Power Ultrasoundin käyttö ultraäänisarvien avulla

Ultraäänisarvia tai -mittapääitä käytetään laajalti moninaisiin nesteenkäsittelysovelluksiin, mukaan lukien homogenisointi, dispergointi, märkäjyrsintä, emulgointi, uuttaminen, hajoaminen, liuotus ja aeraatio. Opi perusasiat ultraäänisarvista, ultraäänimittapäistä ja niiden sovelluksista.

Ultraäänisarvi vs ultraäänianturi

Usein termiä ultraäänisarvi ja anturi käytetään keskenään ja viittaavat ultraäänisauvaan, joka lähettää ultraääniaallot nesteeseen. Muita ultraäänianturissa käytettäviä termejä ovat akustinen torvi, sonotrode, akustinen aalto-aalto-opas tai ultraäänisormi. Teknisesti ultraäänisarven ja ultraäänianturin välillä on kuitenkin ero.
Molemmat, torvi ja anturi, viittaavat niin kutsutun anturityyppisen ultraäänipuhdistajan osiin. Ultraäänitorvi on ultraäänianturi metalliosa, joka innostuu pietsosähköisesti tuotettujen värähtelyjen kautta. Ultraäänisarvi värähtelee tietyllä taajuudella, esimerkiksi 20kHz: llä, mikä tarkoittaa 20 000 värähtelyä sekunnissa. Titaani on suositeltava materiaali ultraäänisarvien valmistukseen sen erinomaisten akustisten vaihteisto-ominaisuuksien, vankan väsymislujuuden ja pinnan kovuus vuoksi.

Ultraäänianturia kutsutaan myös sonotrodiseksi tai ultraäänisormeksi. Se on metallitanko, joka on useimmiten valmistettu titaanista ja kierretty ultraäänitorveen. Ultraäänianturi on olennainen osa ultraääniprosessoria, joka lähettää ultraääniaallot äänitettyun väliaineeseen. Ultraäänianturit / sonotrodit ovat eri muodoissa (esim. kartiomainen, katettu, kapeneva tai Cascatrode). Vaikka titaani on yleisimmin käytetty materiaali ultraäänimittapäille, saatavilla on myös ruostumattomasta teräksestä, keramiikasta, lasista ja muista materiaaleista valmistettua sonotrodea.

Koska ultraäänisarvi ja anturi ovat jatkuvassa puristuksissa tai jännityksessä sonikoinnin aikana, sarven ja anturin materiaalivalinta on ratkaisevan tärkeää. Korkealaatuista titaaniseosta (luokka 5) pidetään luotettavimpana, kestävimpana ja tehokkaimpana metallina, joka kestää stressiä, ylläpitää korkeita amplitudia pitkiä aikoja ja välittää akustisia ja mekaanisia ominaisuuksia.

Ultraäänianturi emulgoi öljyä vedessä tehon ultraäänellä

Korkean suorituskyvyn ultraääniastiat toimivat enimmäkseen 20-30kHz: n taajuusalueella. 20 kHz: n ultraäänianturi on tyypillisesti puoli aallonpituus pitkä resonoiva sauva, joka laajenee jatkuvasti ja supistuu 20 000 kertaa sekunnissa. Laajenemis- ja supistusliikkeet välittyvät suuritehoisena ultraäänenä prosessialustaan eli nesteeseen tai lietteeseen, jotta voidaan täyttää esimerkiksi

• ultraääni korkea leikkaus sekoitus
• ultraääni-märkäjauhatus
• nanohiukkasten ultraääni dispersio
• Ultraääni nano-emulgointi
• Ultraäänipesu
• Ultraääni hajoaminen
• ultraäänisolujen häiriöt ja lyysit
• ultraääni kaasunpoisto ja aeraatio
• sonokemia (sonosynteesi, sonokatalyysi)

Miten Power Ultrasound toimii? – Akustisen kavitoinnin toimintaperiaate

Korkean suorituskyvyn ultraäänisovelluksessa, kuten homogenisoinnissa, hiukkaskoon pienentämisessä, hajoamisessa tai nano-dispersioissa, ultraäänianturi tuottaa korkean intensiteetin, matalataajuisen ultraäänen ja välittyy ultraäänisarven ja anturin (sonotrode) kautta nesteeksi. Suuritehoista ultraääniä pidetään ultraäänenä 16-30kHz: n alueella. Ultraäänianturi laajenee ja urakoi esimerkiksi 20kHz:n taajuudella ja lähettää siten 20 000 värähtelyä sekunnissa väliaineeseen. Kun ultraääniaallot kulkevat nesteen läpi, vuorotellen korkeapaineiset (puristus) / matalapaineiset (harvinaiset / laajenevat) syklit luovat minuuttionteloita (tyhjiökuplia), jotka kasvavat useissa painesykleissä. Nesteen ja kuplien puristusvaiheen aikana paine on positiivinen, kun taas harvinainen rasvausvaihe tuottaa tyhjiön (negatiivinen paine).) Puristus-paisuntasyklien aikana nesteen ontelon onteloiden onteloiden onteloiden ontuessa, kunnes ne saavuttavat koon, jossa ne eivät voi imeä lisää energiaa. Tässä vaiheessa ne luhistuvat väkivaltaisesti. Näiden onteloiden luhistuminen johtaa erilaisiin erittäin energisiin vaikutuksiin, jotka tunnetaan akustisen / ultraäänikavitaatioilmiönä. Akustiselle kavitaatiolle on ominaista jakoputkien erittäin energiset vaikutukset, jotka vaikuttavat nesteisiin, kiinteisiin/nestemäisiin järjestelmiin sekä kaasu-/nestejärjestelmiin. Energiatiheä vyöhyke tai kavitaatiovyöhyke tunnetaan niin kutsuttuna hot spot -vyöhykkeenä, joka on energiatihein ultraäänianturin välittömässä läheisyydessä ja laskee kasvavan etäisyyden päässä sonotrodista. Ultraäänikavitaatioiden pääpiirteitä ovat paikallisesti esiintyvät erittäin korkeat lämpötilat ja paineet sekä vastaavat eroavaisuuksiin, turbulenssiin ja nesteiden suoratoistoon. Ultraäänionteloiden luhistuessa ultraäänikuumeissa voidaan mitata jopa 5000 Kelvinin lämpötilat, jopa 200 ilmakehän paineet ja nestemäiset suihkut, joissa on jopa 1000 km/ h. Nämä erinomaiset energiaintensiikkaat olosuhteet edistävät sonomekaanisia ja sonokemiallisia vaikutuksia, jotka tehostavat prosesseja ja kemiallisia reaktioita eri tavoin.
Ultrasonicationin tärkein vaikutus nesteisiin ja lietteeseen on seuraava:

• Korkea leikkaus: Ultraääni korkean leikkausvoimien häiriöt nesteet ja nesteen kiinteät järjestelmät aiheuttavat voimakasta kiihtymystä, homogenisointia ja massansiirtoa.
• Vaikutus: Ultraäänikavitaatiosta syntyvät nestemäiset suihkut ja suoratoisto kiihdyttävät nesteiden kiinteitä aineita, mikä johtaa myöhemmin interparticluar-törmäykseen. Kun hiukkaset törmäävät erittäin suurilla nopeuksilla, ne hajoavat, hajoavat ja jyrsiytyvät ja hajaantuvat hienoksi, usein nanokokoon. Biologisten aineiden, kuten kasvimateriaalien, osalta suuren nopeuden nestesuihkut ja vuorottelevat painesyklit häiritsevät solun seiniä ja vapauttavat solunsisäistä materiaalia. Tämä johtaa bioaktiivisten yhdisteiden erittäin tehokkaaseen uuttamiseen ja biologisen aineen homogeeniseen sekoittumiseen.
• Levottomuus: Ultrasonication aiheuttaa voimakkaita turbulenssia, leikkausvoimia ja mikroliikettä nesteessä tai lietteessä. Siten sonikaatio aina voimistaa massansiirtoa ja nopeuttaa siten reaktioita ja prosesseja.

Ultraäänihomygenoijia ja korkea leikkaussekoittimia käytetään lähes missä tahansa jalostusteollisuudessa, joka toimii nesteiden tai lietteen kanssa. Voimakkaat ultraäänikavitaatiovoimat luovat voimakasta kiihtymystä, leikkausta, hiukkasten rikkoutumista ja massansiirtoa. Näin ollen nesteet homogenoidaan, dispergoidaan, emulgoidaan, uutetaan, liuotetaan ja/tai kemialliset reaktiot aloitetaan. Kaiken kaikkiaan ultrasonication on prosessi, joka tehostaa tuottoa, parantaa muuntokursseja ja tehostaa prosesseja.
Alan yleiset ultraäänisovellukset ovat levinneet monille elintarvikealoille & farmakko, hienokemia, energia & petrokemia, kierrätys, biojalostamot jne., ja niihin kuuluvat seuraavat:

• ultraääni biodieselsynteesi
• hedelmämehujen ultraääni homogenisointi
• rokotteiden ultraäänituotanto
• ultraääni Li-ion akkujen kierrätys
• nanomateriaalien ultraäänisynteesi
• Lääkkeiden ultraäänikoostumus
• CBD:n ultraääninanoemulointi
• kasvitieteellisten happojen ultraääniuutto
• ultraääninäytteiden valmistus laboratorioissa
• nesteiden ultraäänikaasunpoisto
• raakaöljyn ultraääni rikinpoisto
• ja paljon muuta ...

Ultraäänisarvet ja anturit suorituskykyviin sovelluksiin

Hielscher Ultrasonics on pitkäaikainen kokemus valmistaja ja jakelija suuritehoisia ultraääniattoreiden, joita käytetään maailmanlaajuisesti raskaisiin sovelluksiin monilla toimialoilla.
Ultraääniprosessorit kaikenkokoisia 50 watista 16kW: iin laitetta kohti, erikokoiset ja -muotoiset anturit, ultraäänireaktorit, joilla on eri tilavuuksia ja geometrioita, Hielscher Ultrasonics on oikea laite ihanteellisen ultraääniasennuksen määrittämiseen sovelluksellesi.
Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista: