અલ્ટ્રાસોનિક હોર્નનો ઉપયોગ કરીને ઉચ્ચ-શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ

અલ્ટ્રાસોનિક હોર્ન અથવા પ્રોબનો ઉપયોગ સમાનાંગીકરણ, વિખેરણ, ભીનું પીસણ, ઇમલ્સિફિકેશન, નિષ્કર્ષણ, વિઘટન, દ્રાવણ અને હવા દૂર કરવા સહિતની વિવિધ પ્રવાહી પ્રક્રિયાઓ માટે વ્યાપકપણે થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક હોર્ન, અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ અને તેમના ઉપયોગો વિશેની મૂળભૂત બાબતો જાણો.

અલ્ટ્રાસોનિક હોર્ન અને અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબની તુલના

ઘણી વાર, અલ્ટ્રાસોનિક હોર્ન અને પ્રોબ શબ્દો એકબીજાના સ્થાને વપરાય છે અને તે પ્રવાહીમાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો પ્રસારિત કરતી અલ્ટ્રાસોનિક સળીનો ઉલ્લેખ કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ માટે વપરાતા અન્ય શબ્દોમાં ધ્વનિક હોર્ન, સોનોટ્રોડ, ધ્વનિક તરંગમાર્ગદર્શક અથવા અલ્ટ્રાસોનિક ફિંગરનો સમાવેશ થાય છે. જોકે, તકનીકી રીતે અલ્ટ્રાસોનિક હોર્ન અને અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ વચ્ચે તફાવત છે.
હોર્ન અને પ્રોબ બંને કહેવાતા પ્રોબ-પ્રકારના અલ્ટ્રાસોનિકેટરના ભાગોનો ઉલ્લેખ કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક હોર્ન એ અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સડ્યુસરનો ધાતુનો ભાગ છે, જે પીઝોઇલેક્ટ્રિક રીતે ઉત્પન્ન થતાં કંપનો દ્વારા ઉત્તેજિત થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક હોર્ન ચોક્કસ આવૃત્તિએ કંપે છે, દા.ત. 20kHz, જેનો અર્થ પ્રતિ સેકન્ડ 20,000 કંપનો થાય છે. ટાઇટેનિયમના ઉત્તમ ધ્વનિક પ્રસારણ ગુણધર્મો, તેની મજબૂત થાક-સહન ક્ષમતા અને સપાટીની કઠિનતાને કારણે અલ્ટ્રાસોનિક હોર્નના નિર્માણ માટે તેને પ્રાધાન્ય આપવામાં આવે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબને સોનોટ્રોડ અથવા અલ્ટ્રાસોનિક ફિંગર પણ કહેવામાં આવે છે. તે ધાતુની સળી છે, જે મોટેભાગે ટાઇટેનિયમમાંથી બનેલી હોય છે અને ચુડીઓ વડે અલ્ટ્રાસોનિક હોર્ન સાથે જોડાયેલી હોય છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ એ અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરનો આવશ્યક ભાગ છે, જે સોનિકેશન હેઠળના માધ્યમમાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો પ્રસારિત કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ / સોનોટ્રોડ વિવિધ આકારોમાં ઉપલબ્ધ છે (દા.ત. શંકુ આકારના, અણીવાળા, ક્રમશઃ સાંકડા થતા અથવા Cascatrode સ્વરૂપે). અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ માટે સૌથી વધુ વપરાતી સામગ્રી ટાઇટેનિયમ હોવા છતાં, સ્ટેનલેસ સ્ટીલ, સિરામિક, કાચ અને અન્ય સામગ્રીમાંથી બનેલા સોનોટ્રોડ પણ ઉપલબ્ધ છે.

સોનિકેશન દરમિયાન અલ્ટ્રાસોનિક હોર્ન અને પ્રોબ સતત સંકોચન અથવા તાણ હેઠળ રહેતા હોવાથી, હોર્ન અને પ્રોબ માટે સામગ્રીની પસંદગી નિર્ણાયક છે. પ્રતિબળ સહન કરવા, લાંબા સમય સુધી ઊંચા કંપવિસ્તાર જાળવવા અને ધ્વનિક તથા યાંત્રિક ગુણધર્મો પ્રસારિત કરવા માટે ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળી ટાઇટેનિયમ મિશ્રધાતુ (ગ્રેડ 5) સૌથી વિશ્વસનીય, ટકાઉ અને અસરકારક ધાતુ ગણાય છે.

પદાર્થો ઓગાળવા એ અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો એક સામાન્ય ઉપયોગ છે. આ વિડિયોમાં Hielscher UP200St વડે પાણીમાં ખાંડના સ્ફટિકો ઝડપથી ઓગાળવાની પ્રક્રિયા દર્શાવી છે.

ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિકેટર મોટેભાગે 20–30kHzની આવૃત્તિ શ્રેણીમાં કાર્ય કરે છે. 20 kHz પર, અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ સામાન્ય રીતે અડધી તરંગલંબાઈ જેટલી લાંબી અનુનાદી સળી હોય છે, જે પ્રતિ સેકન્ડ 20,000 વખત સતત વિસ્તરે છે અને સંકોચાય છે. વિસ્તરણ અને સંકોચનની આ ગતિઓ ઉચ્ચ-શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરીકે પ્રક્રિયા માધ્યમમાં, એટલે કે પ્રવાહી અથવા સ્લરીમાં, પ્રસારિત થાય છે, જેથી નીચે દર્શાવેલા જેવા ઉપયોગો શક્ય બને:

ઉચ્ચ-શક્તિવાળો અલ્ટ્રાસાઉન્ડ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે? – ધ્વનિક કેવિટેશનનો કાર્યસિદ્ધાંત

સમાનાંગીકરણ, કણકદ ઘટાડવું, વિઘટન અથવા નેનો-વિખેરણ જેવા ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક ઉપયોગો માટે, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ટ્રાન્સડ્યુસર દ્વારા ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળો, ઓછી આવૃત્તિવાળો અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઉત્પન્ન કરવામાં આવે છે અને તેને અલ્ટ્રાસોનિક હોર્ન તથા પ્રોબ (સોનોટ્રોડ) દ્વારા પ્રવાહીમાં પ્રસારિત કરવામાં આવે છે. 16–30kHzની શ્રેણીમાં આવતા અલ્ટ્રાસાઉન્ડને ઉચ્ચ-શક્તિવાળો અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ગણવામાં આવે છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રોબ, ઉદાહરણ તરીકે, 20kHz પર વિસ્તરે છે અને સંકોચાય છે, અને આમ માધ્યમમાં પ્રતિ સેકન્ડ 20,000 કંપનો પ્રસારિત કરે છે. જ્યારે અલ્ટ્રાસોનિક તરંગો પ્રવાહીમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે એકાંતરે આવતા ઉચ્ચ-દબાણ (સંકોચન) / નીચા-દબાણ (વિરલન / વિસ્તરણ) ચક્રો સૂક્ષ્મ પોલાણો (શૂન્યાવકાશના પરપોટા) બનાવે છે, જે અનેક દબાણચક્રો દરમિયાન વધે છે. પ્રવાહી અને પરપોટાના સંકોચન તબક્કા દરમિયાન દબાણ ધન હોય છે, જ્યારે વિરલન તબક્કો શૂન્યાવકાશ (ઋણ દબાણ) ઉત્પન્ન કરે છે. સંકોચન-વિસ્તરણ ચક્રો દરમિયાન પ્રવાહીમાં રહેલાં પોલાણો વધીને એવા કદ સુધી પહોંચે છે કે જ્યાં તેઓ વધુ ઊર્જા શોષી શકતાં નથી. આ સમયે તેઓ પ્રચંડ રીતે અંદરની તરફ તૂટી પડે છે. આ પોલાણોના અંદરની તરફ તૂટી પડવાથી વિવિધ અત્યંત ઊર્જાસભર અસરો ઉત્પન્ન થાય છે, જેને ધ્વનિક / અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનની ઘટના તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ધ્વનિક કેવિટેશન વિવિધ અત્યંત ઊર્જાસભર અસરો ધરાવે છે, જે પ્રવાહીઓ, ઘન/પ્રવાહી પ્રણાલીઓ તેમજ વાયુ/પ્રવાહી પ્રણાલીઓને અસર કરે છે. ઊર્જા-સઘન વિસ્તાર અથવા કેવિટેશન વિસ્તાર કહેવાતા હોટ-સ્પોટ વિસ્તાર તરીકે ઓળખાય છે, જેમાં ઊર્જાની સઘનતા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબની નજીકના વિસ્તારમાં સૌથી વધુ હોય છે અને સોનોટ્રોડથી અંતર વધતાં ઘટે છે. અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓમાં સ્થાનિક રીતે ઉત્પન્ન થતાં અત્યંત ઊંચાં તાપમાન અને દબાણ તથા તેમના સંબંધિત તફાવતો, ક્ષુબ્ધ પ્રવાહો અને પ્રવાહી પ્રવહણનો સમાવેશ થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક હોટ-સ્પોટમાં અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણો અંદરની તરફ તૂટી પડે ત્યારે 5000 Kelvin સુધીનાં તાપમાન, 200 atmospheres સુધીનાં દબાણ અને 1000km/h સુધીની ગતિવાળા પ્રવાહી જેટ માપી શકાય છે. આ અસાધારણ ઊર્જા-તીવ્ર પરિસ્થિતિઓ ધ્વનિ-યાંત્રિક અને ધ્વનિ-રાસાયણિક અસરોમાં ફાળો આપે છે, જે વિવિધ રીતે પ્રક્રિયાઓ અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓને તીવ્ર બનાવે છે.
પ્રવાહીઓ અને સ્લરી પર અલ્ટ્રાસોનિકેશનની મુખ્ય અસરો નીચે મુજબ છે:

ઉચ્ચ કર્તન: અલ્ટ્રાસોનિક ઉચ્ચ-કર્તન બળો પ્રવાહીઓ અને પ્રવાહી-ઘન પ્રણાલીઓને વિક્ષુબ્ધ કરીને તીવ્ર હલનચલન, સમાનાંગીકરણ અને દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ પેદા કરે છે.
આઘાત: અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનથી ઉત્પન્ન થતા પ્રવાહી જેટ અને પ્રવહણ પ્રવાહીમાં રહેલા ઘન પદાર્થોને પ્રવેગ આપે છે, જેનાથી પછી કણો વચ્ચે અથડામણ થાય છે. કણો અત્યંત ઊંચી ગતિએ અથડાય ત્યારે તેઓ ઘસાય છે, તૂટી જાય છે અને ઘણી વાર નેનોકદ સુધી બારીક પિસાઈને વિખેરાય છે. વનસ્પતિ સામગ્રી જેવા જૈવિક પદાર્થોમાં, ઊંચી ગતિવાળા પ્રવાહી જેટ અને એકાંતરે આવતા દબાણચક્રો કોષભિત્તિઓને તોડે છે અને અંતઃકોષીય સામગ્રી મુક્ત કરે છે. આના પરિણામે જૈવસક્રિય સંયોજનોનું અત્યંત કાર્યક્ષમ નિષ્કર્ષણ અને જૈવિક પદાર્થોનું સમાનાંગી મિશ્રણ થાય છે.
હલનચલન: અલ્ટ્રાસોનિકેશન પ્રવાહી અથવા સ્લરીમાં તીવ્ર ક્ષુબ્ધ પ્રવાહો, કર્તન બળો અને સૂક્ષ્મ હલનચલન પેદા કરે છે. આથી સોનિકેશન હંમેશાં દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણને તીવ્ર બનાવે છે અને તેના દ્વારા પ્રતિક્રિયાઓ તથા પ્રક્રિયાઓને ઝડપી બનાવે છે.

પ્રવાહીઓ અથવા સ્લરી સાથે કામ કરતા લગભગ દરેક પ્રક્રિયા ઉદ્યોગમાં અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર અને ઉચ્ચ-કર્તન મિક્સર વપરાય છે. તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન બળો તીવ્ર હલનચલન, કર્તન, કણભંજન અને દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ પેદા કરે છે. આથી પ્રવાહીઓનું સમાનાંગીકરણ, વિખેરણ, ઇમલ્સિફિકેશન, નિષ્કર્ષણ, દ્રાવણ થાય છે અને/અથવા રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ શરૂ થાય છે. એકંદરે, અલ્ટ્રાસોનિકેશન એ પ્રક્રિયાઓને તીવ્ર બનાવતી પદ્ધતિ છે, જે ઉપજ વધારે છે, રૂપાંતરણ દર સુધારે છે અને પ્રક્રિયાઓને વધુ કાર્યક્ષમ બનાવે છે.
ઉદ્યોગમાં પ્રચલિત અલ્ટ્રાસોનિક ઉપયોગો ખાદ્ય અને ઔષધ, વિશિષ્ટ રસાયણો, ઊર્જા અને પેટ્રોરસાયણ, પુનઃચક્રણ, બાયોરિફાઇનરી વગેરેની અનેક શાખાઓમાં વ્યાપેલા છે અને તેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા ઉપયોગો માટે અલ્ટ્રાસોનિક હોર્ન અને પ્રોબ

Hielscher Ultrasonics ઉચ્ચ-શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસોનિકેટરના લાંબો અનુભવ ધરાવતા ઉત્પાદક અને વિતરક છે, જેમનાં ઉપકરણો વિશ્વભરમાં અનેક ઉદ્યોગોમાં ભારે કામગીરીવાળા ઉપયોગો માટે વપરાય છે.
પ્રતિ ઉપકરણ 50 wattsથી 16kW સુધીના તમામ કદના અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર, વિવિધ કદ અને આકારના પ્રોબ તથા વિવિધ ઘનફળ અને ભૂમિતિ ધરાવતા અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટર સાથે, Hielscher Ultrasonics પાસે તમારા ઉપયોગ માટે આદર્શ અલ્ટ્રાસોનિક વ્યવસ્થા ગોઠવવા યોગ્ય સાધનો છે.
નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે:

બેચનું ઘનફળ	પ્રવાહ દર	ભલામણ કરેલાં ઉપકરણો
1 થી 500mL	10 થી 200mL/min	UP100H
10 થી 2000mL	20 થી 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0.1 થી 20L	0.2 થી 4L/min	UIP2000hdT
10 થી 100L	2 થી 10L/min	UIP4000hdT
n.a.	10 થી 100L/min	UIP16000
n.a.	વધુ	જૂથમાં ગોઠવેલાં UIP16000

અમારો સંપર્ક કરો! / અમને પૂછો!

વધુ માહિતી માટે પૂછો

અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો, ઉપયોગો અને કિંમત વિશે વધારાની માહિતી મેળવવા માટે કૃપા કરીને નીચે આપેલા ફોર્મનો ઉપયોગ કરો. આપની પ્રક્રિયા વિશે આપની સાથે ચર્ચા કરવામાં અને આપની જરૂરિયાતોને અનુરૂપ અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ પ્રદાન કરવામાં અમને આનંદ થશે!

ઈમેલ સરનામું (જરૂરી)

ફોન નંબર

નામ

રુચિ

સંબંધિત વિષયો

સાહિત્ય / સંદર્ભો

Kenneth S. Suslick, Yuri Didenko, Ming M. Fang, Taeghwan Hyeon, Kenneth J. Kolbeck, William B. McNamara, Millan M. Mdleleni, Mike Wong (1999): Acoustic Cavitation and Its Chemical Consequences. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, Vol. 357, Issue 1751, 1999. 335-353.
Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering) 77:5; 2015. 155-161.