Aplikace power ultrazvuku pomocí ultrazvukových houkačky

Ultrazvukové rohy nebo sondy jsou široce používány pro rozmanité aplikace zpracování kapalin, včetně homogenizace, dispergace, mokrého frézování, emulgaci, extrakce, rozpadu, rozpouštění a deproduchu. Naučte se základy o ultrazvukové rohy, ultrazvukové sondy a jejich aplikace.

Ultrazvukový roh vs ultrazvuková sonda

Často se termín ultrazvukový roh a sonda používají zaměnitelně a odkazují na ultrazvukovou tyč, která přenáší ultrazvukové vlny do kapaliny. Jiné termíny, které se používají pro ultrazvukové sondy jsou akustické roh, sonotroda, akustická vlnovod, nebo ultrazvukový prst. Nicméně, technicky existuje rozdíl mezi ultrazvukovým rohem a ultrazvukovou sondou.
Oba, roh a sonda, odkazují na části tzv sonda typu ultrasonicator. Ultrazvukový roh je kovová část ultrazvukového snímače, který se vzrušuje piezoelektricky generovanými vibracemi. Ultrazvukový roh vibruje na určité frekvenci, například 20kHz, což znamená 20 000 vibrací za sekundu. Titan je preferovaným materiálem pro výrobu ultrazvukových rohů díky svým vynikajícím vlastnostem akustického přenosu, jeho robustní únavové pevnosti a tvrdosti povrchu.

Ultrazvuková sonda se také nazývá sonotroda nebo ultrazvukový prst. Jedná se o kovovou tyč, nejčastěji vyrobenou z titanu a navlečenou do ultrazvukového rohu. Ultrazvuková sonda je nezbytnou součástí ultrazvukového procesoru, který přenáší ultrazvukové vlny do sonicated média. Ultrazvukové sondy / sonotrody jsou v různých tvarech (např. kuželové, hrotové, zúžené nebo jako Cascatrode) k dispozici. Zatímco titan je nejčastěji používaným materiálem pro ultrazvukové sondy, k dispozici je také sonotroda vyrobená z nerezové oceli, keramiky, skla a dalších materiálů.

Vzhledem k tomu, ultrazvukový roh a sonda jsou pod konstantní kompresi nebo napětí během použití ultrazvuku, výběr materiálu roh a sonda jsou rozhodující. Vysoce kvalitní titanová slitina (třída 5) je považována za nejspolehlivější, nejodolnější a nejúčinnější kov, který odolává stresu, udržuje vysoké amplitudy po dlouhou dobu a přenáší akustické a mechanické vlastnosti.

Vysoce výkonné ultrasonicators většinou pracují ve frekvenčním rozsahu 20-30kHz. Při 20 kHz je ultrazvuková sonda typicky půl vlnová délka dlouhé rezonanční tyče, která se neustále rozšiřuje a smršťuje 20,000 krát za sekundu. Expanzní a kontrakční pohyby jsou přenášeny jako vysoce výkonný ultrazvuk do procesního média, tj.

• ultrazvukové vysokosériové míchání
• ultrazvukové mletí za mokra
• ultrazvuková disperze nanočástic
• Ultrazvuková nano-emulgace
• Ultrazvuková extrakce
• ultrazvukový Rozpad
• ultrazvukové buněčné narušení a lýza
• ultrazvukové odplynění a odpovězení
• sono-chemie (sono-syntéza, sono-katalýza)

Jak power ultrazvuk funguje? – Pracovní princip akustické kavitace

Pro vysoce výkonné ultrazvukové aplikace, jako je homogenizace, snížení velikosti částic, rozpad nebo nano-disperze, high-intenzita, low-frekvenční ultrazvuk je generován ultrazvukovým snímačem a přenášena přes ultrazvukový roh a sondu (sonotroda) do kapaliny. Vysoce výkonný ultrazvuk je považován za ultrazvuk v rozsahu 16-30kHz. Ultrazvuková sonda se rozšiřuje a smršťuje například na 20kHz, čímž přenáší do média 20 000 vibrací za sekundu. Když ultrazvukové vlny cestovat přes kapalinu, střídavě vysokotlaké (komprese) / nízkotlaké (rarefaction / expanze) cykly vytvořit minutové dutiny (vakuové bubliny), které rostou v průběhu několika tlakových cyklů. Během kompresní fáze kapaliny a bublin je tlak pozitivní, zatímco fáze rarefaction vytváří vakuum (podtlak.) Během cyklů komprese a expanze dutiny v kapalině rostou, dokud nedosáhnou velikosti, při které nemohou absorbovat další energii. V tomto bodě, oni implodují násilně. Imploze těchto dutin má za následek různé vysoce energetické účinky, které jsou známé jako fenomén akustické / ultrazvukové kavitace. Akustická kavitace se vyznačuje rozmanitými vysoce energetickými účinky, které ovlivňují kapaliny, pevné/kapalné systémy i plynové/kapalné systémy. Energeticky hustá zóna nebo kavitační zóna je známá jako takzvaná zóna horkých míst, která je nejvíce energeticky hustá v těsné blízkosti ultrazvukové sondy a klesá s rostoucí vzdáleností od sonotrody. Mezi hlavní charakteristiky ultrazvukové kavitace patří lokálně se vyskytující velmi vysoké teploty a tlaky a příslušné rozdíly, turbulence, a kapalina streaming. Během imploze ultrazvukových dutin v ultrazvukových horkých místech lze měřit teploty až 5000 Kelvinů, tlaky až 200 atmosfér a kapalné trysky s až 1000 km / h. Tyto vynikající energeticky intenzivní podmínky přispívají k sonomechanickým a sonochemickým účinkům, které různými způsoby zesilují procesy a chemické reakce.
Hlavní dopad ultrazvuku na kapaliny a kaly jsou následující:

• Vysoký střih: Ultrazvukové vysokoserné síly narušují kapaliny a systémy s kapalnými pevnými látkami, které způsobují intenzivní míchání, homogenizaci a přenos hmoty.
• Dopad: Tekuté trysky a proudy generované ultrazvukovou kavitací urychlují pevné látky v kapalinách, což následně vede k mezičasové kolizi. Když se částice srazí při velmi vysokých rychlostech, erodují, roztříští se a jemně se rozmýšlejí a rozptýlí, často až do nanovelikty. U biologických látek, jako jsou rostlinné materiály, vysokorychlostní kapalné trysky a střídavé tlakové cykly narušují buněčné stěny a uvolňují intracelulární materiál. Výsledkem je vysoce účinná extrakce bioaktivních sloučenin a homogenní míchání biologické hmoty.
• Neklid: Ultrazvuku způsobuje intenzivní turbulence, smykové síly a mikro-pohyb v kapalině nebo kejdy. Tím, sonikace vždy zesiluje přenos hmoty a urychluje tím reakce a procesy.

Ultrazvukové homogenizátory a vysokoserové míchačky se používají téměř v každém zpracovatelském průmyslu, který pracuje s kapalinami nebo kaly. Intenzivní ultrazvukové kavita kavitační síly vytvářejí intenzivní míchání, smyk, rozbití částic a přenos hmoty. Tím se iniciují kapaliny homogenizované, rozptýlené, emulgované, extrahované, rozpuštěné a/nebo chemické reakce. Celkově je ultrazvuku metodou zintenzivnění procesu, která zvyšuje výnos, zlepšuje míry konverze a zefektivňuje procesy.
Běžné ultrazvukové aplikace v průmyslu jsou rozloženy do mnoha odvětví potravin & farmacie, jemná chemie, energetika & petrochemie, recyklace, biorafinerie atd.

• ultrazvuková syntéza bionafty
• ultrazvuková homogenizace ovocných šťáv
• ultrazvuková výroba vakcín
• ultrazvuková recyklace Li-ion baterií
• ultrazvuková syntéza nanomateriálů
• Ultrazvuková formulace léčiv
• ultrazvuková nanoemulzifika CBD
• ultrazvuková extrakce rostlinných látek
• ultrazvukový příprava vzorků v laboratořích
• ultrazvukové odplynění kapalin
• ultrazvukové odsíření surové
• a mnoho dalších ...

Ultrazvukové rohy a sondy pro vysoce výkonné aplikace

Hielscher Ultrazvuk je dlouho-time zkušenosti výrobce a distributor vysoce výkonných ultrasonicators, které jsou po celém světě používané pro náročné aplikace v mnoha průmyslových odvětvích.
S ultrazvukové procesory ve všech velikostech od 50 wattů do 16kW na zařízení, sondy v různých velikostech a tvarech, ultrazvukové reaktory s různými objemy a geometrie, Hielscher Ultrazvuk má správné zařízení pro konfiguraci ideální ultrazvukové nastavení pro vaši aplikaci.
Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators: