Ультразвуковое диспергирование

Ультразвуковым диспергированием является процесс получения суспензий твердых веществ в жидкой фазе. При этом происходит переход твердого вещества в дисперсное состояние.

Степень измельчения тонкодисперсных суспензий и форма частичек играют большую роль при создании новых материалов в металлургии, машиностроении и химической промышленности.

Таким образом, главное назначение диспергирования заключается в том, чтобы создать однородные и высокодисперсные порошки, которые зачастую сложно или не возможно создать существующими в настоящее время способами (механический, электрический, химический, термический). Отличительная особенность диспергирования ультразвуковыми колебаниями высокой интенсивности это "выглаженная" поверхность, полученного порошка.

При этом удается получать самые маленькие (средний размер - микроны и доли микрон), однородные и химически чистые смеси (суспензии – твердых частиц в жидкостях).

Процесс осуществляется при воздействии ультразвукового поля на агрегаты и скопления частиц, связанных между собой силами слипания или спекания. Главное достоинство заключается в более быстром уменьшении дисперсности (на несколько порядков), чем при традиционном механическом измельчении.

Главные механизмы это ударные волны и кумулятивные струи, возникающие на поверхности частичек и распространяющиеся по трещинам и границам соединения агломератов.

Факторы, влияющие на процесс диспергирования:

1. механические свойства и структура обрабатываемого материала, состояние его поверхности, геометрическая форма (чем выше твердость, тем труднее разрушается материал);
   
2. жидкость, в которой происходит процесс, ее физико-механические и химические свойства (акустическое сопротивление, вязкость, кавитационная прочность и т.д.);
   
3. скорость потоков рабочей жидкости в объеме. В процессе диспергирования, в основном, участвуют крупные частицы, а образующиеся при обкалывании мелкие частицы отталкиваются кавитационными или пульсирующими пузырьками, скапливаются и начинают затруднять процесс диспергирования. Поэтому необходимо интенсивное перемешивание.
   
4. соотношение между статическим и звуковым давлением в обрабатываемом объеме; рекомендуемое избыточное давление в обрабатываемом объеме не должно превышать 2-3 атм.
   
5. температура обрабатываемой среды; например, в воде при нормальных условиях максимальное количество кавитационных пузырьков образуется при 40-60ºС.
   
6. частота ультразвукового воздействия; чем выше, частота, тем больше количество энергии, запасаемое в кавитационном пузырьке. Но для обеспечения того же эффекта (или той же интенсивности воздействия) при увеличении частоты в два раза необходимо увеличить мощность в четыре раза. Увеличение мощности в ряде случаев не представляется возможным.
   
7. интенсивность ультразвукового давления; должна быть не менее 5-7 Вт/см², однако увеличение интенсивности свыше 25-30 Вт/см² препятствует выходу акустической энергии и снижает эффективность диспергирования.
   
8. время ультразвукового воздействия; чем дольше время воздействия, тем лучше идет диспергирование.
   

   Вопросы ультразвукового диспергирования раскрыты в монографии "Ультразвук. Аппараты и технологии"
 В.Н. Хмелев, А.В. Шалунов, С.С. Хмелев, С.Н. Цыганок

Наша компания предлагает широкий спектр ультразвуковых аппаратов и принадлежностей к ним для ультразвукового диспергирования различных материалов (нанотрубки, уголь, волостанид, оксид аллюминия, целлюлоза и т.д.):

1) Аппараты серии «АЛЕНА» используются в мелкосерийном аптечном производстве, домашнем и сельском хозяйстве для ускорения процессов экстрагирования, эмульгирования, диспергирования, растворения в жидких и жидкодисперсных средах. Обеспечивают реализацию процессов в объемах от 0,2 до 0,5 л.
УЗТА-0,15/22-О (вариант исполнения №1)	УЗТА-0,15/22-О (вариант исполнения №2)	УЗТА-0,1/28-О (вариант исполнения №1)	УЗТА-0,15/22-ОCy
2) Многофункциональные аппараты серии «ВОЛНА» используются в условиях мелкосерийных и серийных производств для кавитационного воздействия на жидкие среды для экстрагирования, эмульгирования, диспергирования, растворения, очистки, стерилизации и т.д. Обеспечивают реализацию процессов в объемах от 0,2 до 10 л.
УЗТА-0,2/22-ОМ	УЗТА-0,4/22-ОМ (вариант исполнения №3)	УЗТА-0,63/22-ОМ	УЗТА-0,8/22-ОМУ
3) Аппараты серии «ВОЛНА-М» являются дальнейшим развитием аппаратов серии «Волна». Обеспечивают увеличенный выход энергии ультразвуковых колебаний и обработку жидких сред в режиме развитой кавитации. Могут использоваться в условиях серийных производств. Обеспечивают реализацию процессов в объемах от 2 до 20 л.
УЗТА-1/22-ОМ (вариант исполнения №1)	УЗТА-1/22-ОРв (вариант исполнения №1)	УЗТА-1/22-ОПД (вариант исполнения №1)	УЗТА-1/22-ОПД (вариант исполнения №2)
4) Аппараты серии «БУЛАВА» предназначены для высокоинтенсивной кавитационной обработки больших объемов (от 10 до 300 л) жидких и жидкодисперсных сред. Отличительной особенностью аппаратов является использование многозонных (многополуволновых) рабочих инструментов (излучателей) протяженного типа (диаметром до 70 мм и длиной до 1 метра) из титановых сплавов. Возможно совместное использование нескольких аппаратов для увеличения производительности или эффективности ультразвукового воздействия, например, при очистке промышленных стоков, разложении нефтешламов, гомогенизации, стерилизации, диспергировании, эмульгировании и т.п.
УЗТА-3/22-О	УЗТА-3/30-О	УЗТА-8/22–ОПг (вариант исполнения №1)	УЗТА-8/22–ОПг (вариант исполнения №2)