação das espécies ativas mais altas Fe3 (C0) 12.

Mai, Tsev, da antiga União Soviética, estudou o efeito do ultra-som em processos catalíticos heterogêneos anteriormente e descobriu que o ultrassom pode aumentar a conversão por passagem em quase 10 vezes, o que se acredita que aumente a dispersão do catalisador. Nos últimos anos, Han et al. investigou a reação Reformatsky sob a ação de baixa intensidade ultra-sônico (≤10W / cm2) e descobriu que o rendimento da reação atingiu 90% após 30 minutos de ultra-som. Mais importante, já não é necessário preparar um pó de zinco altamente activo, reduzindo o cloreto de zinco anidro, e já não é necessário utilizar borato de trimetilo. Suslick et al. estudaram a reaco a uma intensidade sonora de 50 W / cm 2 e verificaram que a mistura foi submetida a ultra-sons a 25 durante 5 min, o rendimento foi superior a 95% e o cocatalisador mostrou estar no rendimento e tempo de reaco. sem efeito. Suslick et al. estudou em detalhe a reação de hidrogenação do pó de níquel como catalisador e descobriu que sua reatividade aumentou em 5 ordens de magnitude sob a ação do ultra-som.

É bem conhecido que o pó de níquel vulgar tem fraca actividade catalítica para a hidrogenação de olefinas e é geralmente difícil realizar a reacção após cerca de 300 horas. No entanto, após o pó de níquel ter sido tratado por ultra-som, a reação começou rapidamente, e a taxa de reação aumentou primeiro com o prolongamento do tempo de tratamento ultra-sônico e, em seguida, diminuiu gradualmente. Ronmy e Price estudaram a auto-oxidação de alquil-nitrobenzeno em catálise de base de transferência de fase. Verificou-se que a taxa de reacção aumentou acentuadamente sob acção ultra-sónica, o tempo de reacção foi encurtado em 2 h, a selectividade ácida foi significativamente melhorada e o produto continha uma grande quantidade de grupo nitro. O ácido benzóico é formado.

ultra-sônico também mostra vantagens únicas na ativação, regeneração e preparação de catalisadores. A Universidade de Illinois desenvolveu um banho de lavagem ultrassônico que pode ser usado para remover o filme de óxido na superfície do pó de níquel para ativar o catalisador de níquel. Henry, uma empresa da Exxon nos Estados Unidos, informou que o catalisador de níquel-molibdênio desativado permanente usado no hidrocraqueamento pode ser regenerado por ondas ultra-sônicas. Recentemente, Suslick et al. estudou a interação de fe (Co) 5 e Co (C0) 3 sob a ação do ultra-som. Verificou-se que um catalisador de liga de Fe-Co em escala nanométrica foi formado sob forte ação ultra-sônica, que tem uma solução de desidrogenação para ciclohexano. Alta atividade, mecanismo detalhado está sob investigação adicional.

3. química de polímero ultra-sônico

A aplicação da química de polímeros positivos ultra-sônicos tem atraído atenção generalizada. Tratamento ultra-sônico pode degradar macromoléculas, especialmente a degradação de polímeros de alto peso molecular é mais significativa. Celulose, gelatina, borracha e proteína podem ser bem degradadas após a sonicação. Actualmente, o mecanismo da degradação ultra-sónica é geralmente considerado devido ao efeito da força e da alta pressão do estouro da bolha de cavitação, e a outra parte da degradação pode ser devida ao calor. Sob certas condições, o poder ultra-sônico também pode iniciar a polimerização. A irradiação ultra-sônica forte pode iniciar a copolimerização de álcool polivinílico e acrilonitrila para preparar o copolímero em bloco, e a copolimerização de acetato de polivinila e óxido de polietileno para formar um copolímero enxertado.

4. Melhoramento de campo ultra-sônico da nova tecnologia de reação química

A combinação de nova tecnologia de reação química e aprimoramento de campo ultra-sônico é outra direção de desenvolvimento potencial no campo da química ultra-sônica. Por exemplo, um fluido supercrítico é usado como um meio, e uma reação catalítica aprimorada é realizada usando um campo ultra-sônico. Por exemplo, um fluido supercrítico tem uma densidade semelhante a líquido e uma viscosidade semelhante a gás e um coeficiente de difusão, o que o faz dissolver-se como um líquido, e a capacidade de transferência de massa é equivalente a um gás. O uso de fluidos supercríticos com boas propriedades de solubilidade e difusão pode melhorar a desativação de catalisadores heterogêneos. No entanto, se pode ser reforçada pelo campo ultra-sônico, é sem dúvida a cereja no topo do bolo. A onda de choque e o microjato gerado pela cavitação ultra-sônica podem não apenas aumentar consideravelmente o fluido supercrítico para dissolver algumas substâncias que desativam o catalisador, mas também desempenham o papel de dessorção e limpeza, mantendo o catalisador ativo por um longo tempo e também tem o efeito de agitação. A dispersão do sistema reagente faz com que a taxa de transferência de massa da reação química do fluido supercrítico atinja um nível mais alto. Além disso, a alta temperatura local e a alta pressão formadas pela cavitação ultrassônica facilitarão a clivagem dos reagentes em radicais livres, acelerando bastante a taxa de reação. Atualmente, existem muitas pesquisas sobre reações químicas com fluidos supercríticos, mas há poucos estudos sobre o uso de campos ultrassônicos para melhorar essas reações.

3. extração avançada ultra-sônica

1, extração sólido-líquido

Extração sólido-líquido é muitas vezes referida como extração na indústria química de alimentos, isto é, extrair componentes úteis de materiais com um solvente adequado, e tratamento térmico ou agitação mecânica é usado para melhorar o processo. Verificou-se que a aplicação de energia de ultra-sons pode melhorar significativamente e melhorar o processo de extração. . O efeito de perturbação do ultra-som aumenta a permeabilidade do solvente para as células do extrato e aumenta o processo de transferência de massa. Outro efeito do ultra-som é que a forte força de cisalhamento gerada pela cavitação ultrassônica pode romper a parede celular da planta e tornar as células facilmente liberadas. Contenção, isso foi confirmado a partir do estudo de ultra-som para aumentar a taxa de extração de açúcar de beterraba sacarina. A extração sólido-líquido ultra-sônica também é aplicada à extração de ácido salicílico, berberina e repolho da medicina chinesa. O método de refluxo de álcool, que é normalmente usado para extrair repolho em temperatura ambiente, pode obter mais de 50% de rendimento de extração sob tratamento ultra-sônico em metade do tempo de extração. A transferência efetiva de massa e a ruptura celular são mais uma vez provadas como as principais razões para a extração aprimorada. .

O efeito do ultra-som na extração de proteína de soja desengordurada tem sido estudado. A irradiação do campo sonoro de 20 kHz e 50 W pode melhorar o processo contínuo de extração do leite de soja. Ultrapassa qualquer tecnologia de viabilidade anterior e obtém extração eficiente, e a tecnologia foi expandida. Vá para a fábrica experimental.

O primeiro passo no fabrico do chá instantâneo é extrair os sólidos de chá das folhas de chá e depois remover a água da solução de chá pura por secagem por pulverização para obter o chá instantâneo. Ultrassônico a 60 ° C pode aumentar a extração em 20%. Extração ultra-sônica é mais eficiente que a extração de calor convencional e encurta o tempo de extração. A maior parte do material é extraída nos primeiros 10 minutos do processo.

A pepsina hipertensiva é uma importante matéria-prima utilizada no processamento da emulsão em queijo. Pode ser extraído do estômago dos mamíferos. O rendimento de extração é melhorado com sucesso usando 19,2 kHz e 3,34 W / cm2 por 45 min. 150g de bardana só pode extrair 30,60g de pepsina sem ultra-som, e extração ultra-sônica pode chegar a 47,81g, e a atividade de protease é ligeiramente melhorada pela extração ultra-sônica em comparação com o método comum.

Exemplos da aplicação de extração sólido-líquido aprimorada por ultra-som em processos químicos são:

(1) Ao extrair asfaltenos do xisto betuminoso com 8 solventes como o benzeno, a taxa de extração é 24 vezes maior do que o método de extração de gordura da Soxhlet sob a ação de 50 kHz e 400 W; (2) Hidróxido de sódio e cloração Quando a solução mista de amônio é lixiviada do zinco contido no zinco contendo minério de zinco a 17,3%, a taxa de lixiviação pode ser bastante acelerada usando 22 kHz, 100 W de ultra-som;

(3) irradiação do campo sonoro a uma frequência de 20 khz, potência de 100 W e 600 W pode aumentar a taxa de piretrina na extração de piretro em pó a partir de n-hexano;

(4) 24kHz, (positiva e negativa de 2.5kHz) A irradiação ultra-sônica de 120W é aplicada à extração de metanol do benzopireno (a) em amostras ambientais, e há uma taxa de extração incomparável por sublimação a vácuo;

(5) 18,5 kHz, 250 W de alta intensidade campo de ultra-som de inserção de cabeça única grande pode aumentar a taxa de extração de ouro por cianetação;

(6) 20 kHz ultra-sônico foi usado para extrair os alcalóides totais de Motherwort e a extração foi maior do que o método de refluxo geral, e o tempo de extração foi encurtado. A taxa de extração após a extração pelo método de refluxo por 2 horas foi de 0,176%, e a taxa de extração após a extração ultrassônica por 40 minutos alcançou 0,248%.

2, extração líquido-líquido

A extração líquido-líquido envolve o processo de transferência de massa entre duas fases orgânica e aquosa mutuamente incompatíveis. O efeito interfacial causado pela cavitação da onda ultra-sônica aumenta a área de contato entre as duas fases, e o efeito de turbulência causado pela onda de choque quando a cavitação colapsa elimina o retardo da junção bifásica, aumentando a extração líquido-líquido taxa. Para sistemas de extração líquido-líquido geralmente controlados pela taxa de transferência de massa, o efeito das ondas ultra-sônicas é muito significativo, especialmente no processo de extração líquido-líquido de metais na indústria metalúrgica não ferrosa, quando a freqüência ultra-sônica e a potência apropriadas são aplicadas, a velocidade de decomposição pode ser bastante aprimorada. E aumentar a taxa de extração, com 1MHz, 0,2W / cm2 de irradiação ultra-sônica por 15min, pode ser usado para separar a velocidade de separação de fases de mo e w separados por extrator de ácido fosfórico ácido por 4-5 vezes; com irradiação ultra-sônica de 20kHz, 19W / cm2 A taxa de extração de Ga pode ser aumentada em 15 vezes; a taxa de extração de Ni pode ser aumentada em 4-7 vezes com irradiação ultra-sônica de 20 khz, 47 W e agitação mecânica.

quatro. Cristalização aprimorada ultra-sônica

Um grande número de estudos experimentais mostrou que o ultra-som forte pode produzir uma precipitação rápida e suave de solutos sólidos em uma solução supersaturada e aumentar o crescimento de cristais. Já na década de 1950, uma mistura de solução de procaína e sal de penicilina foi irradiada com 10 kHz ultra-sônica para obter um precipitado cristal de penicilina procaína fino e uniforme com uma distribuição de tamanho de partícula de 5 um a 15 um, e o tamanho do produto obtido por um convencional método. Para l0um um 20um. Existem duas vantagens em utilizar o ultra-som no processo de resfriamento do metal fundido, ou seja, desgaseificar e obter grãos de cristal menores e, sob a ação das ondas ultra-sônicas, o núcleo formado entra em estado vibratório, acelerando o processo de crescimento do aço carbono. . O tratamento ultra-sônico mostra que ele pode reduzir o tamanho de grão de 200um para 25um para 30um, a ductilidade do aço carbono em 30% a 40%, e a resistência mecânica em 20% a 30%. Estudos sobre a cristalização por resfriamento de zinco metálico mostram que o tratamento ultrassônico pode aumentar a intensidade crítica de cisalhamento em 80%, e a forma cristalina do zinco metálico muda de cilíndrico para uniforme sob a ação de ondas ultra-sônicas com freqüência de 25 kHz e força de 50 W / cm2. Hexágono.

A cristalização da solução desempenha um papel importante na separação e purificação de substâncias orgânicas solúveis e sais inorgânicos. Ele não só pode separar o soluto da solução em um estado sólido, mas também porque os diferentes cristais têm diferentes redes cristalinas. Também pode ser usado para purificar materiais cristalinos. Qiu Taiqiu e outros, sob os auspícios da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, estudaram com sucesso os efeitos do ultra-som na cinética de cristalização da solução de sacarose. Eles influenciaram as propriedades físicas da solução supersaturada, nucleação e crescimento de cristais. Um estudo sistemático foi realizado. Os resultados mostram que sob a ação do campo sonoro externo, a condutividade da solução supersaturada aumenta, a viscosidade diminui, o período de indução da nucleação encurta e a estabilidade diminui. Desse modo, é vantajoso que a solução supersaturada de sacarose precipite cristais. O efeito de concentração de energia da cavitação ultra-sônica pode fornecer energia para a solução supersaturada, melhorar a energia de vibração de todo o sistema, e o efeito interfacial reduz a energia de cristalização. Como resultado, a solução supersaturada de sacarose pode alcançar a nucleação primária na região estável. Comparado com outros métodos de cristalização por estimulação e semeando métodos de cristalização, a supersaturação necessária para a nucleação ultra-sônica é menor, o núcleo cristalino obtido é mais uniforme, completo, suave, e o intervalo de distribuição do tamanho do cristal e do cristal final é pequeno e o coeficiente de variação Mais baixo. A aplicação de irradiação ultra-sônica no crescimento de cristais de sacarose tem efeitos positivos e negativos: por um lado, o efeito turbulento causado pela cavitação ultrassônica pode reduzir a espessura da camada limite e aumentar a taxa de transferência de massa; Por outro lado, a bolha de cavitação ultrassônica entra em colapso A microjet tem um efeito de eclipse na superfície do cristal, e se a intensidade for muito grande, o cristal será quebrado. Portanto, o efeito ultrassônico no crescimento do cristal está relacionado ao tamanho do cristal e ao tamanho da bolha de cavitação. Quando o tamanho do cristal é menor que o raio da bolha de cavitação, o ultra-som promove o crescimento de cristais; e quando o tamanho do cristal é maior do que o raio da bolha de cavitação, o crescimento do cristal de dano ultrassônico.

Wang Weining et al. introduziu a onda ultra-sônica com uma freqüência de 33 kHz e uma potência de 250 W no processo de cristalização de cloreto de magnésio básico (mg3 (OH) 5Cl 4H2O), que encurtou o período de indução da solução supersaturada, e o processo de cristalização mudou 12h a 4h, e a frequência ultra-sônica foi maior. Quanto mais rápida a taxa de nucleação, menor o período de indução e menor o tempo necessário para a cristalização completa. Outros exemplos de cristalização da solução fortalecendo-se ultrassonicamente, como nitrato de potássio, acetamida e tartarato de sódio e potássio.

Nas indústrias de congelamento e refrigeração de alimentos, a formação de cristais de gelo é importante para manter a qualidade original dos ingredientes alimentícios. Por exemplo, quando os frutos moles (morangos) são congelados, como os pequenos cristais de gelo granular formados no material da célula alimentar continuam a crescer, quando o tamanho do grão do cristal aumenta, eles destroem parte das paredes celulares, isto é, destroem parte a estrutura das matérias-primas. Leva-se um tempo de expansão bastante longo & quot; a partir do momento em que a água começa a cristalizar em gelo até que a comida esteja completamente congelada. Sob a ação do ultra-som, cristais de gelo cada vez mais uniformes podem ser produzidos, o tempo de expansão é encurtado, o tamanho final dos cristais de gelo é reduzido e o dano às células é reduzido. Estudos ultra-sônicos sobre os efeitos da confeitaria congelada mostraram que o tamanho das partículas dos cristais de gelo produzidos por irradiação ultra-sônica é significativamente reduzido e distribuído mais uniformemente em sólidos, o que torna mais difícil a confecção de produtos congelados. . O grau de boas-vindas e a combinação de doces congelados e alças de madeira.

V. condensação ultra-sônica

o ultra-som foi utilizado no início da década de 1940 para intensificar a coagulação de sólidos suspensos em aerossóis, e nos Estados Unidos desencadeou uma "febre espiã". em todo o país. No entanto, devido às limitações dos equipamentos ultra-sônicos, esse entusiasmo rapidamente se acalmou. Até o surgimento de equipamentos ultra-sônicos avançados na década de 1960, a coagulação ultrassônica passou a ser aplicada para a deposição de gases corrosivos, a deposição de negro de fumo e CaCO3 e o pó de cimento. Recuperação de pó de alcatrão, remoção de gás de alto forno e tratamento de gases de combustão de fornos metalúrgicos.

A fim de explicar o fenômeno da coagulação de partículas pequenas induzida por ultrassom, ou seja, o efeito de condensação do campo sonoro, os cientistas propuseram muitos modelos hipotéticos. A aglomeração ultrassônica é geralmente considerada como um processo no qual as ondas ultrassônicas passam através de um meio fluido com partículas suspensas, as partículas suspensas começam a vibrar com o meio, mas como as partículas de diferentes tamanhos começam a vibrar com o meio, as partículas de tamanhos diferentes têm diferentes A velocidade de vibração relativa, as partículas colidirão e se unirão, e o volume e peso aumentarão. Como as partículas se tornam maiores, elas não podem mais seguir a vibração acústica, mas só podem ser usadas para movimentos irregulares e continuarem colidindo e colando. Ele fica maior e finalmente se acalma. Kotyasov e Newtson apontaram que o modelo acima só pode explicar o efeito de condensação do campo sonoro de suspensões de múltiplos tamanhos, e não é convincente enfrentar um sistema de suspensão de tamanho único. Com base nisso, eles propõem uma interpretação do efeito de condensação de campo sonoro baseado no modelo de ação coletiva de partículas. O modelo considera não apenas a interação entre duas partículas, mas a força total entre todas as partículas. Sob a ação do campo sonoro, na região onde a densidade das partículas dispersas aumenta, a área efetiva da seção transversal da fase dispersa para a fase dispersa diminui, resultando em um aumento na taxa de fluxo da fase dispersa em relação à as partículas, acompanhadas por um aumento na taxa de dispersão entre as substâncias dispersas. A pressão é aumentada, de modo que a densidade de partículas sólidas é ainda aumentada e, como resultado, o processo de coagulação é acelerado. De acordo com este modelo, uma série de relações entre o incremento de instabilidade do sistema de suspensão e a freqüência ultra-sônica e a potência ultra-sônica é introduzida, e os fatos experimentais são verificados.

Sexto, ultra-som filtração avançada e desidratação

A mistura é frequentemente filtrada durante a separação química para remover partículas sólidas e purificar a solução. Métodos de filtração convencionais tendem a causar partículas minúsculas para entupir o filtro e a membrana do filtro deve ser substituída com freqüência. Irradiação ultra-sônica tem dois efeitos especiais que ajudam a melhorar a técnica de filtragem. O efeito de condensação do campo de som pode causar a agregação de partículas finas para acelerar a taxa de filtragem. A segunda é que o efeito de absorção de energia ultra-sônica fornece energia de vibração suficiente para o sistema. Parte das partículas são deixadas a flutuar no filtrado, proporcionando uma passagem mais livre para lavagem. Estudos mostraram que a filtração reforçada por ultra-sons (isto é, "filtração acústica") pode reduzir rapidamente o teor de água da pasta de carvão contendo 50% de água para 25%, enquanto a filtração convencional pode atingir apenas 40%. A "filtração electro-acústica" combinado com o campo elétrico aprimorado e campo de som pode aumentar o grau de secagem de lama de carvão em 10%. Quando a tecnologia de filtração eletroacústica foi aplicada para filtrar o suco de maçã da polpa, o teor de umidade da polpa diminuiu dos 85% iniciais para 38%, enquanto o método convencional reduziu apenas o teor de água para 50%.

Nas indústrias de rocha de carvão, minerais e química, o material sólido separado por sedimentação, filtração, etc. deve remover a umidade do material tanto quanto possível antes da secagem, economizando energia para a etapa de secagem. O campo de som melhorou a transferência de calor e a transferência de massa. Swamy et al. estudaram a remoção de siderita saturada com água, areia e serragem por desidratação centrífuga sob irradiação de campo de som de alta intensidade de 139dB (cerca de 100W) e 98kHz. A umidade no material mostra que quando a desidratação centrífuga é aplicada à onda sônica, o conteúdo final de água obtido por desidratação centrífuga sem onda sonora pode ser de 25% a 95% sob condições diferentes, e a temperatura crítica também é diminuída.

7. Campo de som de adsorção e dessorção aprimoradas

Adsorção e dessorção têm sido amplamente utilizadas em indústrias químicas, alimentícias, metalúrgicas e outras, desempenhando um papel cada vez mais importante na separação e purificação. Adsorção e dessorção são um par de processos recíprocos. Sob a cavitação ultrassônica, o campo sonoro aumenta a taxa na qual o adsorbato se difunde em direção ao adsorvente; por outro lado, reduz a força de van der Waals entre o adsorbato e o adsorvente. O primeiro tem um efeito positivo e fortalece a adsorção; o último tem um efeito negativo e fortalece a dessorção. Portanto, a seleção de parâmetros de campo de som apropriados pode aumentar a adsorção e a dessorção separadamente.

O processo ultra-sônico de adsorção aprimorada é estudado: sob a ação do poder ultra-sônico, a taxa de adsorção de álcool polivinílico, ácido acético-ácido butírico-celulose e glicose é aumentada em papel kraft e descolorado; a adsorção de fósforo no solo após o tratamento com KH2PO4 é aumentada. A quantidade de adsorção de azul de metileno por argila e carvão ativado aumentou; a taxa de adsorção do reagente orgânico em pó e A1203 em pó para os elementos limitados aumentou. No entanto, alguns estudos descobriram que quando a resina trocadora de íon fenol-formaldeído XAD-2 (AM berlite XAD-2) adsorve o ácido 4- (2-piridilazo) isoftálico (PAR), o efeito de 20 kHz ultrassônico na taxa de adsorção é menor que 21Orpm . O efeito da agitação mecânica, em que a taxa de adsorção da agitação mecânica é 2-3 vezes mais rápida que a do ultra-som.

Os primeiros estudos sobre o processo de dessorção ultra-sônica incluem: dessorção de iodo a partir de carvão ativado; Ag, Cu, etc. dessorção de Ge e Si, Krisccr e Lichtman estudaram a dessorção ultra-sônica induzida por ondas de superfície e observaram algumas substâncias adsorvidas. A dessorção é atribuída à excitação das ondas de subsuperfície.

Nos últimos anos, a regeneração de dessorção de adsorventes de águas residuais tem sido ativa. É um método simples e rápido para remover poluentes hidrolíticos orgânicos como os substitutos de fenol e fenol das águas residuais usando carvão ativado e resina de polímero, mas devido ao adsorvente e adsorvente. Há uma forte afinidade entre eles, e a regeneração de dessorção do adsorvente ainda é um problema difícil. Os métodos mais comuns para a dessorção de fenol são desorção térmica e dessorção química, mas a alta temperatura de dessorção térmica leva a uma diminuição na capacidade de troca do adsorvente após a regeneração, enquanto a dessorção química usa produtos químicos e requer duas separações após a dessorção. Atualmente, Qin et al. relataram o movimento de equilíbrio de adsorção durante a dessorção do sistema CLTBP resina-fenol sob irradiação ultra-sônica. Rege et al. estudou a taxa de dessorção de fenol a partir de duas resinas poliméricas quando dessorvidas a partir de carvão ativado sob a ação de 40 kHz, 120 W, 1,44 MHz, 100 W e 40 kHz, 120 W, 40 kHz, 60 W. Variedade. Seus resultados mostram que sob irradiação ultra-sônica, o efeito de difusão ultra-sônico aumenta a taxa de difusão das partículas devido ao efeito de perturbação ultra-sônica, e o efeito de absorção de energia ultra-sônica reduz a energia de ativação da reação de superfície de primeira ordem. Portanto, a energia ultra-sônica pode promover o fenol a partir do carvão ativado e dessorção na resina do polímero, a taxa de dessorção é significativamente aumentada, e o efeito é mais pronunciado quando o re-energizador é aplicado a uma temperatura baixa, usando um regenerante e uma alta intensidade ultrassônica.

Oito. Conclusão

A aplicação de ultra-sons fortes compensa frequentemente as deficiências das reacções químicas convencionais e das tecnologias clássicas de separação e purificação química, e cria um método novo e eficaz para melhorar o processo de separação e purificação, o que reduz o tempo do processo e melhora o efeito do processo. Independentemente das aplicações industriais ou da pesquisa acadêmica, o ultrassônico forte terá uma perspectiva de pesquisa mais ampla na indústria química.