अल्ट्रासोनिक हॉर्न का उपयोग करके उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड का अनुप्रयोग

अल्ट्रासोनिक हॉर्न या प्रोब का व्यापक उपयोग तरल प्रसंस्करण के अनेक अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिनमें समांगीकरण, परिक्षेपण, आर्द्र पिसाई, पायसीकरण, निष्कर्षण, विघटन, घोलना और वायु निष्कासन शामिल हैं। अल्ट्रासोनिक हॉर्न, अल्ट्रासोनिक प्रोब और उनके अनुप्रयोगों की मूल बातें जानें।

अल्ट्रासोनिक हॉर्न बनाम अल्ट्रासोनिक प्रोब

अक्सर, अल्ट्रासोनिक हॉर्न और प्रोब शब्दों का उपयोग एक-दूसरे के स्थान पर किया जाता है और वे उस अल्ट्रासोनिक छड़ को दर्शाते हैं जो अल्ट्रासाउंड तरंगों को तरल में संचारित करती है। अल्ट्रासोनिक प्रोब के लिए ध्वनिक हॉर्न, सोनोट्रोड, ध्वनिक तरंगमार्गदर्शक या अल्ट्रासोनिक फिंगर जैसे अन्य शब्द भी उपयोग किए जाते हैं। हालांकि, तकनीकी रूप से अल्ट्रासोनिक हॉर्न और अल्ट्रासोनिक प्रोब में अंतर है।
हॉर्न और प्रोब, दोनों तथाकथित प्रोब-प्रकार के अल्ट्रासोनिकेटर के हिस्सों को दर्शाते हैं। अल्ट्रासोनिक हॉर्न, अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर का धातु वाला हिस्सा है, जो पीजोइलेक्ट्रिक रूप से उत्पन्न कंपनों से उत्तेजित होता है। अल्ट्रासोनिक हॉर्न एक निश्चित आवृत्ति, जैसे 20kHz, पर कंपन करता है, जिसका अर्थ है प्रति सेकंड 20,000 कंपन। उत्कृष्ट ध्वनिक संचरण गुणों, उच्च क्लांति सामर्थ्य और सतही कठोरता के कारण अल्ट्रासोनिक हॉर्न बनाने के लिए टाइटेनियम पसंदीदा सामग्री है।

अल्ट्रासोनिक प्रोब को सोनोट्रोड या अल्ट्रासोनिक फिंगर भी कहा जाता है। यह एक धातु की छड़ होती है, जो अधिकतर टाइटेनियम से बनी होती है और चूड़ियों वाले जोड़ से अल्ट्रासोनिक हॉर्न से जुड़ी होती है। अल्ट्रासोनिक प्रोब, अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर का एक अनिवार्य हिस्सा है, जो अल्ट्रासाउंड तरंगों को सोनिकेशन किए जा रहे माध्यम में संचारित करता है। अल्ट्रासोनिक प्रोब / सोनोट्रोड विभिन्न आकृतियों में उपलब्ध हैं (जैसे शंक्वाकार, नोकदार, क्रमशः पतले होते हुए या Cascatrode के रूप में)। हालांकि अल्ट्रासोनिक प्रोब के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली सामग्री टाइटेनियम है, लेकिन स्टेनलेस स्टील, सिरेमिक, काँच और अन्य सामग्रियों से बने सोनोट्रोड भी उपलब्ध हैं।

चूंकि सोनिकेशन के दौरान अल्ट्रासोनिक हॉर्न और प्रोब लगातार संपीड़न या तनन के अधीन रहते हैं, इसलिए हॉर्न और प्रोब की सामग्री का चयन अत्यंत महत्वपूर्ण है। उच्च-गुणवत्ता वाले टाइटेनियम मिश्रधातु (ग्रेड 5) को प्रतिबल सहने, लंबे समय तक उच्च आयाम बनाए रखने और ध्वनिक तथा यांत्रिक गुणों को संचारित करने के लिए सबसे विश्वसनीय, टिकाऊ और प्रभावी धातु माना जाता है।

पदार्थों को घोलना पराश्रव्य उपचार का एक सामान्य अनुप्रयोग है। इस वीडियो में Hielscher UP200St से पानी में चीनी के क्रिस्टल तेज़ी से घोलना प्रदर्शित किया गया है।

उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिकेटर अधिकतर 20–30kHz की आवृत्ति सीमा में काम करते हैं। 20 kHz पर, अल्ट्रासोनिक प्रोब आमतौर पर आधी तरंगदैर्घ्य जितनी लंबी अनुनादी छड़ होती है, जो लगातार प्रति सेकंड 20,000 बार फैलती और सिकुड़ती है। फैलने और सिकुड़ने की ये गतियाँ उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड के रूप में प्रक्रिया माध्यम, अर्थात द्रव या स्लरी, में संचारित होती हैं, ताकि निम्नलिखित जैसे अनुप्रयोग किए जा सकें

उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड कैसे काम करता है? – ध्वनिक कैविटेशन का कार्य सिद्धांत

समांगीकरण, कणों का आकार घटाने, विघटन या नैनो-परिक्षेपण जैसे उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक अनुप्रयोगों के लिए, अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर द्वारा उच्च-तीव्रता वाला, कम-आवृत्ति का अल्ट्रासाउंड उत्पन्न किया जाता है और अल्ट्रासोनिक हॉर्न तथा प्रोब (सोनोट्रोड) के माध्यम से तरल में संचारित किया जाता है। 16–30kHz की सीमा वाले अल्ट्रासाउंड को उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड माना जाता है। अल्ट्रासाउंड प्रोब, उदाहरण के लिए, 20kHz पर फैलता और सिकुड़ता है, जिससे माध्यम में प्रति सेकंड 20,000 कंपन संचारित होते हैं। जब अल्ट्रासोनिक तरंगें तरल से होकर गुजरती हैं, तो बारी-बारी से आने वाले उच्च-दाब (संपीड़न) / निम्न-दाब (विरलन / प्रसार) चक्र सूक्ष्म गुहिकाएँ (निर्वात बुलबुले) बनाते हैं, जो कई दाब चक्रों के दौरान बढ़ती हैं। तरल और बुलबुलों के संपीड़न चरण के दौरान दाब धनात्मक होता है, जबकि विरलन चरण में निर्वात (ऋणात्मक दाब) उत्पन्न होता है। संपीड़न-प्रसार चक्रों के दौरान, तरल में गुहिकाएँ तब तक बढ़ती हैं जब तक वे ऐसे आकार तक नहीं पहुँच जातीं जिस पर वे और ऊर्जा अवशोषित नहीं कर सकतीं। इस बिंदु पर, वे तीव्रता से अंतःस्फोटित होती हैं। इन गुहिकाओं के अंतःस्फोट से विभिन्न अत्यधिक ऊर्जावान प्रभाव उत्पन्न होते हैं, जिन्हें ध्वनिक / अल्ट्रासोनिक कैविटेशन की परिघटना के रूप में जाना जाता है। ध्वनिक कैविटेशन की विशेषता अनेक अत्यधिक ऊर्जावान प्रभाव हैं, जो तरल पदार्थों, ठोस/तरल प्रणालियों और गैस/तरल प्रणालियों को प्रभावित करते हैं। ऊर्जा-सघन क्षेत्र या कैविटेशन क्षेत्र को तथाकथित हॉट-स्पॉट क्षेत्र कहा जाता है। इसकी ऊर्जा सघनता अल्ट्रासोनिक प्रोब के निकटतम क्षेत्र में सबसे अधिक होती है और सोनोट्रोड से दूरी बढ़ने के साथ घटती जाती है। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन की मुख्य विशेषताओं में स्थानीय रूप से उत्पन्न बहुत उच्च तापमान और दाब तथा उनके संबंधित अंतर, विक्षोभ और तरल प्रवाह शामिल हैं। अल्ट्रासोनिक हॉट-स्पॉट में अल्ट्रासोनिक गुहिकाओं के अंतःस्फोट के दौरान, 5000 Kelvin तक का तापमान, 200 atmospheres तक का दाब और 1000km/h तक की गति वाले तरल जेट मापे जा सकते हैं। ये असाधारण ऊर्जा-सघन परिस्थितियाँ सोनोयांत्रिक और सोनोरासायनिक प्रभावों में योगदान देती हैं, जो प्रक्रियाओं और रासायनिक अभिक्रियाओं को विभिन्न तरीकों से तीव्र करते हैं।
तरल पदार्थों और स्लरी पर अल्ट्रासोनिकेशन के मुख्य प्रभाव निम्नलिखित हैं:

उच्च अपरूपण: अल्ट्रासोनिक उच्च-अपरूपण बल तरल पदार्थों और तरल-ठोस प्रणालियों को विघटित करते हैं, जिससे तीव्र विलोड़न, समांगीकरण और द्रव्यमान स्थानांतरण होता है।
संघात: अल्ट्रासोनिक कैविटेशन द्वारा उत्पन्न तरल जेट और प्रवाह, तरल में मौजूद ठोस पदार्थों को त्वरित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कणों के बीच टक्कर होती है। जब कण बहुत तेज गति से टकराते हैं, तो वे घिसते हैं, टूटते हैं तथा बारीक पिसकर परिक्षेपित हो जाते हैं, और अक्सर उनका आकार नैनो स्तर तक पहुँच जाता है। पादप सामग्री जैसे जैविक पदार्थों के मामले में, उच्च-वेग वाले तरल जेट और बारी-बारी से आने वाले दाब चक्र कोशिका भित्तियों को विघटित करते हैं और अंतःकोशिकीय सामग्री को मुक्त करते हैं। इससे जैवसक्रिय यौगिकों का अत्यंत कुशल निष्कर्षण और जैविक पदार्थों का समांगी मिश्रण होता है।
विलोड़न: अल्ट्रासोनिकेशन तरल या स्लरी में तीव्र विक्षोभ, अपरूपण बल और सूक्ष्म गति उत्पन्न करता है। इस प्रकार, सोनिकेशन हमेशा द्रव्यमान स्थानांतरण को तीव्र करता है और इससे अभिक्रियाओं तथा प्रक्रियाओं को तेज करता है।

अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र और उच्च-अपरूपण मिक्सर का उपयोग लगभग हर उस प्रसंस्करण उद्योग में किया जाता है जो तरल पदार्थों या स्लरी के साथ काम करता है। तीव्र अल्ट्रासोनिक कैविटेशन बल तीव्र विलोड़न, अपरूपण, कणों का टूटना और द्रव्यमान स्थानांतरण उत्पन्न करते हैं। इससे तरल पदार्थों का समांगीकरण, परिक्षेपण, पायसीकरण, निष्कर्षण और घुलना होता है और/या रासायनिक अभिक्रियाएँ शुरू होती हैं। कुल मिलाकर, अल्ट्रासोनिकेशन प्रक्रिया को तीव्र करने की एक विधि है, जो प्राप्ति बढ़ाती है, रूपांतरण दरों में सुधार करती है और प्रक्रियाओं को अधिक कुशल बनाती है।
उद्योग में सामान्य अल्ट्रासोनिक अनुप्रयोग खाद्य एवं औषधि, सूक्ष्म रसायन, ऊर्जा एवं पेट्रोरसायन, पुनर्चक्रण, जैव-रिफाइनरियों आदि की अनेक शाखाओं में फैले हुए हैं और इनमें निम्नलिखित शामिल हैं:

उच्च-प्रदर्शन वाले अनुप्रयोगों के लिए अल्ट्रासोनिक हॉर्न और प्रोब

Hielscher Ultrasonics उच्च-शक्ति वाले अल्ट्रासोनिकेटर का एक लंबे अनुभव वाला निर्माता और वितरक है। इन अल्ट्रासोनिकेटर का उपयोग विश्वभर में अनेक उद्योगों के अत्यधिक मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है।
प्रति उपकरण 50 watts से 16kW तक के सभी आकारों के अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर, विभिन्न आकारों और आकृतियों के प्रोब तथा अलग-अलग आयतन और ज्यामितियों वाले अल्ट्रासोनिक रिएक्टर उपलब्ध कराते हुए, Hielscher Ultrasonics के पास आपके अनुप्रयोग के लिए आदर्श अल्ट्रासोनिक व्यवस्था तैयार करने हेतु उपयुक्त उपकरण हैं।
नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकेटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:

बैच आयतन	प्रवाह दर	अनुशंसित उपकरण
1 से 500mL	10 से 200mL/min	UP100H
10 से 2000mL	20 से 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0.1 से 20L	0.2 से 4L/min	UIP2000hdT
10 से 100L	2 से 10L/min	UIP4000hdT
n.a.	10 से 100L/min	UIP16000
n.a.	इससे अधिक	इन उपकरणों का समूह: UIP16000

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अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर, अनुप्रयोगों और मूल्य के बारे में अतिरिक्त जानकारी का अनुरोध करने के लिए कृपया नीचे दिए गए फ़ॉर्म का उपयोग करें। हमें आपकी प्रक्रिया पर आपके साथ चर्चा करने और आपकी आवश्यकताओं को पूरा करने वाली अल्ट्रासोनिक प्रणाली की पेशकश करने में प्रसन्नता होगी!

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साहित्य / संदर्भ

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