تطبيق الموجات فوق الصوتية الطاقة باستخدام أبواق بالموجات فوق الصوتية
تستخدم الأبواق أو المجسات بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع لتطبيقات معالجة السوائل المتعددة بما في ذلك التجانس ، والتشتت ، والطحن الرطب ، والاستحلاب ، والاستخراج ، والتفكك ، والذوبان ، وإزالة الهواء. تعلم أساسيات حول الأبواق بالموجات فوق الصوتية ، مجسات الموجات فوق الصوتية وتطبيقاتها.
بالموجات فوق الصوتية القرن مقابل مسبار بالموجات فوق الصوتية
في كثير من الأحيان ، يتم استخدام مصطلح القرن بالموجات فوق الصوتية والتحقيق بالتبادل ويشير إلى قضيب الموجات فوق الصوتية الذي ينقل الموجات فوق الصوتية إلى السائل. المصطلحات الأخرى المستخدمة للمسبار بالموجات فوق الصوتية هي القرن الصوتي ، sonotrode ، الدليل الموجي الصوتي ، أو الإصبع بالموجات فوق الصوتية. ومع ذلك ، من الناحية الفنية هناك فرق بين القرن بالموجات فوق الصوتية والتحقيق بالموجات فوق الصوتية.
كلاهما ، القرن والتحقيق ، يشيران إلى أجزاء من ما يسمى بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار. القرن بالموجات فوق الصوتية هو الجزء المعدني من محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية ، والذي يثار من خلال الاهتزازات المتولدة كهرضغطية. يهتز البوق فوق الصوتي بتردد معين ، على سبيل المثال 20 كيلو هرتز ، مما يعني 20000 اهتزاز في الثانية. التيتانيوم هو المادة المفضلة لتصنيع الأبواق بالموجات فوق الصوتية نظرا لخصائص النقل الصوتي الممتازة ، وقوة التعب القوية ، وصلابة السطح.
ويسمى أيضا مسبار الموجات فوق الصوتية sonotrode أو إصبع بالموجات فوق الصوتية. إنه قضيب معدني ، غالبا ما يكون مصنوعا من التيتانيوم ، ويتم ربطه بالقرن بالموجات فوق الصوتية. مسبار الموجات فوق الصوتية هو جزء أساسي من المعالج بالموجات فوق الصوتية ، الذي ينقل الموجات فوق الصوتية إلى وسط صوتي. مجسات الموجات فوق الصوتية / sonotrodes هي في أشكال مختلفة (على سبيل المثال مخروطي ، يميل ، مدبب ، أو كما Cascatrode) المتاحة. في حين أن التيتانيوم هو المادة الأكثر استخداما لتحقيقات الموجات فوق الصوتية ، هناك أيضا sonotrode مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ والسيراميك والزجاج وغيرها من المواد المتاحة.
نظرا لأن البوق والمسبار بالموجات فوق الصوتية يخضعان لضغط أو توتر مستمر أثناء الصوتنة ، فإن اختيار المواد للقرن والمسبار أمر بالغ الأهمية. تعتبر سبائك التيتانيوم عالية الجودة (الدرجة 5) المعدن الأكثر موثوقية ودائما وفعالية لتحمل الإجهاد ، والحفاظ على السعات العالية على مدى فترات طويلة من الزمن ، ونقل الخواص الصوتية والميكانيكية.
محول بالموجات فوق الصوتية UIP2000hdT مع القرن بالموجات فوق الصوتية ، الداعم ، والتحقيق (سونوترودي)
- خلط عالي القص بالموجات فوق الصوتية
- الطحن الرطب بالموجات فوق الصوتية
- التشتت بالموجات فوق الصوتية لجزيئات النانو
- استحلاب النانو بالموجات فوق الصوتية
- استخراج بالموجات فوق الصوتية
- التفكك بالموجات فوق الصوتية
- اضطراب الخلايا بالموجات فوق الصوتية والتحلل
- التفريغ بالموجات فوق الصوتية وإزالة التهوية
- سونو الكيمياء (سونو التوليف ، سونو الحفز)
كيف تعمل الموجات فوق الصوتية للطاقة؟ – مبدأ عمل التجويف الصوتي
بالنسبة للتطبيقات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء مثل التجانس أو تقليل حجم الجسيمات أو التفكك أو تشتت النانو ، يتم إنشاء الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة والتردد المنخفض بواسطة محول طاقة بالموجات فوق الصوتية وتنتقل عبر القرن بالموجات فوق الصوتية والمسبار (sonotrode) إلى سائل. تعتبر الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة الموجات فوق الصوتية في حدود 16-30 كيلو هرتز. يتوسع مسبار الموجات فوق الصوتية ويتقلص على سبيل المثال ، عند 20 كيلو هرتز ، وبالتالي ينقل على التوالي 20000 اهتزاز في الثانية إلى الوسط. عندما تنتقل الموجات فوق الصوتية عبر السائل ، فإن دورات الضغط العالي (الضغط) / الضغط المنخفض (الندرة / التمدد) بالتناوب تخلق تجاويف دقيقة (فقاعات فراغ) ، والتي تنمو على مدى عدة دورات ضغط. أثناء مرحلة ضغط السائل والفقاعات ، يكون الضغط موجبا ، بينما تنتج مرحلة التخلخل فراغا (ضغطا سلبيا). خلال دورات تمدد الضغط ، تنمو التجاويف في السائل حتى تصل إلى حجم لا يمكنها فيه امتصاص المزيد من الطاقة. في هذه المرحلة ، ينفجرون بعنف. يؤدي انفجار تلك التجاويف إلى تأثيرات مختلفة عالية الطاقة ، والتي تعرف باسم ظاهرة التجويف الصوتي / بالموجات فوق الصوتية. يتميز التجويف الصوتي بتأثيرات متعددة عالية الطاقة ، والتي تؤثر على السوائل والأنظمة الصلبة / السائلة وكذلك أنظمة الغاز / السوائل. تعرف المنطقة كثيفة الطاقة أو منطقة التجويف باسم ما يسمى بمنطقة النقطة الساخنة ، وهي الأكثر كثافة في الطاقة في المنطقة المجاورة للمسبار بالموجات فوق الصوتية وتتراجع مع زيادة المسافة من سونوترودي. تشمل الخصائص الرئيسية للتجويف بالموجات فوق الصوتية درجات الحرارة والضغوط العالية جدا التي تحدث محليا والفروق ذات الصلة والاضطرابات وتدفق السوائل. أثناء انفجار التجاويف فوق الصوتية في النقاط الساخنة بالموجات فوق الصوتية ، يمكن قياس درجات حرارة تصل إلى 5000 كلفن ، وضغوط تصل إلى 200 جو ونفاثات سائلة تصل إلى 1000 كم / ساعة. تساهم هذه الظروف المتميزة كثيفة الاستهلاك للطاقة في التأثيرات السونوميكانيكية والكيميائية التي تكثف العمليات والتفاعلات الكيميائية بطرق مختلفة.
التأثير الرئيسي للموجات فوق الصوتية على السوائل والطين هي التالية:
- القص العالي: تعمل قوى القص العالية بالموجات فوق الصوتية على تعطيل السوائل والأنظمة الصلبة السائلة مما يتسبب في إثارة شديدة وتجانس ونقل الكتلة.
- تأثير: تعمل النفاثات السائلة والتدفق الناتج عن التجويف بالموجات فوق الصوتية على تسريع المواد الصلبة في السوائل ، مما يؤدي لاحقا إلى الاصطدام بين الأجزاء. عندما تصطدم الجسيمات بسرعات عالية جدا ، فإنها تتآكل وتتحطم وتطحن وتشتت بدقة ، وغالبا ما تنخفض إلى حجم النانو. بالنسبة للمواد البيولوجية مثل المواد النباتية ، فإن النفاثات السائلة عالية السرعة ودورات الضغط المتناوبة تعطل جدران الخلايا وتطلق المواد داخل الخلايا. وهذا يؤدي إلى استخراج عالي الكفاءة للمركبات النشطة بيولوجيا والخلط المتجانس للمادة البيولوجية.
- التحريض: الموجات فوق الصوتية يسبب اضطرابات شديدة ، وقوى القص والحركة الدقيقة في السائل أو الطين. وبالتالي ، فإن صوتنة يكثف دائما نقل الكتلة ويسرع بالتالي ردود الفعل والعمليات.
القرن بالموجات فوق الصوتية
تنتشر تطبيقات الموجات فوق الصوتية الشائعة في الصناعة عبر العديد من فروع الأغذية & فارما ، كيمياء دقيقة ، طاقة & البتروكيماويات وإعادة التدوير والمصافي الحيوية وما إلى ذلك وتشمل ما يلي:
- تخليق وقود الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية
- التجانس بالموجات فوق الصوتية لعصائر الفاكهة
- إنتاج اللقاحات بالموجات فوق الصوتية
- إعادة تدوير بطارية ليثيوم أيون بالموجات فوق الصوتية
- التوليف بالموجات فوق الصوتية للمواد النانوية
- صياغة بالموجات فوق الصوتية من المستحضرات الصيدلانية
- استحلاب نانو بالموجات فوق الصوتية لاتفاقية التنوع البيولوجي
- استخراج بالموجات فوق الصوتية من النباتات
- إعداد عينة بالموجات فوق الصوتية في المختبرات
- إزالة الغازات بالموجات فوق الصوتية من السوائل
- إزالة الكبريت بالموجات فوق الصوتية من النفط الخام
- وغيرها الكثير ...
أبواق وتحقيقات بالموجات فوق الصوتية للتطبيقات عالية الأداء
Hielscher Ultrasonics هي شركة تصنيع وتوزيع الخبرات الطويلة الأمد لأجهزة الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة ، والتي تستخدم في جميع أنحاء العالم للتطبيقات الشاقة في العديد من الصناعات.
مع المعالجات بالموجات فوق الصوتية في جميع الأحجام من 50 واط إلى 16kW لكل جهاز، تحقيقات في مختلف الأحجام والأشكال، مفاعلات الموجات فوق الصوتية مع أحجام مختلفة والهندسة، Hielscher الموجات فوق الصوتية لديه المعدات المناسبة لتكوين الإعداد بالموجات فوق الصوتية المثالي للتطبيق الخاص بك.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
Hielscher Ultrasonics بتصنيع المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لخلط التطبيقات، والتشتت، والاستحلاب والاستخراج على المختبر، التجريبية والصناعية النطاق.
الأدب / المراجع
- Kenneth S. Suslick, Yuri Didenko, Ming M. Fang, Taeghwan Hyeon, Kenneth J. Kolbeck, William B. McNamara, Millan M. Mdleleni, Mike Wong (1999): Acoustic Cavitation and Its Chemical Consequences. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, Vol. 357, Issue 1751, 1999. 335-353.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
- Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering) 77:5; 2015. 155-161.