Ultraljud horn eller sonder används i stor utsträckning för grenrör flytande bearbetning applikationer inklusive homogenisering, spridning, våt-fräsning, emulgering, extraktion, sönderfall, upplösning, och av- luftning. Lär dig grunderna om ultraljudshorn, ultraljudssonder och deras applikationer.

Ultraljud Horn vs ultraljud sond

Ofta används termen ultraljudshorn och sond omväxlande och hänvisar till ultraljudsstaven som överför ultraljudsvågorna in i vätskan. Andra termer som används för ultraljud sonden är akustisk horn, sonotrode, akustisk vågledare, eller ultraljud finger. Emellertid, tekniskt sett finns det en skillnad mellan ett ultraljud horn och en ultraljud sond.
Båda, horn och sond, hänvisar till delar av den så kallade probe-typ ultrasonicator. Ultraljudshornet är metalldelen av ultraljudsgivaren, som blir upphetsad genom piezoelektriskt genererade vibrationer. Ultraljudshornet vibrerar med en viss frekvens, t ex 20kHz, vilket innebär 20 000 vibrationer per sekund. Titan är det föredragna materialet för tillverkning av ultraljudshorn på grund av dess utmärkta akustiska överföringsegenskaper, dess robusta utmattningshållfasthet och ythårdhet.

Ultraljudssonden kallas också sonotrode eller ultraljudsfinger. Det är en metallstav, oftast tillverkad av titan, och gängade till ultraljudshornet. Ultraljudssonden är en viktig del av ultraljudsprocessorn, som överför ultraljudsvågorna till det sonicated mediet. Ultraljud sonder / sonotrodes är i olika former (t.ex. koniska, tippade, avsmalnande, eller som Cascatrode) tillgängliga. Medan titan är det vanligaste materialet för ultraljud sonder, det finns också sonotrode tillverkade av rostfritt stål, keramik, glas och andra material tillgängliga.

Eftersom ultraljud horn och sond är under konstant kompression eller spänning under ultraljudsbehandling, är materialet val av horn och sond avgörande. Högkvalitativ titanlegering (grad 5) anses vara den mest tillförlitliga, hållbara och effektiva metallen för att tåla stress, för att upprätthålla höga amplituder under långa tidsperioder, och för att överföra de akustiska och mekaniska egenskaperna.

Högpresterande ultrasonicators arbetar mestadels i frekvensområdet 20-30kHz. Vid 20 kHz är ultraljudssonden vanligtvis en halv våglängd lång resonansstav, som ständigt expanderar och upphandlande 20.000 gånger per sekund. Expansions- och sammandragningsrörelserna överförs som högeffektsultraljud till processmediet, det vill säga vätska eller flytgödsel, för att uppfylla applikationer som

• ultraljud hög-skjuvning blandning
• ultraljud våt-fräsning
• ultraljud spridning av nano-partiklar
• Ultraljud Nano-Emulgering
• ultraljuds extraktion
• Ultraljud Desinfiering
• ultraljud cell störningar och lys
• ultraljud avgasning och av- aeration
• sono-kemi (sono-syntes, sono-katalys)

Hur Power Ultraljud Arbete? – Arbetsprincipen för akustisk kavitation

För högpresterande ultraljud ansökan såsom homogenisering, partikelstorlek minskning, sönderfall eller nano-dispersioner, högintensiva, lågfrekventa ultraljud genereras av en ultraljudstransducer och överförs via ultraljud horn och sond (sonotrode) till en vätska. Högeffektsultraljud anses vara ultraljud i intervallet 16-30kHz. Ultraljudssonden expanderar och kontrakt e.g., på 20kHz, överför därmed 20.000 vibrationer per sekund in i mediet. När ultraljudsvågorna färdas genom vätskan, omväxlande högtryck (kompression) / lågtrycks (rarefaction / expansion) cykler skapa minut håligheter (vakuum bubblor), som växer under flera tryck cykler. Under kompressionsfasen av vätskan och bubblorna är trycket positivt, medan rarefaction-fasen ger ett vakuum (undertryck.) Under kompressions-expansionscyklerna växer håligheterna i vätskan tills de når en storlek, vid vilken de inte kan absorbera ytterligare energi. Vid denna punkt, imploderar de våldsamt. Implosionen av dessa håligheter resulterar i olika mycket energiska effekter, som är kända som fenomenet akustisk / ultraljud kavitation. Akustisk kavitation kännetecknas av grenrör mycket energisk effekter, som påverkar vätskor, fasta / flytande system samt gas / flytande system. Den energitäta zonen eller cavitational zonen är känd som så kallade hot-spot zon, som är mest energitäta i närheten av ultraljud sonden och minskar med ökande avstånd från sonotrode. De viktigaste egenskaperna hos ultraljud kavitation inkluderar lokalt förekommande mycket höga temperaturer och tryck och respektive differentialer, turbulenser, och flytande streaming. Under implosion av ultraljud håligheter i ultraljud hot-spots, temperaturer på upp till 5000 Kelvin, tryck på upp till 200 atmosfärer och flytande jetplan med upp till 1000km / h kan mätas. Dessa enastående energiintensiva förhållanden bidrar till sonomekaniska och sonochemical effekter som intensifierar processer och kemiska reaktioner på olika sätt.
Ultraljudspåverkans huvudsakliga inverkan på vätskor och uppslamningar är följande:

• Högskjuvning: Ultraljud högskjuvning krafter störa vätskor och vätskefasta system orsakar intensiv agitation, homogenisering och massöverföring.
• Effekt: Flytande jetplan och streaming som genereras av ultraljud kavitation accelerera fasta ämnen i vätskor, vilket leder därefter till interparticluar kollision. När partiklar kolliderar i mycket höga hastigheter eroderar de, splittras och fräss och sprids fint, ofta ner till nano-storlek. För biologisk materia som växtmaterial stör de höga hastighetsflytande strålar och växlande tryckcykler cellväggarna och släpper det intracellulära materialet. Detta resulterar i mycket effektiv utvinning av bioaktiva föreningar och homogen blandning av biologisk materia.
• Agitation: Ultraljud orsakar intensiva turbulenser, skjuvkrafter och mikro-rörelse i vätskan eller flytgödsel. Därmed intensifierar ultraljudsbehandling alltid massöverföring och accelererar därigenom reaktioner och processer.

Ultraljud homogenisatorer och hög-skjuvning blandare används i nästan alla bearbetning industrin, som fungerar med vätskor eller slurries. De intensiva ultraljudscavitational krafterna skapar intensiv agitation, skjuvning, partikelbrott och massöverföring. Därigenom homogeniseras vätskor, sprids, emulgeras, extraheras, löses och/eller kemiska reaktioner initieras. Sammantaget är ultraljud en process intensifiera metod som ökar avkastningen, förbättrar omräkningskurser och gör processer effektivare.
Vanliga ultraljud applikationer i branschen är spridda över många grenar av livsmedel & pharma, finkemi, energi & petrokemi, återvinning, bioraffinaderier etc. och omfattar följande:

• ultraljud biodiesel syntes
• ultraljud homogenisering av fruktjuicer
• ultraljudsproduktion av vacciner
• ultraljud Li-ion batteri återvinning
• ultraljudssyntes av nano-material
• Ultraljud formulering av läkemedel
• ultraljud nano-emulgering av CBD
• ultraljud utvinning av botaniska
• ultraljud provberedning i laboratorier
• ultraljud degasification av vätskor
• ultraljud avsvavling av rå
• och många fler ...

Ultraljud Horns och prober för högpresterande applikationer

Hielscher Ultrasonics är lång tid erfarenheter tillverkare och distributör av hög effekt ultrasonicators, som är världsomspännande används för tunga tillämpningar i många branscher.
Med ultraljud processorer i alla storlekar från 50 watt till 16kW per enhet, sonder på olika storlekar och former, ultraljud reaktorer med olika volymer och geometrier, Hielscher Ultrasonics har rätt utrustning för att konfigurera den idealiska ultraljud setup för din ansökan.
Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera: