Primjena ultrazvučnog ultrazvuka pomoću ultrazvučnih rogova

Ultrazvučni rogovi ili sonde se široko koriste za razne aplikacije za obradu tekućina uključujući homogenizaciju, dispergiranje, mokro mljevenje, emulzifikaciju, ekstrakciju, dezintegraciju, otapanje i deaeraciju. Naučite osnove o ultrazvučnim trunama, ultrazvučnim sondama i njihovoj primjeni.

Ultrazvučna sirena protiv ultrazvučne sonde

Često se termin ultrazvučna sirena i sonda koriste naizmjenično i odnose se na ultrazvučni štap koji prenosi ultrazvučne valove u tekućinu. Drugi termini koji se koriste za ultrazvučnu sondu su akustični rog, sonotroda, akustični talasovod ili ultrazvučni prst. Međutim, tehnički postoji razlika između ultrazvučne sirene i ultrazvučne sonde.
I sirena i sonda se odnose na dijelove takozvanog ultrazvučnog aparata tipa sonde. Ultrazvučna sirena je metalni dio ultrazvučnog pretvarača, koji se pobuđuje kroz piezoelektrično generirane vibracije. Ultrazvučna sirena vibrira na određenoj frekvenciji, npr. 20kHz, što znači 20.000 vibracija u sekundi. Titan je poželjan materijal za izradu ultrazvučnih rogova zbog svojih odličnih svojstava akustične transmisije, robusne čvrstoće na zamor i površinske tvrdoće.

Ultrazvučna sonda se još naziva sonotroda ili ultrazvučni prst. To je metalna šipka, najčešće napravljena od titanijuma, sa navojem na ultrazvučni rog. Ultrazvučna sonda je bitan dio ultrazvučnog procesora, koji prenosi ultrazvučne valove u sonicirani medij. Dostupne su ultrazvučne sonde / sonotrode u različitim oblicima (npr. konusni, sa vrhom, konusni ili kao kaskatrode). Dok je titanijum najčešće korišteni materijal za ultrazvučne sonde, postoje i sonotrode napravljene od nehrđajućeg čelika, keramike, stakla i drugih materijala.

Budući da su ultrazvučna sirena i sonda pod stalnom kompresijom ili napetosti tokom ultrazvučne obrade, odabir materijala za trubu i sondu je ključan. Visokokvalitetna legura titanijuma (ocena 5) smatra se najpouzdanijim, najtrajnijim i najefikasnijim metalom koji može da izdrži naprezanje, da izdrži velike amplitude tokom dugog vremenskog perioda i da prenosi akustička i mehanička svojstva.

Ultrasonikatori visokih performansi uglavnom rade u frekvencijskom opsegu od 20-30kHz. Na 20 kHz, ultrazvučna sonda je tipično rezonantna šipka dugačka pola talasne dužine, koja se stalno širi i skuplja 20.000 puta u sekundi. Pokreti ekspanzije i kontrakcije se prenose kao ultrazvuk velike snage u procesni medij, tj.

• ultrazvučno miješanje sa visokim smicanjem
• ultrazvučno mokro mljevenje
• ultrazvučna disperzija nano-čestica
• ultrazvučna nanoemulzifikacija
• ultrazvučna ekstrakcija
• Ultrazvučna dezintegracija
• ultrazvučni poremećaj i liza ćelija
• ultrazvučno otplinjavanje i odzračivanje
• sonohemija (sono-sinteza, sono-kataliza)

Kako radi Power Ultrasound? – Princip rada akustične kavitacije

Za ultrazvučnu primenu visokih performansi kao što je homogenizacija, smanjenje veličine čestica, dezintegracija ili nano-disperzije, ultrazvučni pretvarač generiše ultrazvuk visokog intenziteta, niske frekvencije i prenosi preko ultrazvučne sire i sonde (sonotrode) u tečnost. Ultrazvuk velike snage smatra se ultrazvukom u opsegu od 16-30kHz. Ultrazvučna sonda se širi i skuplja npr. na 20 kHz, prenoseći na taj način 20.000 vibracija u sekundi u medijum. Kada ultrazvučni talasi putuju kroz tečnost, naizmenični ciklusi visokog pritiska (kompresija) / niskog pritiska (razređivanja / ekspanzije) stvaraju sitne šupljine (vakuumske mehuriće), koje rastu tokom nekoliko ciklusa pritiska. Tokom faze kompresije tečnosti i mjehurića, pritisak je pozitivan, dok faza razrjeđivanja stvara vakuum (negativan tlak). apsorbuju dalju energiju. U ovom trenutku nasilno implodiraju. Implozija tih šupljina rezultira različitim visokoenergetskim efektima, koji su poznati kao fenomen akustične/ultrazvučne kavitacije. Akustičnu kavitaciju karakterišu višestruki visokoenergetski efekti, koji utiču na tečnosti, čvrste/tečne sisteme kao i na sisteme gas/tečnost. Energetski gusta zona ili kavitacijska zona poznata je kao zona vrućih tačaka, koja je energetski najgušća u neposrednoj blizini ultrazvučne sonde i opada sa povećanjem udaljenosti od sonotrode. Glavne karakteristike ultrazvučne kavitacije uključuju lokalne vrlo visoke temperature i pritiske i odgovarajuće razlike, turbulencije i strujanje tekućine. Prilikom implozije ultrazvučnih šupljina u ultrazvučnim žarištima mogu se mjeriti temperature do 5000 Kelvina, pritisci do 200 atmosfera i mlazovi tekućine do 1000 km/h. Ovi izvanredni energetski intenzivni uslovi doprinose sonomehaničkim i sonohemijskim efektima koji intenziviraju procese i hemijske reakcije na različite načine.
Glavni utjecaj ultrazvučne obrade na tekućine i gnojnice su sljedeći:

• Visoko smicanje: Ultrazvučne sile visokog smicanja ometaju tečnosti i tečno-čvrste sisteme uzrokujući intenzivno mešanje, homogenizaciju i prenos mase.
• Uticaj: Mlazevi tekućine i strujanje generirani ultrazvučnom kavitacijom ubrzavaju čvrste tvari u tekućinama, što potom dovodi do interpartikularnog sudara. Kada se čestice sudaraju pri vrlo velikim brzinama, one erodiraju, razbijaju se i melju se i fino raspršuju, često do nano-veličine. Za biološku materiju kao što je biljni materijal, mlazovi tečnosti velike brzine i naizmenični ciklusi pritiska remete ćelijske zidove i oslobađaju unutarćelijski materijal. Ovo rezultira visoko efikasnom ekstrakcijom bioaktivnih jedinjenja i homogenim mešanjem biološke materije.
• agitacija: Ultrasonication uzrokuje intenzivne turbulencije, posmične sile i mikro-pokrete u tekućini ili kaši. Na taj način, sonikacija uvijek intenzivira prijenos mase i time ubrzava reakcije i procese.

Ultrazvučni homogenizatori i mikseri sa visokim smicanjem koriste se u skoro svakoj prerađivačkoj industriji koja radi sa tečnostima ili kašama. Intenzivne ultrazvučne kavitacijske sile stvaraju intenzivnu agitaciju, smicanje, lomljenje čestica i prijenos mase. Time se tečnosti homogenizuju, disperguju, emulgiraju, ekstrahuju, rastvaraju i/ili pokreću hemijske reakcije. Sve u svemu, ultrazvuk je metoda intenziviranja procesa koja povećava prinos, poboljšava stope konverzije i čini procese efikasnijim.
Uobičajene primjene ultrazvuka u industriji raširene su u mnogim granama hrane & farmacija, fina hemija, energija & petrohemija, reciklaža, biorafinerije, itd. i uključuju sljedeće:

• ultrazvučna sinteza biodizela
• ultrazvučna homogenizacija voćnih sokova
• ultrazvučna proizvodnja vakcina
• recikliranje ultrazvučnih Li-ion baterija
• ultrazvučna sinteza nanomaterijala
• ultrazvučna formulacija farmaceutskih proizvoda
• ultrazvučna nanoemulzifikacija CBD-a
• Ultrazvučna ekstrakcija biljaka
• ultrazvučna priprema uzoraka u laboratorijama
• ultrazvučna degasifikacija tečnosti
• ultrazvučno odsumporavanje sirove nafte
• i još mnogo toga…

Ultrazvučne trube i sonde za aplikacije visokih performansi

Hielscher Ultrasonics je proizvođač i distributer ultrasonikatora velike snage s dugogodišnjim iskustvom, koji se širom svijeta koriste za teške primjene u mnogim industrijama.
Sa ultrazvučnim procesorima u svim veličinama od 50 vati do 16 kW po uređaju, sondama različitih veličina i oblika, ultrazvučnim reaktorima različitih volumena i geometrija, Hielscher Ultrasonics ima pravu opremu za konfiguriranje idealnog ultrazvučnog podešavanja za vašu primjenu.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata: