Uwendung vu Power Ultraschall mat Ultraschallhorns

Ultrasonic Horns oder Sonden gi wäit benotzt fir vill Flëssegkeetsveraarbechtungsapplikatiounen abegraff Homogeniséierung, Dispergéierung, Naassfräsen, Emulsifikatioun, Extraktioun, Desintegratioun, Opléisung an Entluchtung. Léiert d'Grondlagen iwwer Ultraschallhorn, Ultraschallsonden an hir Uwendungen.

Ultrasonic Horn vs Ultrasonic Probe

Dacks gëtt de Begrëff Ultraschallhorn a Sonde austauschbar benotzt a bezéie sech op d'Ultraschallstab, déi d'Ultraschallwellen an d'Flëssegkeet iwwerdréit. Aner Begrëffer, déi fir d'Ultraschallsonde benotzt ginn, sinn akustesch Horn, Sonotrode, akustesch Waveguide oder Ultrasonic Fanger. Wéi och ëmmer, technesch ass et en Ënnerscheed tëscht engem Ultraschallhorn an enger Ultraschallsonde.
Béid, Horn a Sonde, bezéien sech op Deeler vum sougenannten Sonde-Typ Ultraschall. Den Ultraschallhorn ass de Metalldeel vum Ultraschalltransducer, deen duerch piezoelektresch generéiert Schwéngungen opgereegt gëtt. Den Ultraschallhorn vibréiert mat enger bestëmmter Frequenz, zB 20kHz, dat heescht 20.000 Schwéngungen pro Sekonn. Titan ass dat bevorzugt Material fir d'Fabrikatioun vun Ultraschallhornen wéinst senge exzellenten akusteschen Iwwerdroungseigenschaften, senger robuster Müdegkeetskraaft an der Uewerflächhärkeet.

D'Ultraschallsonde gëtt och Sonotrode oder Ultraschallfinger genannt. Et ass eng Metallstab, meeschtens aus Titan gemaach, an op den Ultraschallhorn geschnidden. D'Ultraschallsonde ass e wesentleche Bestanddeel vum Ultraschallprozessor, deen d'Ultraschallwellen an dat sonikéiert Medium iwwerdréit. Ultraschallsonden / Sonotroden sinn a verschiddene Formen (zB konisch, gekippt, konisch oder als Cascatrode) verfügbar. Wärend Titan dat am meeschte benotzt Material fir Ultraschallsonden ass, ginn et och Sonotroden aus Edelstol, Keramik, Glas an aner Materialer verfügbar.

Zënter datt den Ultraschallhorn an d'Sonde ënner konstanter Kompressioun oder Spannung wärend der Sonikatioun sinn, ass d'Materialwahl vun Horn a Sonde entscheedend. Héichqualitativ Titanlegierung (Grad 5) gëtt als déi zouverlässegst, haltbar an effektiv Metal ugesinn fir Stress ze widderstoen, héich Amplituden iwwer laang Zäit z'erhalen an déi akustesch a mechanesch Eegeschaften ze vermëttelen.

High-Performance Ultraschaller funktionnéieren meeschtens am Frequenzbereich vun 20-30kHz. Bei 20 kHz ass d'Ultraschallsonde typesch eng hallef Wellelängt laang Resonanzstab, déi sech stänneg ausdehnt a sech 20.000 Mol pro Sekonn zesummesetzt. D'Expansiouns- a Kontraktiounsbeweegunge ginn als Héichkraaft-Ultraschall an d'Prozessmedium iwwerdroen, dh Flëssegkeet oder Schlamm, fir Uwendungen z.

• Ultrasonic High-Shear Mëschung
• Ultraschall Naassfräsen
• Ultraschall-Dispersioun vun Nanopartikelen
• Ultraschall Nano-Emulsifikatioun
• Ultraschall Extraktioun
• Ultraschall Desintegratioun
• Ultraschallzell Stéierungen a Lysis
• Ultraschall Entgasung an Entluchtung
• Sono-Chemie (Sono-Synthese, Sono-Katalyse)

Wéi funktionnéiert Power Ultraschall? – Den Aarbechtsprinzip vun der akustescher Kavitatioun

Fir High-Performance Ultraschallapplikatioun wéi Homogeniséierung, Partikelgréisstreduktioun, Zerfall oder Nano-Dispersioune gëtt High-Intensitéit, Low-Frequenz Ultraschall vun engem Ultraschalltransducer generéiert an iwwer Ultraschallhorn a Sonotrode (Sonotrode) an eng Flëssegkeet iwwerdroen. Héichkraaft Ultraschall gëtt als Ultraschall am Beräich vun 16-30kHz ugesinn. D'Ultraschallsonde erweidert a kontraktéiert zB bei 20kHz, wouduerch respektiv 20.000 Schwéngungen pro Sekonn an de Medium iwwerdroen. Wann d'Ultraschallwellen duerch d'Flëssegkeet reesen, erstellt alternéierend Héichdrock (Kompressioun) / Nidderdruck (Rarefaktioun / Expansioun) Zyklen Minutte Huelraim (Vakuumblasen), déi iwwer verschidden Drockzyklen wuessen. Wärend der Kompressiounsphase vun der Flëssegkeet a Blasen ass den Drock positiv, während d'Rarefaktiounsphase e Vakuum produzéiert (negativen Drock.) Während de Kompressiouns-Expansiounszyklen wuessen d'Huelraim an der Flëssegkeet bis se eng Gréisst erreechen, bei där se net kënnen weider Energie absorbéieren. Zu dësem Zäitpunkt implodéiere se gewalteg. D'Implosioun vun dësen Huelraim resultéiert zu verschiddenen héich energesche Effekter, déi als Phänomen vun akustescher / Ultraschall Kavitatioun bekannt sinn. Akustesch Kavitatioun ass charakteriséiert duerch manifold héich energesche Effekter, déi Flëssegkeeten, fest / flësseg Systemer souwéi Gas / Flëssegkeetssystemer beaflossen. D'energiedichte Zone oder d'Kavitatiounszon ass bekannt als sougenannte Hot-Spot Zone, déi am meeschte energiedicht an der noer Noperschaft vun der Ultraschallsonde ass a mat ëmmer méi Ofstand vun der Sonotrode ofhëlt. D'Haaptcharakteristike vun der Ultraschallkavitatioun enthalen lokal optrieden ganz héich Temperaturen an Drock a jeweileg Differenzen, Turbulenzen a Flëssegstroum. Bei der Implosioun vun Ultraschallhuelraim an Ultraschall-Hot-Spots kënnen Temperature vu bis zu 5000 Kelvin, Drock vu bis zu 200 Atmosphären a Flëssegjets mat bis zu 1000km/h gemooss ginn. Dës aussergewéinlech energieintensiv Bedéngungen droen zu sonomechaneschen a sonochemeschen Effekter bäi, déi Prozesser a chemesch Reaktiounen op verschidde Weeër verstäerken.
Den Haapt Impakt vun Ultrasonication op Flëssegkeeten a Schlëmmeren sinn déi folgend:

• Héich Schéier: Ultrasonic High-Shear Kräften stéieren Flëssegkeeten a flësseg-fest Systemer déi intensiv Agitatioun, Homogeniséierung a Massentransfer verursaachen.
• Impakt: Liquid Jets a Streaming generéiert duerch Ultraschall Kavitatioun beschleunegen Feststoffer a Flëssegkeeten, wat spéider zu interpartikulärer Kollisioun féiert. Wann d'Partikele mat ganz héijer Geschwindegkeet kollidéieren, erodéieren, zerbriechen se a ginn gemuel a fein verdeelt, dacks bis op Nano-Gréisst. Fir biologesch Matière wéi Planzmaterialien, stéieren d'Héichgeschwindegkeet Flëssegjets an alternéierend Drockzyklen d'Zellmaueren a befreien dat intrazellulärt Material. Dëst resultéiert an héich effizient Extraktioun vu bioaktive Verbindungen an der homogener Mëschung vu biologescher Matière.
• Agitatioun: Ultrasonication verursaacht intensiv Turbulenzen, Schéierkraaft a Mikrobewegung an der Flëssegkeet oder Schlamm. Doduerch verstäerkt d'Sonicatioun ëmmer Massentransfer a beschleunegt doduerch Reaktiounen a Prozesser.

Ultrasonic Homogenisatoren an High-Shear-Mixer ginn a bal all Veraarbechtungsindustrie benotzt, déi mat Flëssegkeeten oder Schlëmmer funktionnéiert. Déi intensiv Ultraschall Kavitational Kräfte kreéieren intensiv Agitatioun, Schéier, Partikelbroch a Massentransfer. Doduerch gi Flëssegkeete homogeniséiert, dispergéiert, emulgéiert, extrahéiert, opgeléist an/oder chemesch Reaktiounen initiéiert. Allgemeng ass Ultraschall eng Prozessverstäerkungsmethod déi d'Ausbezuelung erhéicht, d'Konversiounsraten verbessert an d'Prozesser méi effizient mécht.
Allgemeng Ultraschallapplikatiounen an der Industrie sinn iwwer vill Filialen vu Liewensmëttel verbreet & Pharma, Feinchemie, Energie & Petrochemie, Recycling, Bioraffinerien, etc. an enthalen déi folgend:

• Ultraschall Biodiesel Synthese
• Ultraschall Homogeniséierung vun Uebstjusen
• Ultraschallproduktioun vun Impfungen
• Ultraschall Li-Ion Batterie Recycling
• Ultraschall Synthese vun Nano-Materialien
• Ultrasonic Formuléierung vu Medikamenter
• Ultraschall Nano-Emulsifikatioun vu CBD
• Ultraschallextraktioun vu Botaneschen
• Ultrasonic Probe Virbereedung an Laboratoiren
• Ultraschall Entgasung vu Flëssegkeeten
• Ultraschall Desulfuriséierung vu Roh
• a vill méi…

Ultrasonic Horns a Sonden fir High-Performance Uwendungen

Hielscher Ultrasonics ass laangjäreg Erfahrungen Hiersteller an Distributeur vun High-Power Ultrasonicatoren, déi weltwäit fir schwéier Applikatiounen a ville Industrien benotzt ginn.
Mat Ultraschallprozessoren an alle Gréisste vu 50 Watt bis 16kW pro Apparat, Sonden a verschiddene Gréissten a Formen, Ultraschallreaktoren mat verschiddene Volumen a Geometrien, Hielscher Ultrasonics huet déi richteg Ausrüstung fir den ideale Ultraschall-Setup fir Är Applikatioun ze konfiguréieren.
D'Tabell hei drënner gëtt Iech eng Indikatioun vun der geschätzter Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschaller: