Jaudas ultraskaņas pielietošana, izmantojot ultraskaņas ragus
Ultraskaņas ragi vai zondes tiek plaši izmantotas kolektora šķidruma apstrādes lietojumiem, tostarp homogenizācijai, izkliedēšanai, mitrai malšanai, emulgācijai, ekstrakcijai, sadalīšanai, izšķīdināšanai un aerācijai. Uzziniet pamatus par ultraskaņas ragiem, ultraskaņas zondēm un to pielietojumiem.
Ultraskaņas rags vs ultraskaņas zonde
Bieži vien termins ultraskaņas rags un zonde tiek lietoti savstarpēji aizstājami un attiecas uz ultraskaņas stieni, kas pārraida ultraskaņas viļņus šķidrumā. Citi termini, kas tiek izmantoti ultraskaņas zondei, ir akustiskais rags, sonotrods, akustiskais viļņvads vai ultraskaņas pirksts. Tomēr tehniski ir atšķirība starp ultraskaņas ragu un ultraskaņas zondi.
Gan rags, gan zonde attiecas uz tā sauktā zondes tipa ultrasonikatora daļām. Ultraskaņas rags ir ultraskaņas devēja metāla daļa, kas tiek ierosināta caur pjezoelektriski radītām vibrācijām. Ultraskaņas rags vibrē noteiktā frekvencē, piemēram, 20kHz, kas nozīmē 20 000 vibrācijas sekundē. Titāns ir vēlamais materiāls ultraskaņas ragu ražošanai, pateicoties izcilajām akustiskās pārraides īpašībām, izturīgajam noguruma stiprumam un virsmas cietībai.
Ultraskaņas zondi sauc arī par sonotrode vai ultraskaņas pirkstu. Tas ir metāla stienis, kas visbiežāk izgatavots no titāna un vītņots uz ultraskaņas ragu. Ultraskaņas zonde ir būtiska ultraskaņas procesora daļa, kas pārraida ultraskaņas viļņus ultraskaņas vidē. Ultraskaņas zondes / sonotrodes ir pieejamas dažādās formās (piemēram, koniskas, apgāztas, konusveida vai kā Cascatrode). Lai gan titāns ir visbiežāk izmantotais materiāls ultraskaņas zondēm, ir pieejams arī sonotrode, kas izgatavots no nerūsējošā tērauda, keramikas, stikla un citiem materiāliem.
Tā kā ultraskaņas rags un zonde ultraskaņas apstrādes laikā ir pastāvīgi saspiesti vai saspringti, izšķiroša nozīme ir raga un zondes materiāla izvēlei. Augstas kvalitātes titāna sakausējums (5. klase) tiek uzskatīts par visuzticamāko, izturīgāko un efektīvāko metālu, lai izturētu stresu, ilgstoši uzturētu augstas amplitūdas un pārraidītu akustiskās un mehāniskās īpašības.

Ultraskaņas devējs UIP2000hdT ar ultraskaņas ragu, pastiprinātāju un zondi (sonotrode)
- ultraskaņas augstas bīdes sajaukšana
- ultraskaņas mitrā frēzēšana
- Nanodaļiņu ultraskaņas dispersija
- Ultraskaņas Nano-emulgācija
- ultraskaņas ekstrakcija
- Ultraskaņas sadalīšanās
- Ultraskaņas šūnu darbības traucējumi un līze
- Ultraskaņas degazēšana un de-aerācija
- Sono-ķīmija (sono-sintēze, sono-katalīze)
Kā darbojas jaudas ultraskaņa? – Akustiskās kavitācijas darba princips
Augstas veiktspējas ultraskaņas pielietojumam, piemēram, homogenizācijai, daļiņu izmēra samazināšanai, sadalīšanai vai nano-dispersijām, augstas intensitātes, zemas frekvences ultraskaņu ģenerē ultraskaņas devējs un caur ultraskaņas ragu un zondi (sonotrodu) pārraida šķidrumā. Lieljaudas ultraskaņa tiek uzskatīta par ultraskaņu diapazonā no 16-30kHz. Ultraskaņas zonde izplešas un saraujas, piemēram, 20 kHz frekvencē, tādējādi vidē pārraidot attiecīgi 20 000 vibrāciju sekundē. Kad ultraskaņas viļņi pārvietojas pa šķidrumu, mainīgi augstspiediena (kompresijas) / zema spiediena (retināšanas / izplešanās) cikli rada minūšu dobumus (vakuuma burbuļus), kas aug vairākos spiediena ciklos. Šķidruma un burbuļu saspiešanas fāzē spiediens ir pozitīvs, bet retināšanas fāze rada vakuumu (negatīvs spiediens). Kompresijas-izplešanās ciklu laikā šķidruma dobumi aug, līdz tie sasniedz izmēru, pie kura tie nevar absorbēt papildu enerģiju. Šajā brīdī viņi vardarbīgi implodē. Šo dobumu implosija izraisa dažādus ļoti enerģiskus efektus, kas pazīstami kā akustiskās / ultraskaņas kavitācijas fenomens. Akustisko kavitāciju raksturo kolektora ļoti enerģētiskā iedarbība, kas ietekmē šķidrumus, cietās / šķidrās sistēmas, kā arī gāzes / šķidruma sistēmas. Enerģijas blīvā zona vai kavitācijas zona ir pazīstama kā tā sauktā karsto punktu zona, kas ir visvairāk enerģētiski blīva ultraskaņas zondes tiešā tuvumā un samazinās, palielinoties attālumam no sonotroda. Ultraskaņas kavitācijas galvenās īpašības ietver vietēji sastopamas ļoti augstas temperatūras un spiedienus un attiecīgos diferenciāļus, turbulences un šķidruma straumēšanu. Ultraskaņas dobumu implosijas laikā ultraskaņas karstajos punktos var izmērīt temperatūru līdz 5000 Kelvinam, spiedienu līdz 200 atmosfērām un šķidruma strūklas ar ātrumu līdz 1000km / h. Šie izcilie energoietilpīgie apstākļi veicina sonomehānisko un sonoķīmisko iedarbību, kas dažādos veidos pastiprina procesus un ķīmiskās reakcijas.
Ultrasonication galvenā ietekme uz šķidrumiem un vircas ir šāda:
- Augstas bīdes: Ultraskaņas augstas bīdes spēki traucē šķidrumus un šķidruma-cietās sistēmas, kas izraisa intensīvu uzbudinājumu, homogenizāciju un masas pārnesi.
- Ietekmi: Šķidruma strūklas un straumēšana, ko rada ultraskaņas kavitācija, paātrina cietvielas šķidrumos, kas pēc tam noved pie starppartikluāras sadursmes. Kad daļiņas saduras ļoti lielā ātrumā, tās sabrūk, sabrūk un tiek smalki slīpētas un izkliedētas, bieži vien līdz nano izmēram. Bioloģiskai vielai, piemēram, augu materiāliem, liela ātruma šķidruma strūklas un mainīgie spiediena cikli izjauc šūnu sienas un atbrīvo intracelulāro materiālu. Tas nodrošina ļoti efektīvu bioaktīvo savienojumu ekstrakciju un viendabīgu bioloģisko vielu sajaukšanos.
- Uzbudinājums: Ultrasonication izraisa intensīvas turbulences, bīdes spēkus un mikro kustību šķidrumā vai vircā. Tādējādi ultraskaņas apstrāde vienmēr pastiprina masas pārnesi un paātrina reakcijas un procesus.
Kopējie ultraskaņas lietojumi nozarē tiek izplatīti daudzās pārtikas nozarēs & farmācija, smalkā ķīmija, enerģētika & petroķīmija, otrreizējā pārstrāde, biorafinēšanas rūpnīcas utt., un ietver:
- Ultraskaņas biodīzeļdegvielas sintēze
- augļu sulu ultraskaņas homogenizācija
- vakcīnu ultraskaņas ražošana
- ultraskaņas Li-ion akumulatoru pārstrāde
- nanomateriālu ultraskaņas sintēze
- farmaceitisko līdzekļu ultraskaņas formulējums
- cbd ultraskaņas nano-emulgācija
- Botānisko vielu ultraskaņas ekstrakcija
- Ultraskaņas paraugu sagatavošana laboratorijās
- šķidrumu ultraskaņas degazifikācija
- neapstrādātas ultraskaņas desulfurizācija
- un vēl daudzi citi ...
Ultraskaņas ragi un zondes augstas veiktspējas lietojumiem
Hielscher Ultrasonics ir ilgstoša pieredze augstas jaudas ultrasonikatoru ražotājs un izplatītājs, kurus visā pasaulē izmanto lieljaudas lietojumiem daudzās nozarēs.
Ar ultraskaņas procesoriem visos izmēros no 50 vatiem līdz 16kW uz ierīci, zondes dažādos izmēros un formās, ultraskaņas reaktori ar dažādiem tilpumiem un ģeometrijām, Hielscher Ultrasonics ir pareizais aprīkojums, lai konfigurētu ideālu ultraskaņas iestatījumu jūsu lietojumprogrammai.
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:
Partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
---|---|---|
1 līdz 500 ml | 10 līdz 200 ml/min | UP100H |
10 līdz 2000 ml | 20 līdz 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 līdz 20L | 02 līdz 4 l/min | UIP2000hdT |
10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
n.p. | 10 līdz 100L/min | UIP16000 |
n.p. | Lielāku | kopa UIP16000 |
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Literatūra / Atsauces
- 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.