Осветление. 
Ультразвук в медицине, ветеринарии и биологии

Для осветления напитков, растительных масел, других жидких пищевых продуктов широко применяегся фильтрование, эффективность которого существенно повышается под влиянием ультразвука, ускоряющего транспорт сквозь пористые материалы. Кроме того, используя способность ультразвука удалять с поверхностей различные отложения, можно создавать самоочищающиеся ультразвуковые фильтры с относительно низким сопротивлением течению фильтрующимся средам, не повышающимся в процессе эксплуатации.

Самоочищающийся фильтр, принцип действия которого основан на интенсификации массопереноса в ультразвуковом поле, позволяет эффективно разделять жидкости и взвешенные в них частицы нерастворимых веществ. Конструкция фильтра дает возможность осуществлять ускоренный непрерывный процесс фильтрования, обеспечивать самоочищение фильтрующего элемента акустическими микропотоками, эвакуировать отделяемую фракцию твердых частиц, повышать экономическую эффективность производства.

Интенсификацию фильтрования обычно осуществляют, управляя образованием осадка. Однако, если не осадок, а фильтрат представляет собой производственную ценность, в ряде случаев удобно воспользоваться способами, предотвращающими образование осадка. Ультразвуковому воздействию здесь нет альтернативы.

В идеализированном случае скорость фильтрования определяют по формуле.

где V — объем фильтрата;

S — площадь фильтрующей перегородки;

t — время;

ДР — разность давлений по обе стороны фильтрующей перегородки;

Г| - вязкость жидкой фазы;

Roc — гидродинамическое сопротивление слоя осадка;

йфп — гидродинамическое сопротивление фильтрующей перегородки.

Рис. 5.5. Ультразвуковой друк-фильтр:

Очевидно, что Roc меняется в процессе фильтрования. В случае постепенного закупоривания пор Roc фильтра пропорционально объему прошедшей через фильтр жидкости в степени 3/2.

Ультразвуковая интенсификация фильтрования наиболее наглядно иллюстрируется на друк-фильтре, простом по конструкции, но с высокими требованиями к качеству фильтрата (рис. 5.5).

Эффект особенно очевиден, если задача заключается в предотвращении закупоривания пор фильтрующего элемента и ускорении процесса стерилизующего фильтрования инъекционного медицинского или ветеринарного препарата, представляющего собой раствор комплекса лекарственных веществ.

1 — выход фильтрата; 2 — вход фильтруемой жидкости; 3 — излучатель ультразвука; 4 — корпус друк-фильтра; 5 — фильтрующий элемент При фильтровании без ультразвука под действием разности давлений на фильтрующей перегородке 10⁵ Па скорость процесса за 20…30 мин уменыыается до пренебрежимо малых значений. За это время сквозь фильтрующую перегородку диаметром 32 см, типа «Владипор», с размерами пор в 0,2 мкм проходит не более 2…3 л раствора.

Под действием ультразвука с частотой 35 кГц и с плотностью энергии в объеме друк-фильтра 2…4 кВт/м³ начальная скорость фильтрования увеличивается примерно вдвое и остается на том же уровне в течение 8 ч, что позволяет за смену фильтровать около 200 л суспензии. Фармакологическая активность препарата в результате его обработки ультразвуком не меняется, а прошедшая ультразвуковой фильтр жидкость полностью обеззараживается и отвечает требованиям, предъявляемым к инъекционным препаратам.

Ультразвуковое поле в объеме друк-фильтра благодаря особой конструкции излучателя организовано так, чтобы фильтрующий элемент оказался вне зоны кавитации, а микропотоки активно смывали образующийся на фильтрующей перегородке осадок. В результате такого воздействия гидродинамическое сопротивление осадка Roc остается равным нулю в течение всего процесса фильтрования, а сопротивление фильтрующей перегородки /2ф_П уменьшается благодаря снижению диффузионных ограничений у поверхности фильтрующей перегородки.

Ультразвуковая обработка фруктовых соков и вин также способствует их осветлению, вызывая коагуляцию взвешенных органических частиц и появление большого числа центров кристаллизации, что приводит к сокращению процесса выпадения, например, избытка винного камня с 12−15 суток до 6… 10 ч.