Примена моћног ултразвука помоћу ултразвучних рогова

Ултразвучни рогови или сонде се широко користе за разне апликације за обраду течности укључујући хомогенизацију, дисперговање, мокро млевење, емулзификацију, екстракцију, дезинтеграцију, растварање и деаерацију. Научите основе о ултразвучним трунама, ултразвучним сондама и њиховој примени.

Ултразвучна сирена против ултразвучне сонде

Често се термин ултразвучна сирена и сонда користе наизменично и односе се на ултразвучни штап који преноси ултразвучне таласе у течност. Други термини који се користе за ултразвучну сонду су акустични рог, сонотрода, акустични таласовод или ултразвучни прст. Међутим, технички постоји разлика између ултразвучне сирене и ултразвучне сонде.
И сирена и сонда се односе на делове такозваног ултразвучног апарата типа сонде. Ултразвучна сирена је метални део ултразвучног претварача, који се побуђује кроз пиезоелектрично генерисане вибрације. Ултразвучна сирена вибрира на одређеној фреквенцији, нпр. 20кХз, што значи 20.000 вибрација у секунди. Титанијум је пожељан материјал за израду ултразвучних рогова због својих одличних својстава акустичног преноса, његове робусне чврстоће на замор и површинске тврдоће.

Ултразвучна сонда се такође назива сонотрода или ултразвучни прст. То је метална шипка, најчешће направљена од титанијума, са навојем на ултразвучни рог. Ултразвучна сонда је суштински део ултразвучног процесора, који преноси ултразвучне таласе у соницирани медијум. Доступне су ултразвучне сонде / сонотроде у различитим облицима (нпр. конусни, са врхом, конусни или као каскатроде). Док је титанијум најчешће коришћени материјал за ултразвучне сонде, на располагању су и сонотроде направљене од нерђајућег челика, керамике, стакла и других материјала.

Пошто су ултразвучна труба и сонда под сталном компресијом или напетошћу током соникације, избор материјала за трубу и сонду је од кључног значаја. Висококвалитетна легура титанијума (оцена 5) сматра се најпоузданијим, најтрајнијим и најефикаснијим металом који може да издржи напрезање, да издржи велике амплитуде током дугог временског периода и да преноси акустичка и механичка својства.

Ултрасоникатори високих перформанси углавном раде у фреквенцијском опсегу од 20-30кХз. На 20 кХз, ултразвучна сонда је типично резонантна шипка дугачка пола таласне дужине, која се стално шири и скупља 20.000 пута у секунди. Покрети експанзије и контракције се преносе као ултразвук велике снаге у процесни медијум, односно течност или кашу, како би се испуниле апликације као што су

• ултразвучно мешање са високим смицањем
• ултразвучно мокро млевење
• ултразвучна дисперзија нано-честица
• ултразвучна наноемулзификација
• ултразвучна екстракција
• ултразвучна дезинтеграција
• ултразвучни поремећај и лиза ћелија
• ултразвучна дегазација и деаерација
• сонохемија (соно-синтеза, соно-катализа)

Како ради Повер Ултрасоунд? – Принцип рада акустичне кавитације

За ултразвучну примену високих перформанси, као што је хомогенизација, смањење величине честица, дезинтеграција или нано-дисперзије, ултразвучни претварач генерише ултразвук високог интензитета, ниске фреквенције и преноси преко ултразвучног сирена и сонде (сонотроде) у течност. Ултразвук велике снаге сматра се ултразвуком у опсегу од 16-30кХз. Ултразвучна сонда се шири и скупља, на пример, на 20 кХз, преносећи на тај начин 20.000 вибрација у секунди у медијум. Када ултразвучни таласи путују кроз течност, наизменични циклуси високог притиска (компресија) / ниског притиска (разређивања / експанзије) стварају ситне шупљине (вакуумске мехуриће), које расту током неколико циклуса притиска. Током фазе компресије течности и мехурића, притисак је позитиван, док фаза разређивања ствара вакуум (негативан притисак). Током циклуса компресије-експанзије, шупљине у течности расту све док не достигну величину при којој не могу апсорбују даљу енергију. У овом тренутку, они насилно имплодирају. Имплозија тих шупљина резултира различитим високоенергетским ефектима, који су познати као феномен акустичне/ултразвучне кавитације. Акустичну кавитацију карактеришу вишеструки високоенергетски ефекти, који утичу на течности, чврсте/течне системе као и на системе гас/течност. Зона са густом енергијом или кавитациона зона позната је као такозвана зона врућих тачака, која је енергетски најгушћа у непосредној близини ултразвучне сонде и опада са повећањем удаљености од сонотроде. Главне карактеристике ултразвучне кавитације укључују локалне врло високе температуре и притиске и одговарајуће диференцијале, турбуленције и струјање течности. Током имплозије ултразвучних шупљина у ултразвучним жариштима, могу се мерити температуре до 5000 Келвина, притисци до 200 атмосфера и млазнице течности до 1000 км/х. Ови изванредни енергетски интензивни услови доприносе сономеханичким и сонохемијским ефектима који интензивирају процесе и хемијске реакције на различите начине.
Главни утицај ултразвука на течности и муљке су следећи:

• Високо смицање: Ултразвучне силе високог смицања ометају течности и течно-чврсте системе изазивајући интензивно мешање, хомогенизацију и пренос масе.
• Утицај: Млазеви течности и струјање генерисани ултразвучном кавитацијом убрзавају чврсте материје у течностима, што последично доводи до интерпартикуларног судара. Када се честице сударају при веома великим брзинама, оне еродирају, разбијају се и мељу се и фино распршују, често до нано-величине. За биолошку материју као што је биљни материјал, млаз течности велике брзине и наизменични циклуси притиска ометају ћелијске зидове и ослобађају унутарћелијски материјал. Ово резултира високо ефикасном екстракцијом биоактивних једињења и хомогеним мешањем биолошке материје.
• узнемиреност: Ултрасоницатион изазива интензивне турбуленције, силе смицања и микро-померања у течности или каши. На тај начин, соникација увек интензивира пренос масе и тиме убрзава реакције и процесе.

Ултразвучни хомогенизатори и миксери са високим смицањем се користе у скоро свакој прерађивачкој индустрији, која ради са течностима или кашама. Интензивне ултразвучне кавитационе силе стварају интензивну агитацију, смицање, ломљење честица и пренос масе. На тај начин се течности хомогенизују, диспергују, емулгују, екстрахују, растварају и/или покрећу хемијске реакције. Све у свему, ултразвук је метода интензивирања процеса која повећава принос, побољшава стопе конверзије и чини процесе ефикаснијим.
Уобичајене ултразвучне примене у индустрији су распрострањене у многим гранама хране & фармација, фина хемија, енергија & петрохемија, рециклажа, биорафинерије, итд. и укључују следеће:

• ултразвучна синтеза биодизела
• ултразвучна хомогенизација воћних сокова
• ултразвучна производња вакцина
• рециклирање ултразвучних Ли-јонских батерија
• ултразвучна синтеза наноматеријала
• ултразвучна формулација фармацеутских производа
• ултразвучна нано-емулзификација ЦБД-а
• ултразвучна екстракција биљака
• ултразвучна припрема узорака у лабораторијама
• ултразвучна дегазификација течности
• ултразвучно одсумпоравање сирове нафте
• и још много тога …

Ултразвучне трубе и сонде за апликације високих перформанси

Хиелсцхер Ултрасоницс је са дугогодишњим искуством произвођач и дистрибутер ултрасоникатора велике снаге, који се широм света користе за тешке примене у многим индустријама.
Са ултразвучним процесорима у свим величинама од 50 вати до 16 кВ по уређају, сондама различитих величина и облика, ултразвучним реакторима са различитим запреминама и геометријама, Хиелсцхер Ултрасоницс има праву опрему за конфигурисање идеалног ултразвучног подешавања за вашу примену.
Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата: