کاربرد سونوگرافی قدرت با استفاده از شاخ های اولتراسونیک

شاخ های اولتراسونیک یا پروب ها به طور گسترده ای برای کاربردهای پردازش مایع منیفولد از جمله همگن سازی، پراکندگی، فرز مرطوب، امولسیون سازی، استخراج، تجزیه، حل و هوادهی استفاده می شود. اصول اولیه در مورد شاخ های اولتراسونیک، پروب های اولتراسونیک و کاربردهای آنها را بیاموزید.

شاخ اولتراسونیک در مقابل پروب اولتراسونیک

اغلب، اصطلاح شاخ اولتراسونیک و پروب به جای یکدیگر استفاده می شود و به میله اولتراسونیک اشاره دارد که امواج اولتراسوند را به مایع منتقل می کند. اصطلاحات دیگری که برای پروب اولتراسونیک استفاده می شود عبارتند از: شاخ آکوستیک، سونوترود، موجبر آکوستیک یا انگشت اولتراسونیک است. با این حال، از نظر فنی بین شاخ اولتراسونیک و پروب اولتراسونیک تفاوت وجود دارد.
هر دو، شاخ و کاوشگر، به بخش هایی از به اصطلاح اولتراسونیک نوع کاوشگر اشاره دارند. شاخ اولتراسونیک قسمت فلزی مبدل اولتراسونیک است که از طریق ارتعاشات تولید شده به صورت پیزوالکتریک برانگیخته می شود. بوق اولتراسونیک در یک فرکانس خاص ارتعاش می کند، به عنوان مثال 20 کیلوهرتز، که به معنای 20000 ارتعاش در ثانیه است. تیتانیوم به دلیل خواص انتقال صوتی عالی، استحکام خستگی قوی و سختی سطح، ماده ترجیحی برای ساخت شاخ های اولتراسونیک است.

پروب اولتراسونیک نیز sonotrode یا انگشت اولتراسونیک نامیده می شود. این یک میله فلزی است که اغلب از تیتانیوم ساخته می شود و به شاخ اولتراسونیک متصل می شود. پروب اولتراسونیک بخش مهمی از پردازنده اولتراسونیک است که امواج اولتراسوند را به محیط فراصوت منتقل می کند. پروب های اولتراسونیک / sonotrodes در اشکال مختلف (به عنوان مثال مخروطی، نوک، مخروطی، و یا به عنوان Cascatrode) در دسترس هستند. در حالی که تیتانیوم ماده رایج ترین مورد استفاده برای پروب های اولتراسونیک است، sonotrode نیز ساخته شده از فولاد ضد زنگ، سرامیک، شیشه و سایر مواد موجود وجود دارد.

از آنجا که شاخ اولتراسونیک و پروب تحت فشار و یا تنش ثابت در طول فراصوت هستند، انتخاب مواد شاخ و پروب بسیار مهم است. آلیاژ تیتانیوم با کیفیت بالا (درجه 5) قابل اعتمادترین، بادوام ترین و موثرترین فلز برای مقاومت در برابر استرس، حفظ دامنه های بالا در مدت زمان طولانی و انتقال خواص صوتی و مکانیکی در نظر گرفته می شود.

مافوق صوت با کارایی بالا عمدتا در محدوده فرکانس 20-30kHz کار می کنند. در 20 کیلوهرتز، پروب اولتراسونیک به طور معمول یک میله رزونانس با طول موج نیم است که به طور مداوم 20000 بار در ثانیه در حال گسترش و انقباض است. حرکات انبساط و انقباض به عنوان سونوگرافی با قدرت بالا به محیط فرآیند، یعنی مایع یا دوغاب، به منظور انجام کاربردهایی مانند

• اولتراسونیک با برشی بالا مخلوط کردن
• فرز مرطوب اولتراسونیک
• پراکندگی التراسونیک نانو ذرات
• التراسونیک نانو امولسیون
• استخراج التراسونیک
• فروپاشی اولتراسونیک
• اختلال و لیز سلول های اولتراسونیک
• گاززدایی و هوادهی اولتراسونیک
• سونو شیمی (سنتز ، سونو-کاتالیز)

سونوگرافی قدرت چگونه کار می کند؟ – اصل کار کاویتاسیون آکوستیک

برای کاربردهای اولتراسونیک با کارایی بالا مانند همگن سازی، کاهش اندازه ذرات، فروپاشی یا پراکندگی نانو، سونوگرافی با شدت بالا و فرکانس پایین توسط یک مبدل اولتراسوند تولید می شود و از طریق شاخ اولتراسونیک و پروب (سونوترود) به یک مایع منتقل می شود. سونوگرافی با قدرت بالا سونوگرافی در محدوده 16-30 کیلوهرتز در نظر گرفته می شود. پروب اولتراسوند به عنوان مثال در 20 کیلوهرتز منبسط و منقبض می شود و در نتیجه به ترتیب 20000 ارتعاش در ثانیه را به محیط منتقل می کند. هنگامی که امواج اولتراسونیک از طریق مایع حرکت می کنند، چرخه های متناوب فشار بالا (فشرده سازی) / فشار کم (نادر / انبساط) حفره های دقیقه ای (حباب های خلاء) ایجاد می کنند که در طی چندین چرخه فشار رشد می کنند. در طول فاز فشرده سازی مایع و حباب ها، فشار مثبت است، در حالی که فاز کمیاب یک خلاء (فشار منفی) ایجاد می کند. در طول چرخه های فشرده سازی-انبساط ، حفره های مایع رشد می کنند تا زمانی که به اندازه ای برسند که در آن نمی توانند انرژی بیشتری جذب کنند. در این مرحله، آنها به شدت منفجر می شوند. انفجار آن حفره ها منجر به اثرات مختلف بسیار پرانرژی می شود که به عنوان پدیده کاویتاسیون صوتی / اولتراسونیک شناخته می شود. کاویتاسیون آکوستیک با اثرات بسیار پرانرژی چندگانه مشخص می شود که بر مایعات، سیستم های جامد/مایع و همچنین سیستم های گاز/مایع تأثیر می گذارد. منطقه متراکم انرژی و یا منطقه حفره ای به عنوان به اصطلاح منطقه نقطه داغ شناخته شده, که انرژی متراکم ترین در مجاورت نزدیک کاوشگر مافوق صوت و کاهش می یابد با افزایش فاصله از sonotrode. ویژگی های اصلی حفره اولتراسونیک شامل دما و فشار بسیار بالا و دیفرانسیل های مربوطه، تلاطم ها و جریان مایع است. در طول انفجار حفره های اولتراسونیک در نقاط داغ اولتراسونیک ، دمای حداکثر 5000 کلوین ، فشار تا 200 اتمسفر و جت های مایع تا 1000 کیلومتر در ساعت قابل اندازه گیری است. این شرایط برجسته انرژی شدید به اثرات سونومکانیکی و سونوشیمیایی کمک می کند که فرآیندها و واکنش های شیمیایی را به روش های مختلف تشدید می کند.
تاثیر اصلی امواج فراصوت بر مایعات و دوغاب به شرح زیر است:

• برش بالا: نیروهای مافوق صوت بالا برشی مختل مایعات و سیستم های مایع جامد باعث تحریک شدید, همگن سازی و انتقال جرم.
• تاثیر: جت های مایع و جریان تولید شده توسط کاویتاسیون اولتراسونیک تسریع جامدات در مایعات, که متعاقبا منجر به برخورد بین جانبی. هنگامی که ذرات با سرعت بسیار بالا برخورد می کنند، فرسایش می یابند، خرد می شوند و آسیاب می شوند و به خوبی پراکنده می شوند، اغلب به اندازه نانو می رسند. برای مواد بیولوژیکی مانند مواد گیاهی، جت های مایع با سرعت بالا و چرخه های فشار متناوب دیواره های سلولی را مختل کرده و مواد داخل سلولی را آزاد می کنند. این منجر به استخراج بسیار کارآمد ترکیبات فعال زیستی و اختلاط همگن مواد بیولوژیکی می شود.
• تحریک: امواج فراصوت باعث تلاطم های شدید، نیروهای برشی و حرکت میکرو در مایع یا دوغاب می شود. در نتیجه ، فراصوت همیشه انتقال جرم را تشدید می کند و در نتیجه واکنش ها و فرآیندها را تسریع می کند.

هموژنایزرهای اولتراسونیک و میکسرهای برشی بالا تقریبا در هر صنعت فرآوری استفاده می شود که با مایعات یا دوغاب کار می کند. نیروهای حفره ای مافوق صوت شدید ایجاد تحریک شدید، برش، شکستن ذرات و انتقال جرم. بدین ترتیب، مایعات همگن می شوند، پراکنده می شوند، امولسیون می شوند، استخراج می شوند، حل می شوند و/یا واکنش های شیمیایی آغاز می شوند. به طور کلی، سونوگرافی یک روش تشدید فرآیند است که عملکرد را افزایش می دهد، نرخ تبدیل را بهبود می بخشد و فرآیندهای کارآمد تر را افزایش می دهد.
کاربردهای اولتراسونیک رایج در صنعت در بسیاری از شاخه های مواد غذایی پخش می شود & داروسازی، شیمی خوب، انرژی & پتروشیمی، بازیافت، پالایشگاه های زیستی و غیره و شامل موارد زیر می باشد:

• سنتز بیودیزل التراسونیک
• همگن سازی اولتراسونیک از آب میوه
• تولید اولتراسونیک واکسن
• بازیافت باتری لیتیوم یون اولتراسونیک
• سنتز التراسونیک از نانو مواد
• فرمولاسیون التراسونیک داروها
• التراسونیک نانو امولسیون CBD
• استخراج التراسونیک از گیاهان
• آماده سازی نمونه اولتراسونیک در آزمایشگاه ها
• گاز زدایی اولتراسونیک مایعات
• گوگرد زدایی اولتراسونیک از نفت خام
• و بسیاری دیگر ...

شاخ های اولتراسونیک و پروب برای کاربردهای با کارایی بالا

Hielscher مافوق صوت تجربه طولانی مدت تولید کننده و توزیع کننده مافوق صوت با قدرت بالا، که در سراسر جهان برای کاربردهای سنگین در بسیاری از صنایع استفاده می شود.
با پردازنده های اولتراسونیک در تمام اندازه ها از 50 وات تا 16 کیلو وات در هر دستگاه، پروب در اندازه ها و اشکال مختلف، راکتورهای اولتراسونیک با حجم ها و هندسه های مختلف، Hielscher مافوق صوت دارای تجهیزات مناسب برای پیکربندی راه اندازی اولتراسونیک ایده آل برای نرم افزار شما.
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد: