Εφαρμογή του υπερήχου δύναμης που χρησιμοποιεί τα υπερηχητικά κέρατα

Τα υπερηχητικά κέρατα ή οι ανιχνευτές χρησιμοποιούνται ευρέως για τις εφαρμογές υγρής επεξεργασίας πολλαπλής συμπεριλαμβανομένης της ομογενοποίησης, της διασποράς, της υγρής άλεσης, της γαλακτωματοποίησης, της εξαγωγής, της αποσύνθεσης, της διάλυσης, και της απο-αερισμού. Μάθετε τα βασικά για υπερήχων κέρατα, υπερήχων καθετήρες και τις εφαρμογές τους.

Υπερηχητικό κέρατο εναντίον υπερηχητικού καθετήρα

Συχνά, ο όρος υπερηχητικό κέρατο και καθετήρας χρησιμοποιούνται εναλλακτικά και αναφέρονται στην υπερηχητική ράβδο που μεταδίδει τα κύματα υπερήχων στο υγρό. Άλλοι όροι που χρησιμοποιούνται για τον υπερηχητικό έλεγχο είναι ακουστικό κέρατο, sonotrode, ακουστικός κυματοδηγός, ή υπερηχητικό δάχτυλο. Ωστόσο, τεχνικά υπάρχει διαφορά μεταξύ ενός υπερηχητικού κέρατο και ένα υπερηχητικό καθετήρα.
Και οι δύο, κέρατο και καθετήρας, αναφέρονται σε μέρη του λεγόμενου καθετήρα τύπου υπερήχων. Το υπερηχητικό κέρατο είναι το μεταλλικό μέρος του υπερηχητικού μετατροπέα, το οποίο ενθουσιάζεται μέσω πιεζοηλεκτρικά παραγόμενες δονήσεις. Το υπερηχητικό κέρατο δονείται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα, π.χ. 20kHz, που σημαίνει 20.000 δονήσεις ανά δευτερόλεπτο. Το τιτάνιο είναι το προτιμώμενο υλικό για την κατασκευή των υπερηχητικών κέρατων λόγω των εξαιρετικών ακουστικών ιδιοτήτων μετάδοσης του, της ισχυρής δύναμης κούρασης του, και της σκληρότητας επιφάνειας.

Ο υπερηχητικός καθετήρας ονομάζεται επίσης sonotrode ή υπερηχητικό δάχτυλο. Είναι μια μεταλλική ράβδος, πιο συχνά γίνεται από τιτάνιο, και σπείρωμα στο υπερηχητικό κέρατο. Ο υπερηχητικός καθετήρας είναι ένα ουσιαστικό μέρος του υπερηχητικού επεξεργαστή, που μεταδίδει τα κύματα υπερήχων στο sonicated μέσο. Υπερήχων καθετήρες / sonotrodes είναι σε διάφορα σχήματα (π.χ. κωνικό, αιχμή, κωνικό, ή ως Cascatrode) διαθέσιμα. Ενώ το τιτάνιο είναι το συνηθέστερα χρησιμοποιημένο υλικό για τους υπερηχητικούς ανιχνευτές, υπάρχουν επίσης sonotrode που γίνεται από το ανοξείδωτο, το κεραμικό, το γυαλί και άλλα υλικά διαθέσιμα.

Δεδομένου ότι το υπερηχητικό κέρατο και ο καθετήρας είναι υπό συνεχή συμπίεση ή ένταση κατά τη διάρκεια υπερήχηση, η επιλογή υλικού κέρατο και καθετήρα είναι ζωτικής σημασίας. Το υψηλής ποιότητας κράμα τιτανίου (βαθμός 5) θεωρείται το πιό αξιόπιστο, ανθεκτικό και αποτελεσματικό μέταλλο για να αντισταθεί την πίεση, για να διατηρήσει τα υψηλά πλάτη κατά τη διάρκεια των μακρών χρονικών περιόδων, και για να μεταδώσει τις ακουστικές και μηχανικές ιδιότητες.

Υψηλής απόδοσης ultrasonicators ως επί το πλείστον εργάζονται στην περιοχή συχνοτήτων των 20-30kHz. Στα 20 kHz, ο υπερηχητικός καθετήρας είναι συνήθως ένα μισό μήκος κύματος μακρά ράβδο αντήχησης, η οποία συνεχώς επεκτείνεται και συστέλλεται 20.000 φορές ανά δευτερόλεπτο. Οι κινήσεις επέκτασης και συστολής μεταδίδονται ως υπερήχων υψηλής ισχύος στο μέσο διεργασίας, δηλαδή υγρό ή υδαρής κοπριά, προκειμένου να

• υπερήχων υψηλής διάτμηση ανάμειξης
• υπερήχων υγρή άλεση
• υπερηχητική διασπορά νανοσωματιδίων
• Υπερήχων Νανο-γαλακτωματοποίηση
• εκχύλιση Υπερήχων
• Υπερήχων Αποσύνθεση
• υπερήχων διαταραχή των κυττάρων και λύση
• υπερηχητική εξαέρωση και αποαερισμός
• sono-χημεία (sono-σύνθεση, sono-κατάλυση)

Πώς λειτουργεί ο υπέρηχος δύναμης; – Η αρχή εργασίας της ακουστικής δημιουργίας κοιλότητας

Για την υπερηχητική εφαρμογή υψηλής απόδοσης όπως η ομογενοποίηση, η μείωση μεγέθους μορίων, η αποσύνθεση ή οι νανοδιασπορές, ο υψηλής έντασης, χαμηλής συχνότητας υπέρηχος παράγεται από έναν μετατροπέα υπερήχων και μεταδίδεται μέσω του υπερηχητικού κέρατος και του καθετήρα (sonotrode) σε ένα υγρό. Ο υπέρηχος υψηλής ισχύος θεωρείται υπέρηχος στην περιοχή 16-30kHz. Ο καθετήρας υπερήχων επεκτείνεται και συστέλλεται π.χ., στα 20kHz, μεταδίδοντας έτσι αντίστοιχα 20.000 δονήσεις ανά δευτερόλεπτο στο μέσο. Όταν τα υπερηχητικά κύματα ταξιδεύουν μέσω του υγρού, εναλλάσσοντας υψηλής πίεσης (συμπίεση) / χαμηλής πίεσης (rarefaction / επέκταση) κύκλους δημιουργούν λεπτές κοιλότητες (φυσαλίδες κενού), οι οποίες αναπτύσσονται σε διάφορους κύκλους πίεσης. Κατά τη διάρκεια της φάσης συμπίεσης του υγρού και των φυσαλίδων, η πίεση είναι θετική, ενώ η φάση σπανιοανάδρασης παράγει ένα κενό (αρνητική πίεση.) Κατά τη διάρκεια των κύκλων συμπίεσης-επέκτασης, οι κοιλότητες στο υγρό αυξάνονται έως ότου φθάνουν σε ένα μέγεθος, στο οποίο δεν μπορούν να απορροφήσουν την περαιτέρω ενέργεια. Σε αυτό το σημείο, καταρρέουν βίαια. Η κατάρρευση αυτών των κοιλοτήτων έχει ως αποτέλεσμα διάφορα εξαιρετικά ενεργειακά αποτελέσματα, τα οποία είναι γνωστά ως το φαινόμενο της ακουστικής / υπερηχητικής σπηλαίωσης. Η ακουστική σπηλαίωση χαρακτηρίζεται από πολλαπλές εξαιρετικά ενεργειακές επιδράσεις, οι οποίες επηρεάζουν τα υγρά, τα στερεά/υγρά συστήματα καθώς και τα συστήματα αερίου/υγρού. Η ενέργεια-πυκνή ζώνη ή cavitational ζώνη είναι γνωστή ως αποκαλούμενη ζώνη θερμού σημείου, η οποία είναι πιό ενέργεια-πυκνή στη στενή γειτνίαση του υπερηχητικού ελέγχου και μειώνεται με την αυξανόμενη απόσταση από το sonotrode. Τα κύρια χαρακτηριστικά της υπερηχητικής δημιουργίας κοιλότητας περιλαμβάνουν τοπικά πολύ υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις και αντίστοιχες διαφορές, αναταράξεις και ροή υγρών. Κατά τη διάρκεια της κατάρρευσης των υπερηχητικών κοιλοτήτων σε υπερήχων hot-spots, θερμοκρασίες έως 5000 Kelvin, πιέσεις έως και 200 ατμόσφαιρες και υγρά αεριωθούμενα αεροπλάνα με έως και 1000km/h μπορεί να μετρηθεί. Αυτές οι εξαιρετικές ενεργειακά έντονες συνθήκες συμβάλλουν σε ηνομεχανικές και sonochemical επιδράσεις που εντείνουν τις διεργασίες και τις χημικές αντιδράσεις με διάφορους τρόπους.
Ο κύριος αντίκτυπος της υπερήχων σε υγρά και υδαρή κοπριά είναι οι ακόλουθες:

• Υψηλή διάτμηση: Οι υπερηχητικές δυνάμεις υψηλής διάτμησης διαταράσσουν τα υγρά και τα υγρά-στερεά συστήματα προκαλώντας έντονη διέγερση, ομογενοποίηση και μεταφορά μάζας.
• Επιπτώσεις: Τα υγρά αεριωθούμενα αεροπλάνα και η ροή που παράγεται από την υπερηχητική σπηλαίωση επιταχύνουν τα στερεά στα υγρά, τα οποία οδηγούν στη συνέχεια στη διασωματική σύγκρουση. Όταν τα σωματίδια συγκρούονται σε πολύ υψηλές ταχύτητες, διαβρώνονται, θρυμματίζονται και αλέθονται και διασκορπίζονται λεπτά, συχνά σε νανο-μέγεθος. Για τη βιολογική ύλη όπως τα φυτικά υλικά, τα υγρά αεριωθούμενα αεροπλάνα υψηλής ταχύτητας και οι κύκλοι εναλλασσόμενης πίεσης διαταράσσουν τα κυτταρικά τοιχώματα και απελευθερώνουν το ενδοκυτταρικό υλικό. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την εξαιρετικά αποτελεσματική εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων και την ομοιογενή ανάμειξη της βιολογικής ύλης.
• Διέγερση: Ultrasonication προκαλεί έντονες αναταραχές, δυνάμεις διάτμησης και μικρο-κίνηση στο υγρό ή υδαρή κοπριά. Με αυτόν τον τρόπο, υπερήχηση εντείνει πάντα τη μεταφορά μάζας και επιταχύνει με αυτόν τον τρόπο τις αντιδράσεις και τις διαδικασίες.

Οι υπερηχητικοί ομογενοποιητές και οι αναμίκτες υψηλής διάτμησης χρησιμοποιούνται σχεδόν σε οποιαδήποτε βιομηχανία επεξεργασίας, που λειτουργεί με υγρά ή υδαρή κοπριά. Οι έντονες υπερηχητικές δυνάμεις δημιουργίας κοιλότητας δημιουργούν έντονη διέγερση, διάτμηση, θραύση σωματιδίων και μεταφορά μάζας. Με αυτόν τον τρόπο, τα υγρά ομογενοποιούνται, διασκορπίζονται, γαλακτωματοποιούνται, εξάγονται, διαλύονται ή/και οι χημικές αντιδράσεις αρχίζουν. Συνολικά, ultrasonication είναι μια διαδικασία εντατικοποίησης της μεθόδου που αυξάνει την απόδοση, βελτιώνει τα ποσοστά μετατροπής και κάνει τις διαδικασίες πιο αποτελεσματικές.
Οι κοινές υπερηχητικές εφαρμογές στη βιομηχανία διαδίδονται σε πολλούς κλάδους των τροφίμων & pharma, λεπτή χημεία, ενέργεια & πετροχημεία, ανακύκλωση, βιοανατροφεία κ.λπ.

• υπερήχων σύνθεση βιοντίζελ
• υπερηχητική ομογενοποίηση χυμών φρούτων
• υπερηχητική παραγωγή εμβολίων
• υπερηχητική ανακύκλωση μπαταριών ιόντων ιόντων
• υπερηχητική σύνθεση νανοϋλικών
• Υπερηχητική διατύπωση των φαρμακευτικών προϊόντων
• υπερηχητική νανογαλακτοποίηση της CBD
• εκχύλιση με υπερήχους των βοτανικών
• προετοιμασία δείγματος υπερήχων σε εργαστήρια
• υπερηχητική απαέρωση υγρών
• υπερηχητική αποθείωση του αργού
• και πολλά άλλα ...

Υπερηχητικά κέρατα και ανιχνευτές για εφαρμογές υψηλής απόδοσης

Hielscher Ultrasonics είναι μακροχρόνια εμπειρία κατασκευαστής και διανομέας της υψηλής ισχύος ultrasonicators, τα οποία χρησιμοποιούνται σε όλο τον κόσμο για εφαρμογές βαρέων καθηκόντων σε πολλές βιομηχανίες.
Με υπερήχους επεξεργαστές σε όλα τα μεγέθη από 50 watt έως 16kW ανά συσκευή, ανιχνευτές σε διάφορα μεγέθη και σχήματα, υπερήχων αντιδραστήρες με διαφορετικούς όγκους και γεωμετρίες, Hielscher Ultrasonics έχει το σωστό εξοπλισμό για να ρυθμίσετε την ιδανική εγκατάσταση υπερήχων για την εφαρμογή σας.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας: