بررسی آزمایشگاهی امواج مافوق صوت در اختلاط در مقیاس میکرو در راکتورهای بهم خورده مجهز به پره راشتن

التراسونیک به عنوان یک تکنولوژی جدید عبارت است از کاربرد امواج مکانیکی-صوتی با فرکانسی بالاتر از حد شنوایی انسان. این روش تاثیر چشمگیری بر سرعت فرآیندهای مختلف در صنایع شیمیایی از جمله امولسیون سازی، کریستالیزاسیون، رسوب، استخراج، تصفیه فاضلاب، واکنش های شیمیایی، اختلاط و جلوگیری از گرفتگی غشاء دارد. در این کار، مطالعه ای بر روی یک راکتور التراسونیک جدید با کیفیت و بازدهی بالایی از اختلاط در مقیاس ماکرو و میکرو انجام شده است. در این راکتور جدید، آرایشی نو از مبدل پیزوالکتریک با فرکانس بالای mhz 7/1 مورد استفاده قرار گرفته است. کیفیت اختلاط ماکرو با مشاهده عینی مورد مطالعه قرار گرفته است و با توجه به تصاویر بدست آمده مشاهده می شود که ماده ی ردیاب در مدت کوتاه چند ثانیه (به دلیل ایجاد جریان های صوتی) در سراسر ظرف پراکنده شده است. هم چنین این تصاویر توسط نرم افزار scion image آنالیز شده است که همان نتایج بدست آمده از تصاویر و نحو ه ی پراکندگی جوهر در ظرف راکتور با افزایش زمان را به صورت کمی بیان می کند. برای تعیین کیفیت اختلاط در مقیاس میکرو، واکنش دوشمان (یدید-یدات) که همراه با واکنش خنثی سازی است، مورد آزمایش قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد با افزایش تعداد پیزو الکتریک های فعال در سیستم مقدار شاخص جدایی و هم چنین زمان اختلاط به شدت کاهش می یابد. علاوه برآن، اثر ویسکوزیته مایع بر شاخص جدایی (xs) مورد مطالعه قرار گرفته است و مشاهده شده است که با افزایش ویسکوزیته مایع، به دلیل کاهش سطح نوسان گردابه ها اختلاط در مقیاس میکرو بازده پایین تری دارد. بنابر این اختلاط بین واکنش دهنده ها مطلوب نخواهد بود. با این حال افزایش تعداد (قدرت التراسونیک) پیزوالکتریک هنوز اثر قوی بر اختلاط در مقیاس مولکولی برای هر مقدار گرانروی مایع دارد. علاوه بر آن، عملکرد این راکتور، با یک راکتور مجهز به همزن مکانیکی (راشتن) مقایسه شده است. نتیجه ای که به دست آمده است، نشان می دهد که برای یک مقدار مشخص شاخص جدایی راکتور التراسونیک توان مصرفی پایین تری دارد. نتایج حاصل نشان می-دهد که این راکتور توسعه یافته قادر به ایجاد اختلاطی در مقیاس ماکرو و میکرو است که به صورت قابل قبولی در راکتور صورت می گیرد و باعث کاهش توان مصرفی و کاهش قابل ملاحظه ای در مدت زمان فرآیند تولید می شود. هم چنین این روش برای مایعاتی با ویسکوزیته بالا که اختلاط توسط همزن مکانیکی کلاسیک احتیاج به انرژی زیادی دارد، می تواند جایگزین جالبی باشد. در نهایت این راکتور با استفاده از نرم افزار fluent به صورت سه بعدی جهت فهم بهتر پدیده اختلاط، بررسی الگوی رژیم جریان تحت اثر امواج التراسونیک، جریان صوتی ایجاد شده و هم چنین پیش بینی نواحی که پدیده ی کاویتاسیون رخ می دهد مدلسازی شده است و نتایج بدست آمده از مدل، با مدل ریاضی ارائه شده توسط frenkel برای جریان های صوتی امواج التراسونیک فرکانس بالا، مقایسه شده است که موافقت خوبی با این مدل ریاضی مطرح شده داشته است.