Ultrazvočni rogovi ali sonde se široko uporabljajo za razmnoževanje tekočih aplikacij, vključno s homogenizacijo, razpršitev, razmnoževanje, emulgiranje, ekstrakcijo, razpadanje, raztapljanje in razmnoževanje. Naučite se osnov o ultrazvočnih rogih, ultrazvočnih sondah in njihovih aplikacijah.

Ultrazvočni rog vs ultrazvočno sondo

Pogosto se izraz ultrazvočni rog in sonda uporabljata zamenljivo in se nanašata na ultrazvočno palico, ki ultrazvočne valove prenaša v tekočino. Drugi izrazi, ki se uporabljajo za ultrazvočno sondo so akustični rog, sonotrode, akustični valovanje, ali ultrazvočni prst. Tehnično pa obstaja razlika med ultrazvočnim rogom in ultrazvočno sondo.
Oba, rog in sonda, se nanašata na dele tako imenovanega ultrazvočnega ultrazvočnikatorja tipa sonde. Ultrazvočni rog je kovinski del ultrazvočnega pretvornika, ki se vzburja skozi piezoelektrično ustvarjene vibracije. Ultrazvočni rog vibrira na določeni frekvenci, npr. 20kHz, kar pomeni 20.000 vibracij na sekundo. Titan je prednostni material za izdelavo ultrazvočnih rogov zaradi odličnih lastnosti akustičnega prenosa, robustne trdnosti utrujenosti in trdote površine.

Ultrazvočna sonda se imenuje tudi sonotroda ali ultrazvočni prst. Gre za kovinsko palico, najpogosteje izdelano iz titana, in navoj na ultrazvočni rog. Ultrazvočna sonda je bistveni del ultrazvočnega procesorja, ki prenaša ultrazvočne valove v sonicani medij. Ultrazvočne sonde / sonotrodi so v različnih oblikah (npr. konične, napihnjene, tapered ali kot Cascatrode) na voljo. Medtem ko je titan najpogosteje uporabljen material za ultrazvočne sonde, so na voljo tudi sonotrode iz nerjavečega jekla, keramike, stekla in drugih materialov.

Ker sta ultrazvočni rog in sonda med sonikacijo pod stalnim stiskanjem ali napetostjo, sta materialna izbira roga in sonde ključnega pomena. Kakovostna zlitina titana (5. razred) velja za najbolj zanesljivo, vzdržljivo in učinkovito kovino, ki prenaša stres, vzdržuje visoke amplitude v daljšem časovnem obdobju ter prenaša akustične in mehanske lastnosti.

Ultrasonicatorji visokih zmogljivosti večinoma delujejo v frekvenčni razponu 20-30kHz. Pri 20 kHz je ultrazvočna sonda običajno enopolovna valovna dolžina dolga rezonantna palica, ki se nenehno širi in se zganja 20.000-krat na sekundo. Premiki širjenja in krčenje se prenašajo kot ultrazvok visoke moči v procesni medij, to je tekočina ali slurry, da se izpolnijo aplikacije, kot so

• ultrazvočno mešanje visoko omejev
• ultrazvočni mokro mletje
• ultrazvočna disperzija nano delcev
• Ultrazvočni nano-Emulzifikacija
• Ultrazvočna ekstrakcija
• Ultrazvočni Razpad
• ultrazvočna motnja celic in lyza
• ultrazvočno odpiranje in razmnoževanje
• sono-kemija (sono-sinteza, sono-kataliza)

Kako deluje Power Ultrazvok? – Delovno načelo akustičnega kavitacije

Za visoko zmogljivo ultrazvočno aplikacijo, kot so homogenizacija, zmanjšanje velikosti delcev, razpadanje ali nano-disperzije, visoko intenzivnost, nizko frekvenčni ultrazvok nastaja z ultrazvočnim pretvornikom in se prenaša preko ultrazvočnega roga in sonde (sonotrode) v tekočino. Ultrazvok visoke moči velja za ultrazvok v območju od 16-30kHz. Ultrazvočna sonda se širi in pogodbe npr. Ko ultrazvočni valovi potujejo skozi tekočino, izmenično visokega tlaka (kompresija) / nizkega tlaka (redkofakcija / širitev) cikli ustvarjajo minutne votline (vakumske mehurčke), ki rastejo v več tlačni cikli. Med fazo stiskanja tekočine in mehurčkov je tlak pozitiven, medtem ko faza redkega dela proizvaja vakum (negativni tlak.) Med cikli kompresije-širitve, votline v tekočini rastejo, dokler ne dosežejo velikosti, pri kateri ne morejo absorbirati nadaljnje energije. V tem trenutku nasilno eksplodirajo. Implozija teh votlin ima za posledico različne zelo energične učinke, ki so znani kot pojav akustične / ultrazvočne kavitacije. Za akustično kavitacijo so značilni veliko bolj energični učinki, ki vplivajo na tekočine, trdne/tekoče sisteme kot tudi plinske/tekoče sisteme. Energijsko gosto območje ali kavitacialno območje je znano kot tako imenovano območje vroče točke, ki je najbolj energijsko gosto v bližnji bližini ultrazvočne sonde in upada z naraščajočo razdaljo od sonotrode. Glavne značilnosti ultrazvočne kavitacije vključujejo lokalno pojavlja zelo visoke temperature in pritiske ter ustrezne razlikovanja, turbulence, in tekoče pretakanje. Med implozijo ultrazvočnih votlin v ultrazvočnih vročih mestih se lahko merijo temperature do 5000 Kelvin, tlaki do 200 atmosfer in tekoči mletki z do 1000km/h. Ti izjemni energetsko intenzivni pogoji prispevajo k sonomehanskim in sonokemičnim učinkom, ki na različne načine intenzivne procese in kemične reakcije.
Glavni vpliv ultrasonication na tekočine in blata so naslednje:

• Visoko maže: Ultrazvočne visokosečljive sile motijo tekočine in tekoče trdne sisteme, ki povzroča intenzivno agitacijo, homogenizacijo in prenos mase.
• Vpliv: Tekoča letala in pretakanje, ki nastanejo z ultrazvočno kavitacijo, pospešijo trdne snovi v tekočinah, kar vodi nato do medpartikluarnega trka. Ko delci trčijo pri zelo visokih hitrostih, jih erode, raztresejo in se meljejo in razpršijo fino, pogosto do nano velikosti. Za biološke snovi, kot so rastlinski materiali, tekoča letala visoke hitrosti in izmenični tlačni cikli motijo celične stene in sproščajo znotrajcelični material. To ima za rezultat zelo učinkovito ekstrakcijo bioaktivnih spojin in homogeno mešanje bioloških snovi.
• Vznemirjenost: Ultrasonication povzroča intenzivne turbulence, omejevanje sil in mikro gibanje v tekočini ali slurry. S tem sonication vedno pospešuje množični prenos in s tem pospešuje reakcije in procese.

Ultrazvočni homogenizatorji in visoko omejevalniki se uporabljajo v skoraj kateri koli predelovalni industriji, ki deluje s tekočinami ali blato. Intenzivne ultrazvočne kavitacialne sile ustvarjajo intenzivno agitacijo, striž, zlom delca in prenos mase. S tem se začnejo tekočine homogenizirane, razpršene, emulgizirane, izvlečejo, raztopijo in/ali kemične reakcije. Na splošno je ultrasonication proces, ki povečuje donos, izboljšuje stopnje pretvorbe in naredi procese učinkovitejše.
Pogoste ultrazvočne aplikacije v industriji so razširjene v številnih vejah hrane & farmacevtska, fino-kemija, energija & petrokemijo, recikliranje, biorefinarije itd., in vključujejo naslednje:

• ultrazvočna sinteza biodizla
• ultrazvočna homogenizacija sadnih sokov
• ultrazvočna proizvodnja cepiv
• ultrazvočno recikliranje li-ionska baterija
• ultrazvočna sinteza nano-materialov
• Ultrazvočna formulacija farmacevtskih izdelkov
• ultrazvočna nano-emulgacija CBD
• ultrazvočno ekstrakcijo botanikov
• ultrazvočni pripravek vzorca v laboratorijih
• ultrazvočno razplinjanje tekočin
• ultrazvočna razžvepljenost surove
• in še veliko več ...

Ultrazvočni rogovi in sonde za visokozmognjene aplikacije

Hielscher Ultrasonics je dolgotrajne izkušnje proizvajalec in distributer ultrasonicatorjev visoke moči, ki se po vsem svetu uporabljajo za težke aplikacije v številnih panogah.
Z ultrazvočnimi procesorji v vseh velikostih od 50 vatov do 16kW na napravo, sondami pri različnih velikostih in oblikah, ultrazvočnimi reaktorji z različnimi volumni in geometrijami, Hielscher Ultrasonics ima pravo opremo za konfiguracijo idealne ultrazvočne nastavitve za vašo aplikacijo.
V spodnji tabeli vam daje podatek o približni zmogljivosti obdelave naših ultrasonicators: