Приложение на power ултразвук с помощта на ултразвукови рогове

Ултразвукови рога или сонди се използват широко за приложения за течна обработка, включително хомогенизиране, диспергиране, мокро смилане, емулгиране, екстракция, дезинтеграция, разлагане и обезсоляване. Научете основите за ултразвуковите рога, ултразвуковите сонди и техните приложения.

Ултразвуков рог срещу ултразвукова сонда

Често терминът ултразвуков рог и сонда се използват взаимозаменяемо и се отнасят до ултразвуковия прът, който предава ултразвуковите вълни в течността. Други термини, които се използват за ултразвукова сонда, са акустичен рог, сонотрод, акустична вълна или ултразвуков пръст. Технически погледнато обаче има разлика между ултразвуков рог и ултразвукова сонда.
И двата рог и сонда, се отнасят до части от така наречения ултразвуков сонда. Ултразвуковият рог е металната част на ултразвуковия преобразувател, който се вълнува чрез пиезоелектрично генерирани вибрации. Ултразвуковият рог вибрира с определена честота, например 20kHz, което означава 20 000 вибрации в секунда. Titanium е предпочитаният материал за производство на ултразвукови рога поради отличните си акустични свойства на предаване, неговата здрава умора и твърдост на повърхността.

Ултразвуковата сонда се нарича сонотрод или ултразвуков пръст. Това е метална пръчка, най-често направена от титан, и резбовани към ултразвуковия рог. Ултразвуковата сонда е съществена част от ултразвуковия процесор, който предава ултразвуковите вълни в звуковата среда. Ултразвуковите сонди / сонотроди са в различни форми (например конични, наклонени, заострени или като Cascatrode) налични. Докато титанът е най-често използваният материал за ултразвукови сонди, има и сонотрод, изработен от неръждаема стомана, керамика, стъкло и други материали.

Тъй като ултразвуковият рог и сондата са под постоянна компресия или напрежение по време на ултразвук, изборът на материал на рог и сондата е от решаващо значение. Висококачествената титанова сплав (клас 5) се счита за най-надеждният, издръжлив и ефективен метал, за да издържа на стреса, да поддържа високи амплитуди за дълги периоди от време и да предава акустичните и механичните свойства.

Високопроизводителните ultrasonicators работят най-вече в честотния диапазон от 20-30kHz. При 20 kHz ултразвуковата сонда обикновено е дължина на вълната с дължина на вълната с дължина на вълната, която непрекъснато се разширява и свива 20 000 пъти в секунда. Експанзионните и констационните движения се предават като ултразвук с висока мощност в средата на процеса, т.е. течност или суспензия, за да се изпълнят приложения като

• ултразвукова смес с високо срязване
• ултразвукова мокро смилане
• ултразвукова дисперсия на наночастици
• Ултразвукова нано-емулгиране
• Ултразвукова екстракция
• Ултразвуков дезинтеграция
• ултразвуково разрушаване на клетките и лизис
• ултразвукова дегазация и де-аерация
• сонохимия (соно-синтез, соно-катализа)

Как работи мощност ултразвук? – Принципът на работа на акустична кавитация

За високопроизводителни ултразвукови приложения като хомогенизиране, намаляване на размера на частиците, дезинтеграция или нанодисперсии, високо интензивна, нискочестотна ултразвук се генерира от ултразвуков преобразувател и се предава чрез ултразвуков рог и сонда (сонотрод) в течност. Ултразвукът с висока мощност се счита за ултразвук в диапазона от 16-30kHz. Ултразвуковата сонда се разширява и свива например, при 20kHz, като по този начин предава съответно 20 000 вибрации в секунда в средата. Когато ултразвуковите вълни преминават през течността, редуващите се цикли с високо налягане (компресия) / ниско налягане (рядко срещано / разширение) създават минута кухини (вакуумни мехурчета), които растат в няколко цикъла на налягане. По време на фазата на компресия на течността и мехурчетата налягането е положително, докато фазата на редфекцията предизвиква вакуум (отрицателно налягане). По време на циклите на компресионно разширение, кухините в течността растат, докато достигнат размер, при който те не могат да абсорбират по-нататъшна енергия. В този момент, те се взривяват насилствено. Имплозията на тези кухини води до различни силно енергични ефекти, които са известни като феномена на акустична / ултразвукова кавитация. Акустичната кавитация се характеризира с много енергични ефекти, които въздействат върху течности, твърди/течни системи, както и газови/ течни системи. Енергийната гъста зона или кавитационната зона е известна като така наречената зона на гореща точка, която е най-енергийно гъста в близост до ултразвуковата сонда и намалява с увеличаване на разстоянието от сонотрода. Основните характеристики на ултразвуковата кавитация включват локално възникващи много високи температури и налягия и съответните диференциали, турбуленции и течно стрийминг. По време на имплозията на ултразвукови кухини в ултразвукови горещи точки, температури до 5000 Келвин, налягане до 200 атмосфери и течни струи с до 1000km / h могат да бъдат измерени. Тези изключителни енергиен интензивни условия допринасят за sonomechanical и sonochemical ефекти, които усилват процеси и химични реакции по различни начини.
Основното въздействие на ултразвука върху течности и шлукове са следните:

• Високо срязване: Ултразвуковите сили с високо срязване разрушават течности и течни-твърди системи, причинявайки интензивно разклащане, хомогенизиране и масов трансфер.
• Въздействие: Течни струи и стрийминг, генерирани от ултразвукова кавитация, ускоряват твърдите вещества в течности, което впоследствие води до междучастично сблъскване. Когато частиците се сблъскат с много високи скорости, те ерозират, разбиват и се смилаха и се разпръсват фино, често до наноразмер. За биологичните вещества, като например растителните материали, течните струи с висока скорост и циклите на редуване на налягането нарушават клетъчните стени и освобождават вътреклетъчния материал. Това води до високоефективно извличане на биоактивни съединения и хомогенно смесване на биологична материя.
• Възбуда: Ultrasonication причинява интензивни турбуленции, сили на срязване и микро-движение в течността или суспензията. По този начин, sonication винаги усилва масовия трансфер и ускорява по този начин реакции и процеси.

Ултразвукови хомогенизатори и високо срязване миксери се използват в почти всяка преработвателна промишленост, която работи с течности или шлайфи. Интензивните ултразвукови кавитационни сили създават интензивна възбуда, срязване, счупване на частиците и прехвърляне на маса. По този начин се хомогенизират течностите, диспергират, емулгират, извличат, разтварят и / или химически реакции. Като цяло, ultrasonication е процес, който увеличава добива, подобрява скоростта на конвертиране и прави процесите по-ефективни.
Общи ултразвукови приложения в индустрията се разпространяват в много клонове на храната & фарма, фина химия, енергия & нефтохимия, рециклиране, биорефинерии и т.н. и включват следното:

• ултразвуков синтез на биодизел
• ултразвукова хомогенизация на плодови сокове
• ултразвуково производство на ваксини
• рециклиране на литиево-йонна батерия
• ултразвуков синтез на наноматериали
• Ултразвукова формулировка на фармацевтични продукти
• ултразвукова нано-емулгиране на CBD
• ултразвукова екстракция на растителни продукти
• ултразвукова подготовка на проби в лаборатории
• ултразвукова дегазификация на течности
• ултразвукова десулфуризация на суров
• и още много ...

Ултразвукови рогове и сонди за високопроизводителни приложения

Hielscher Ultrasonics е дългогодишен опит производител и дистрибутор на високомощни ultrasonicators, които се използват в световен мащаб за тежки приложения в много индустрии.
С ултразвукови процесори във всички размери от 50 вата до 16kW на устройство, сонди с различни размери и форми, ултразвукови реактори с различни обеми и геометрии, Hielscher Ultrasonics разполага с подходящо оборудване за конфигуриране на идеалната ултразвукова настройка за вашето приложение.
Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators: