Tehon ultraäänen käyttö ultraäänisarvilla

Ultraäänisarvia tai koettimia käytetään laajalti jakotukkien nestekäsittelysovelluksiin, mukaan lukien homogenointi, dispergointi, märkäjyrsintä, emulgointi, uuttaminen, hajoaminen, liuottaminen ja ilmastus. Opi ultraäänisarvien, ultraäänianturien ja niiden sovellusten perusteet.

Ultraäänisarvi vs ultraäänianturi

Usein termiä ultraäänisarvi ja koetin käytetään vaihtokelpoisesti ja viitataan ultraäänisauvaan, joka lähettää ultraääniaallot nesteeseen. Muita ultraäänianturissa käytettyjä termejä ovat akustinen torvi, sonotrode, akustinen aaltoputki tai ultraäänisormi. Teknisesti ultraäänisarven ja ultraäänianturin välillä on kuitenkin ero.
Molemmat, sarvi ja koetin, viittaavat niin sanotun koetintyyppisen ultraäänilaitteen osiin. Ultraäänisarvi on ultraäänianturin metalliosa, joka innostuu pietsosähköisesti tuotettujen värähtelyjen kautta. Ultraäänitorvi värähtelee tietyllä taajuudella, esimerkiksi 20 kHz, mikä tarkoittaa 20 000 värähtelyä sekunnissa. Titaani on edullinen materiaali ultraäänisarvien valmistuksessa sen erinomaisten akustisten läpäisyominaisuuksien, vankan väsymislujuuden ja pintakovuuden vuoksi.

Ultraäänianturia kutsutaan myös sonotrodiksi tai ultraäänisormeksi. Se on metallitanko, joka on useimmiten valmistettu titaanista ja kierteitetty ultraäänisarveen. Ultraäänianturi on olennainen osa ultraääniprosessoria, joka lähettää ultraääniaallot sonikoituun väliaineeseen. Ultraäänianturit / sonotrodit ovat eri muotoisia (esim. kartiomainen, kärki, kapeneva tai Cascatrode). Vaikka titaani on yleisimmin käytetty materiaali ultraääniantureissa, saatavilla on myös ruostumattomasta teräksestä, keramiikasta, lasista ja muista materiaaleista valmistettua sonotrodia.

Koska ultraäänisarvi ja koetin ovat jatkuvassa puristuksessa tai jännityksessä sonikoinnin aikana, sarven ja koettimen materiaalivalinta on ratkaisevan tärkeää. Korkealaatuista titaaniseosta (luokka 5) pidetään luotettavimpana, kestävimpänä ja tehokkaimpana metallina, joka kestää stressiä, ylläpitää korkeita amplitudit pitkiä aikoja ja välittää akustiset ja mekaaniset ominaisuudet.

Korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteet toimivat enimmäkseen taajuusalueella 20-30 kHz. 20 kHz: n taajuudella ultraäänianturi on tyypillisesti puolen aallonpituuden pituinen resonanssisauva, joka laajenee jatkuvasti ja supistuu 20 000 kertaa sekunnissa. Laajenemis- ja supistumisliikkeet välitetään suuritehoisena ultraäänenä prosessiväliaineeseen, eli nesteeseen tai lietteeseen, jotta voidaan täyttää sovellukset, kuten

• ultraääni korkean leikkauksen sekoitus
• ultraääni märkäjyrsintä
• nanohiukkasten ultraäänidispersio
• ultraääni nanoemulgointi
• ultraääni uuttaminen
• Ultraääni hajoaminen
• ultraäänisolujen häiriöt ja lyysi
• Ultraäänikaasunpoisto ja ilmastus
• Sono-kemia (sonosynteesi, sono-katalyysi)

Miten Power Ultrasound toimii? – Akustisen kavitaation toimintaperiaate

Korkean suorituskyvyn ultraäänisovelluksissa, kuten homogenisoinnissa, hiukkaskoon pienentämisessä, hajoamisessa tai nanodispersioissa, ultraäänianturi tuottaa korkean intensiteetin, matalataajuisen ultraäänen ja lähetetään ultraäänisarven ja anturin (sonotrode) kautta nesteeseen. Suuritehoista ultraääntä pidetään ultraäänenä alueella 16-30 kHz. Ultraäänianturi laajenee ja supistuu esimerkiksi 20 kHz: n taajuudella, jolloin väliaineeseen lähetetään vastaavasti 20 000 värähtelyä sekunnissa. Kun ultraääniaallot kulkevat nesteen läpi, vuorottelevat korkeapaineiset (puristus) / matalapaineiset (harvinaiset / laajenevat) syklit luovat pieniä onteloita (tyhjiökuplia), jotka kasvavat useiden painesyklien aikana. Nesteen ja kuplien puristusvaiheen aikana paine on positiivinen, kun taas harvinaisuusvaihe tuottaa tyhjiön (alipaine). Puristus-laajennusjaksojen aikana nesteen ontelot kasvavat, kunnes ne saavuttavat koon, jossa ne eivät pysty absorboimaan lisää energiaa. Tässä vaiheessa ne luhistuvat väkivaltaisesti. Näiden onteloiden luhistuminen johtaa erilaisiin erittäin energisiin vaikutuksiin, joita kutsutaan akustisen / ultraäänikavitaation ilmiöksi. Akustiselle kavitaatiolle on ominaista moninaiset erittäin energiset vaikutukset, jotka vaikuttavat nesteisiin, kiinteisiin / nestemäisiin järjestelmiin sekä kaasu- / nestejärjestelmiin. Energiatiheä vyöhyke tai kavitaatiovyöhyke tunnetaan niin kutsuttuna kuumapistevyöhykkeenä, joka on energiatihein ultraäänianturin läheisyydessä ja laskee etäisyyden kasvaessa sonotrodista. Ultraäänikavitaation pääpiirteitä ovat paikallisesti esiintyvät erittäin korkeat lämpötilat ja paineet sekä vastaavat erot, turbulenssit ja nesteen suoratoisto. Ultraäänionteloiden romahtamisen aikana ultraäänipisteissä voidaan mitata jopa 5000 Kelvinin lämpötiloja, jopa 200 ilmakehän paineita ja nestemäisiä suihkuja, joiden nopeus on jopa 1000 km / h. Nämä erinomaiset energiaintensiiviset olosuhteet edistävät sonomekaanisia ja sonokemiallisia vaikutuksia, jotka tehostavat prosesseja ja kemiallisia reaktioita eri tavoin.
Ultrasonicationin pääasiallinen vaikutus nesteisiin ja lietteisiin on seuraava:

• Korkea leikkaus: Ultraääni korkeat leikkausvoimat häiritsevät nesteitä ja nestemäisiä kiinteitä järjestelmiä aiheuttaen voimakasta levottomuutta, homogenointia ja massansiirtoa.
• Vaikutus: Ultraäänikavitaation tuottamat nestemäiset suihkut ja suoratoisto nopeuttavat nesteissä olevia kiinteitä aineita, mikä johtaa myöhemmin puolueiden väliseen törmäykseen. Kun hiukkaset törmäävät hyvin suurilla nopeuksilla, ne kuluvat, hajoavat ja jyrsitään ja hajaantuvat hienoksi, usein nanokokoisiksi. Biologisten aineiden, kuten kasvimateriaalien, osalta nopeat nestesuihkut ja vuorottelevat painesyklit häiritsevät soluseinämiä ja vapauttavat solunsisäisen materiaalin. Tämä johtaa bioaktiivisten yhdisteiden erittäin tehokkaaseen uuttamiseen ja biologisen aineen homogeeniseen sekoittumiseen.
• Levottomuus: Ultrasonication aiheuttaa voimakkaita turbulensseja, leikkausvoimia ja mikroliikettä nesteessä tai lietteessä. Siten sonikaatio tehostaa aina massansiirtoa ja nopeuttaa siten reaktioita ja prosesseja.

Ultraäänihomogenisaattoreita ja korkean leikkauksen sekoittimia käytetään lähes kaikissa prosessiteollisuudessa, joka toimii nesteiden tai lietteen kanssa. Voimakkaat ultraäänikavitaatiovoimat aiheuttavat voimakasta levottomuutta, leikkausta, hiukkasten rikkoutumista ja massansiirtoa. Tällöin nesteet homogenoidaan, dispergoituvat, emulgoidaan, uutetaan, liuotetaan ja/tai kemialliset reaktiot aloitetaan. Kaiken kaikkiaan ultrasonication on prosessia tehostava menetelmä, joka lisää tuottoa, parantaa muuntokursseja ja tehostaa prosesseja.
Teollisuuden yleiset ultraäänisovellukset ovat levinneet monille elintarvikealoille & lääketeollisuus, hienokemia, energia & petrokemia, kierrätys, biojalostamot jne. ja sisältävät seuraavat:

• ultraäänibiodieselin synteesi
• hedelmämehujen ultraäänihomogenisointi
• Rokotteiden ultraäänituotanto
• ultraääni Li-ion-akun kierrätys
• nanomateriaalien ultraäänisynteesi
• Lääkkeiden ultraääniformulaatio
• CBD: n ultraääni nanoemulgointi
• Kasvitieteellisten aineiden ultraääniuutto
• ultraääninäytteiden valmistus laboratorioissa
• nesteiden ultraäänikaasunpoisto
• raakaöljyn ultraäänirikinpoisto
• ja paljon muuta ...

Ultraäänisarvet ja anturit korkean suorituskyvyn sovelluksiin

Hielscher Ultrasonics on pitkäaikainen kokemus suuritehoisten ultraäänilaitteiden valmistajasta ja jakelijasta, joita käytetään maailmanlaajuisesti raskaisiin sovelluksiin monilla teollisuudenaloilla.
Ultraääniprosessoreilla kaikenkokoisina 50 wattia - 16 kW laitetta kohti, erikokoisilla ja -muotoisilla antureilla, ultraäänireaktoreilla, joilla on erilaiset tilavuudet ja geometriat, Hielscher Ultrasonicsilla on oikeat laitteet ihanteellisen ultraääniasetuksen määrittämiseksi sovelluksellesi.
Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: