Zbatimi i ultratingujve të fuqishëm duke përdorur brirë ultrasonikë

Brirët ose sondat ultrasonike përdoren gjerësisht për zbatime të shumta të përpunimit të lëngjeve, duke përfshirë homogjenizimin, dispergimin, bluarjen e lagësht, emulsifikimin, ekstraktimin, shpërbërjen, tretjen dhe largimin e ajrit. Mësoni bazat për brirët ultrasonikë, sondat ultrasonike dhe zbatimet e tyre.

Briri ultrasonik kundrejt sondës ultrasonike

Shpesh, termat bri ultrasonik dhe sondë ultrasonike përdoren në mënyrë të ndërsjellë dhe i referohen shufrës ultrasonike që transmeton valët e ultratingujve në lëng. Terma të tjerë që përdoren për sondën ultrasonike janë bri akustik, sonotrodë, valëpërçues akustik ose gisht ultrasonik. Megjithatë, teknikisht ka një dallim midis një briri ultrasonik dhe një sonde ultrasonike.
Si briri, ashtu edhe sonda u referohen pjesëve të të ashtuquajturës pajisje ultrasonike me sondë. Briri ultrasonik është pjesa metalike e transduktorit ultrasonik, e cila ngacmohet nga dridhje të gjeneruara në mënyrë piezoelektrike. Briri ultrasonik dridhet me një frekuencë të caktuar, p.sh. 20kHz, që do të thotë 20 000 dridhje në sekondë. Titani është materiali i parapëlqyer për prodhimin e brirëve ultrasonikë për shkak të vetive të tij të shkëlqyera të transmetimit akustik, rezistencës së lartë ndaj lodhjes dhe fortësisë së sipërfaqes.

Sonda ultrasonike quhet gjithashtu sonotrodë ose gisht ultrasonik. Ajo është një shufër metalike, më së shpeshti prej titani, që lidhet me filetim me bririn ultrasonik. Sonda ultrasonike është një pjesë thelbësore e procesorit ultrasonik, e cila transmeton valët e ultratingujve në mjedisin që trajtohet me ultratinguj. Sondat ultrasonike / sonotrodat janë të disponueshme në forma të ndryshme (p.sh. konike, me majë, me ngushtim gradual ose në formën Cascatrode). Ndërsa titani është materiali më i përdorur për sondat ultrasonike, janë të disponueshme edhe sonotroda prej çeliku të pandryshkshëm, qeramike, qelqi dhe materialesh të tjera.

Meqenëse briri dhe sonda ultrasonike janë vazhdimisht nën ngjeshje ose tërheqje gjatë trajtimit me ultratinguj, zgjedhja e materialit të tyre është vendimtare. Aliazhi i titanit me cilësi të lartë (klasa 5) konsiderohet metali më i besueshëm, më jetëgjatë dhe më efektiv për t’u rezistuar sforcimeve, për të ruajtur amplituda të larta gjatë periudhave të gjata dhe për të transmetuar vetitë akustike dhe mekanike.

Tretja është një zbatim i zakonshëm i sonikimit. Videoja demonstron tretjen e shpejtë të kristaleve të sheqerit në ujë me Hielscher UP200St.

Pajisjet ultrasonike me performancë të lartë punojnë kryesisht në intervalin e frekuencave 20–30kHz. Në 20 kHz, sonda ultrasonike është zakonisht një shufër rezonante me gjatësi sa gjysma e gjatësisë së valës, e cila zgjerohet dhe tkurret vazhdimisht 20 000 herë në sekondë. Lëvizjet e zgjerimit dhe tkurrjes transmetohen si ultratinguj me fuqi të lartë në mjedisin e procesit, pra në fluid ose suspension, për të kryer zbatime të tilla si

• përzierja ultrasonike me forca të larta prerëse
• bluarja e lagësht me ultratinguj
• dispergimi ultrasonik i nanogrimcave
• nanoemulsifikimi ultrasonik
• ekstraktimi ultrasonik
• shpërbërja ultrasonike
• çarja dhe liza e qelizave me ultratinguj
• largimi i gazeve dhe i ajrit me ultratinguj
• sonokimia (sonosinteza, sonokataliza)

Si funksionojnë ultratingujt e fuqishëm? – Parimi i funksionimit të kavitacionit akustik

Për zbatime ultrasonike me performancë të lartë, si homogjenizimi, zvogëlimi i madhësisë së grimcave, shpërbërja ose nanodispersionet, një transduktor ultrasonik gjeneron ultratinguj me intensitet të lartë dhe frekuencë të ulët, të cilët transmetohen në një lëng përmes bririt dhe sondës ultrasonike (sonotrodës). Si ultratinguj me fuqi të lartë konsiderohen ultratingujt në intervalin 16–30kHz. Sonda ultrasonike zgjerohet dhe tkurret, p.sh. në 20kHz, duke transmetuar kështu përkatësisht 20 000 dridhje në sekondë në mjedis. Kur valët ultrasonike përhapen nëpër lëng, ciklet e alternuara të presionit të lartë (ngjeshje) / presionit të ulët (rrallim / zgjerim) krijojnë zgavra shumë të vogla (flluska vakumi), të cilat rriten gjatë disa cikleve të presionit. Gjatë fazës së ngjeshjes së lëngut dhe flluskave, presioni është pozitiv, ndërsa faza e rrallimit prodhon vakum (presion negativ). Gjatë cikleve të ngjeshjes dhe zgjerimit, zgavrat në lëng rriten derisa arrijnë një madhësi në të cilën nuk mund të përthithin më energji. Në këtë pikë, ato shemben vrullshëm nga brenda. Shembja e këtyre zgavrave nga brenda shkakton efekte të ndryshme me energji shumë të lartë, të cilat njihen si fenomeni i kavitacionit akustik / ultrasonik. Kavitacioni akustik karakterizohet nga efekte të shumta me energji shumë të lartë, të cilat ndikojnë në lëngje, në sisteme të ngurta/lëng, si edhe në sisteme gaz/lëng. Zona me dendësi të lartë energjie ose zona e kavitacionit njihet si e ashtuquajtura zonë e pikave të nxehta; dendësia e energjisë është më e larta në afërsi të drejtpërdrejtë të sondës ultrasonike dhe zvogëlohet me rritjen e largësisë nga sonotroda. Karakteristikat kryesore të kavitacionit ultrasonik përfshijnë temperatura dhe presione shumë të larta që shfaqen lokalisht dhe diferencat përkatëse të tyre, turbulenca dhe rrjedhje të lëngut. Gjatë shembjes nga brenda të zgavrave ultrasonike në pikat e nxehta ultrasonike, mund të maten temperatura deri në 5000 kelvin, presione deri në 200 atmosfera dhe rryma të përqendruara lëngu me shpejtësi deri në 1000km/h. Këto kushte të jashtëzakonshme me energji të lartë kontribuojnë në efekte sonomekanike dhe sonokimike që intensifikojnë proceset dhe reaksionet kimike në mënyra të ndryshme.
Ndikimet kryesore të trajtimit me ultratinguj në lëngje dhe suspensione janë si më poshtë:

• Forca të larta prerëse: Forcat e larta prerëse ultrasonike prishin strukturën e lëngjeve dhe të sistemeve lëng–të ngurta, duke shkaktuar agjitim intensiv, homogjenizim dhe transferim të masës.
• Goditja: Rrymat e përqendruara të lëngut dhe rrjedhjet e gjeneruara nga kavitacioni ultrasonik përshpejtojnë lëndët e ngurta në lëngje, gjë që më pas çon në përplasje midis grimcave. Kur grimcat përplasen me shpejtësi shumë të larta, ato gërryhen, copëtohen, bluhen dhe dispergohen imët, shpesh deri në madhësi nanometrike. Për lëndën biologjike, si materialet bimore, rrymat e përqendruara të lëngut me shpejtësi të lartë dhe ciklet e alternuara të presionit çajnë muret qelizore dhe çlirojnë materialin brendaqelizor. Kjo sjell ekstraktim shumë efikas të përbërjeve bioaktive dhe përzierje homogjene të lëndës biologjike.
• Agjitimi: Trajtimi me ultratinguj shkakton turbulenca intensive, forca prerëse dhe mikrolëvizje në lëng ose suspension. Kështu, trajtimi me ultratinguj e intensifikon gjithmonë transferimin e masës dhe, për rrjedhojë, përshpejton reaksionet dhe proceset.

Homogjenizuesit ultrasonikë dhe përzierësit me forca të larta prerëse përdoren pothuajse në çdo industri përpunimi që punon me lëngje ose suspensione. Forcat intensive të kavitacionit ultrasonik krijojnë agjitim intensiv, forca prerëse, thyerje të grimcave dhe transferim të masës. Kështu, lëngjet homogjenizohen, dispergohen, emulsifikohen, ekstraktohen, treten dhe/ose iniciohen reaksione kimike. Në përgjithësi, trajtimi me ultratinguj është një metodë e intensifikimit të proceseve që rrit rendimentin, përmirëson shkallën e konvertimit dhe i bën proceset më efikase.
Zbatimet e zakonshme industriale të ultratingujve shtrihen në shumë degë të industrisë ushqimore dhe farmaceutike, kimisë së imët, energjisë dhe petrokimisë, riciklimit, biorafinerive etj. dhe përfshijnë sa vijon:

• sinteza ultrasonike e biodizelit
• homogjenizimi ultrasonik i lëngjeve të frutave
• prodhimi i vaksinave me ultratinguj
• riciklimi i baterive Li-ion me ultratinguj
• sinteza ultrasonike e nanomaterialeve
• formulimi ultrasonik i preparateve farmaceutike
• nanoemulsifikimi ultrasonik i CBD
• ekstraktimi ultrasonik i materialeve bimore
• përgatitja e mostrave me ultratinguj në laboratorë
• largimi i gazeve nga lëngjet me ultratinguj
• desulfurimi ultrasonik i naftës bruto
• dhe shumë të tjera …

Brirë dhe sonda ultrasonike për zbatime me performancë të lartë

Hielscher Ultrasonics është një prodhues dhe distributor me përvojë shumëvjeçare i pajisjeve ultrasonike me fuqi të lartë, të cilat përdoren në mbarë botën për zbatime me ngarkesë të rëndë në shumë industri.
Me procesorë ultrasonikë të të gjitha madhësive, nga 50 vat deri në 16kW për pajisje, sonda me madhësi dhe forma të ndryshme dhe reaktorë ultrasonikë me vëllime dhe gjeometri të ndryshme, Hielscher Ultrasonics ka pajisjet e duhura për të konfiguruar sistemin ideal ultrasonik për zbatimin tuaj.
Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të pajisjeve tona ultrasonike: