Võimsuse ultraheli kasutamine ultraheli sarvede abil

Ultraheli sarved või sondid kasutatakse laialdaselt mitmesuguste vedelike töötlemise rakenduste jaoks, sealhulgas homogeniseerimine, hajutamine, märgjahvatamine, emulgeerimine, ekstraheerimine, lagunemine, lahustamine ja õhutustamine. Lugege ultraheli sarvede, ultraheli sondide ja nende rakenduste põhitõdesid.

Ultraheli sarv vs ultraheli sond

Sageli kasutatakse terminit ultraheli sarv ja sond vaheldumisi ja viitavad ultraheli vardale, mis edastab ultraheli lained vedelikku. Muud ultraheli sondi jaoks kasutatavad terminid on akustiline sarv, sonotrode, akustiline lainejuht või ultraheli sõrm. Kuid tehniliselt on ultraheli sarve ja ultraheli sondi vahel erinevus.
Mõlemad, sarv ja sond, viitavad nn sondi tüüpi ultrasonikaatori osadele. Ultraheli sarv on ultraheli anduri metallosa, mis ergastub piesoelektriliselt tekitatud vibratsiooni kaudu. Ultraheli sarv vibreerib teatud sagedusel, nt 20 kHz, mis tähendab 20 000 vibratsiooni sekundis. Titaan on eelistatud materjal ultraheli sarvede valmistamiseks tänu oma suurepärastele akustilistele ülekandeomadustele, tugevale väsimustugevusele ja pinna kõvadusele.

Ultraheli sondi nimetatakse ka sonotrode või ultraheli sõrmeks. See on metallvarras, mis on kõige sagedamini valmistatud titaanist ja keermestatud ultraheli sarvele. Ultraheli sond on ultraheli protsessori oluline osa, mis edastab ultraheli lained ultraheliga töödeldud keskkonda. Ultraheli sondid / sonotroodid on erineva kujuga (nt koonilised, kallutatud, kitsenevad või kaskatroodid). Kuigi titaan on ultraheli sondide jaoks kõige sagedamini kasutatav materjal, on saadaval ka roostevabast terasest, keraamikast, klaasist ja muudest materjalidest valmistatud sonotrode.

Kuna ultraheli sarv ja sond on ultrahelitöötluse ajal pideva kokkusurumise või pinge all, on sarve ja sondi materjali valik ülioluline. Kvaliteetset titaanisulamit (klass 5) peetakse kõige usaldusväärsemaks, vastupidavamaks ja tõhusamaks metalliks, mis talub stressi, säilitab pika aja jooksul kõrge amplituudi ning edastab akustilisi ja mehaanilisi omadusi.

Suure jõudlusega ultrasonikaatorid töötavad enamasti sagedusvahemikus 20-30kHz. 20 kHz juures on ultraheli sond tavaliselt poole lainepikkusega pikk resonantsvarras, mis laieneb pidevalt ja sõlmib 20 000 korda sekundis. Paisumis- ja kokkutõmbumisliigutused edastatakse suure võimsusega ultrahelina protsessikeskkonda, st vedelikku või läga, et täita selliseid rakendusi nagu

• Ultraheli kõrge nihkega segamine
• Ultraheli märgfreesimine
• nanoosakeste ultraheli dispersioon
• Ultraheli nano-emulgeerimine
• ultraheli ekstraheerimine
• ultraheli lagunemine
• ultraheli rakkude katkestamine ja lüüs
• ultraheli degaseerimine ja õhutustamine
• sono-keemia (sono-süntees, sono-katalüüs)

Kuidas Power Ultrasound töötab? – Akustilise kavitatsiooni tööpõhimõte

Suure jõudlusega ultraheli rakenduse jaoks, nagu homogeniseerimine, osakeste suuruse vähendamine, lagunemine või nano-dispersioonid, genereeritakse suure intensiivsusega, madala sagedusega ultraheli ultraheli anduriga ja edastatakse ultraheli sarve ja sondi (sonotrode) kaudu vedelikku. Suure võimsusega ultraheli peetakse ultraheliks vahemikus 16-30kHz. Ultraheli sond laieneb ja tõmbub kokku nt 20 kHz juures, edastades seeläbi söötmesse vastavalt 20 000 vibratsiooni sekundis. Kui ultraheli lained liiguvad läbi vedeliku, tekitavad vahelduvad kõrgsurve (kokkusurumine) / madala rõhu (haruldane / laienemine) tsüklid minutilisi õõnsusi (vaakummullid), mis kasvavad mitme rõhutsükli jooksul. Vedeliku ja mullide kokkusurumisfaasis on rõhk positiivne, samas kui haruldane faas tekitab vaakumi (negatiivne rõhk.) Kompressiooni-paisumistsüklite ajal kasvavad vedeliku õõnsused, kuni nad saavutavad suuruse, mille juures nad ei saa täiendavat energiat absorbeerida. Sel hetkel implodeeruvad nad vägivaldselt. Nende õõnsuste implosioon põhjustab mitmesuguseid väga energilisi efekte, mida tuntakse akustilise / ultraheli kavitatsiooni nähtusena. Akustilist kavitatsiooni iseloomustavad mitmesugused väga energilised mõjud, mis mõjutavad nii vedelikke, tahkeid / vedelaid süsteeme kui ka gaasi- / vedelikusüsteeme. Energiatihe tsoon või kavitatsioonitsoon on tuntud kui nn hot-spot tsoon, mis on ultraheli sondi vahetus läheduses kõige energiatihedam ja väheneb sonotrode kauguse suurenemisega. Ultraheli kavitatsiooni põhiomadused hõlmavad lokaalselt esinevaid väga kõrgeid temperatuure ja rõhkusid ning vastavaid erinevusi, turbulentsi ja vedeliku voogesitust. Ultraheli õõnsuste implosiooni ajal ultraheli kuumades kohtades saab mõõta temperatuuri kuni 5000 kelvinit, rõhku kuni 200 atmosfääri ja vedelikujoad kuni 1000km / h. Need silmapaistvad energiamahukad tingimused aitavad kaasa sonomehaanilistele ja sonokeemilistele mõjudele, mis intensiivistavad protsesse ja keemilisi reaktsioone mitmel viisil.
Ultraheli peamine mõju vedelikele ja lägale on järgmine:

• Kõrge nihkega: Ultraheli kõrge nihkejõud häirivad vedelikke ja vedelik-tahkeid süsteeme, põhjustades intensiivset segamist, homogeniseerimist ja massiülekannet.
• Mõju: Ultraheli kavitatsiooni tekitatud vedelad joad ja voogesitus kiirendavad vedelike tahkeid aineid, mis viib seejärel interparticluar kokkupõrkeni. Kui osakesed põrkuvad väga suurel kiirusel, siis nad erodeeruvad, purunevad ja jahvatatakse ning hajuvad peeneks, sageli nanosuuruseks. Bioloogilise aine, näiteks taimsete materjalide puhul häirivad suure kiirusega vedelikujoad ja vahelduvad rõhutsüklid rakuseinu ja vabastavad rakusisese materjali. Selle tulemuseks on bioaktiivsete ühendite väga tõhus ekstraheerimine ja bioloogilise aine homogeenne segamine.
• Agitatsioon: Ultraheli põhjustab intensiivseid turbulentsi, nihkejõude ja mikroliikumist vedelikus või lägas. Seega intensiivistab ultrahelitöötlus alati massiülekannet ja kiirendab seeläbi reaktsioone ja protsesse.

Ultraheli homogenisaatoreid ja kõrge nihkega segisteid kasutatakse peaaegu igas töötlevas tööstuses, mis töötab vedelike või läga. Intensiivsed ultraheli kavitatsioonijõud tekitavad intensiivset agitatsiooni, nihkumist, osakeste purunemist ja massiülekannet. Seega vedelikud homogeniseeritakse, dispergeeritakse, emulgeeritakse, ekstraheeritakse, lahustatakse ja / või alustatakse keemilisi reaktsioone. Üldiselt on ultraheliuuring protsessi intensiivistav meetod, mis suurendab saagikust, parandab konversioonimäärasid ja muudab protsessid tõhusamaks.
Tavalised ultraheli rakendused tööstuses on levinud paljudes toiduvaldkondades & farmaatsia, peenkeemia, energeetika & naftakeemia, ringlussevõtt, biorafineerimistehased jne ning hõlmavad järgmist:

• Ultraheli biodiisli süntees
• puuviljamahlade ultraheli homogeniseerimine
• vaktsiinide ultraheli tootmine
• ultraheli Li-ion aku ringlussevõtt
• nanomaterjalide ultraheli süntees
• ravimite ultraheli koostis
• CBD ultraheli nano-emulgeerimine
• botaaniliste valmististe ultraheli ekstraheerimine
• ultraheli proovide ettevalmistamine laborites
• vedelike ultraheli degaseerimine
• toornafta ultraheli desulfureerimine
• ja palju muud ...

Ultraheli sarved ja sondid suure jõudlusega rakenduste jaoks

Hielscher Ultrasonics on pikaajaline kogemus suure võimsusega ultrasonikaatorite tootja ja turustaja, mida kasutatakse kogu maailmas raskeveokite rakendustes paljudes tööstusharudes.
Ultraheli protsessoritega igas suuruses alates 50 vatti kuni 16kW seadme kohta, erineva suuruse ja kujuga sondid, erineva mahu ja geomeetriaga ultraheli reaktorid, Hielscher Ultrasonicsil on õige seade teie rakenduse jaoks ideaalse ultraheli seadistuse konfigureerimiseks.
Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest: