Ứng dụng siêu âm điện bằng sừng siêu âm

Sừng siêu âm hoặc đầu dò được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng xử lý chất lỏng đa dạng bao gồm đồng nhất, phân tán, phay ướt, nhũ tương, khai thác, tan rã, hòa tan và khử seration. Tìm hiểu những điều cơ bản về sừng siêu âm, đầu dò siêu âm và các ứng dụng của chúng.

Sừng siêu âm vs đầu dò siêu âm

Thông thường, thuật ngữ sừng siêu âm và đầu dò được sử dụng thay thế cho nhau và đề cập đến thanh siêu âm truyền sóng siêu âm vào chất lỏng. Các thuật ngữ khác được sử dụng cho đầu dò siêu âm là sừng âm thanh, sonotrode, ống dẫn sóng âm thanh hoặc ngón tay siêu âm. Tuy nhiên, về mặt kỹ thuật có một sự khác biệt giữa một sừng siêu âm và một đầu dò siêu âm.
Cả hai, sừng và thăm dò, đề cập đến các bộ phận của cái gọi là đầu dò loại ultrasonicator. Sừng siêu âm là một phần kim loại của đầu dò siêu âm, được kích thích thông qua các rung động được tạo ra áp điện. Sừng siêu âm rung ở một tần số nhất định, ví dụ như 20kHz, có nghĩa là 20.000 rung động mỗi giây. Titan là vật liệu ưa thích để chế tạo sừng siêu âm do tính chất truyền âm thanh tuyệt vời của nó, sức mạnh mệt mỏi mạnh mẽ của nó, và độ cứng bề mặt.

Đầu dò siêu âm còn được gọi là sonotrode hoặc ngón tay siêu âm. Nó là một thanh kim loại, thường được làm từ titan, và ren đến sừng siêu âm. Đầu dò siêu âm là một phần thiết yếu của bộ xử lý siêu âm, truyền sóng siêu âm vào môi trường sonicated. Đầu dò siêu âm / sonotrodes có nhiều hình dạng khác nhau (ví dụ như hình nón, nghiêng, giảm dần, hoặc như Cascatrode) có sẵn. Trong khi titan là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất cho đầu dò siêu âm, cũng có sonotrode làm từ thép không gỉ, gốm sứ, thủy tinh và các vật liệu khác có sẵn.

Kể từ khi sừng siêu âm và thăm dò được nén liên tục hoặc căng thẳng trong sonication, việc lựa chọn vật liệu của sừng và thăm dò là rất quan trọng. Hợp kim titan chất lượng cao (cấp 5) được coi là kim loại đáng tin cậy nhất, bền và hiệu quả nhất để chịu được căng thẳng, duy trì biên độ cao trong thời gian dài và truyền tải các tính chất âm thanh và cơ học.

Ultrasonicators hiệu suất cao chủ yếu làm việc trong dải tần số 20-30kHz. Tại 20 kHz, đầu dò siêu âm thường là một thanh cộng hưởng dài bước sóng một nửa, liên tục mở rộng và co lại 20.000 lần mỗi giây. Các chuyển động mở rộng và co lại được truyền như siêu âm công suất cao vào môi trường quá trình, tức là chất lỏng hoặc bùn, để thực hiện các ứng dụng như

• siêu âm cao cắt trộn
• siêu âm ướt-phay
• siêu âm phân tán các hạt nano
• Siêu âm Nano-emulsification
• Chiết xuất siêu âm
• Siêu âm tan rã
• sự gián đoạn tế bào siêu âm và lysis
• siêu âm degassing và de-seration
• sono-hóa học (sono-tổng hợp, sono xúc tác)

Siêu âm điện hoạt động như thế nào? – Nguyên tắc làm việc của Acoustic Cavitation

Đối với ứng dụng siêu âm hiệu suất cao như đồng nhất, giảm kích thước hạt, tan rã hoặc phân tán nano, cường độ cao, siêu âm tần số thấp được tạo ra bởi một đầu dò siêu âm và truyền qua sừng siêu âm và đầu dò (sonotrode) thành chất lỏng. Siêu âm công suất cao được coi là siêu âm trong phạm vi 16-30kHz. Đầu dò siêu âm mở rộng và hợp đồng ví dụ, ở 20kHz, do đó truyền tương ứng 20.000 rung động mỗi giây vào môi trường. Khi sóng siêu âm đi qua chất lỏng, xen kẽ áp suất cao (nén) / áp suất thấp (rarefaction / mở rộng) chu kỳ tạo ra sâu răng phút (bong bóng chân không), mà phát triển qua nhiều chu kỳ áp lực. Trong giai đoạn nén của chất lỏng và bong bóng, áp suất là dương, trong khi pha rarefaction tạo ra chân không (áp suất âm.) Trong chu kỳ mở rộng nén, các khoang trong chất lỏng phát triển cho đến khi chúng đạt đến kích thước, tại đó chúng không thể hấp thụ thêm năng lượng. Tại thời điểm này, họ nổ tung dữ dội. Sự bùng nổ của những khoang kết quả trong các hiệu ứng năng lượng cao khác nhau, được gọi là hiện tượng cavitation âm thanh / siêu âm. Cavitation âm thanh được đặc trưng bởi các hiệu ứng đa dạng năng lượng cao, tác động đến chất lỏng, hệ thống rắn / lỏng cũng như các hệ thống khí / chất lỏng. Vùng năng lượng dày đặc hoặc vùng cavitational được gọi là vùng điểm nóng, dày đặc năng lượng nhất trong vùng lân cận của đầu dò siêu âm và giảm với khoảng cách ngày càng tăng từ sonotrode. Các đặc điểm chính của siêu âm cavitation bao gồm tại địa phương xảy ra nhiệt độ rất cao và áp suất và vi sai tương ứng, nhiễu loạn, và chất lỏng streaming. Trong sự bùng nổ của sâu răng siêu âm ở các điểm nóng siêu âm, nhiệt độ lên đến 5000 Kelvin, áp suất lên đến 200 bầu khí quyển và máy bay phản lực chất lỏng với lên đến 1000km / h có thể được đo. Những điều kiện năng lượng cường độ cao nổi bật góp phần sonomechanical và sonochemical hiệu ứng tăng cường các quá trình và phản ứng hóa học theo nhiều cách khác nhau.
Tác động chính của ultrasonication trên chất lỏng và bùn là như sau:

• Cắt cao: Lực cắt cao siêu âm phá vỡ chất lỏng và hệ thống chất lỏng rắn gây kích động dữ dội, đồng nhất và chuyển khối lượng.
• Ảnh hưởng: Máy bay phản lực chất lỏng và streaming được tạo ra bởi siêu âm cavitation tăng tốc chất rắn trong chất lỏng, dẫn đến va chạm giữa các hạt. Khi các hạt va chạm với tốc độ rất cao, chúng bị xói mòn, vỡ và bị xay xát và phân tán mịn, thường xuống kích thước nano. Đối với các vật chất sinh học như vật liệu thực vật, các máy bay phản lực lỏng vận tốc cao và chu kỳ áp suất xen kẽ phá vỡ các bức tường tế bào và giải phóng vật liệu nội bào. Điều này dẫn đến khai thác hiệu quả cao các hợp chất hoạt tính sinh học và trộn đồng nhất của vật chất sinh học.
• Kích động: Ultrasonication gây ra nhiễu loạn dữ dội, lực cắt và vi chuyển động trong chất lỏng hoặc bùn. Qua đó, sonication luôn tăng cường chuyển khối lượng và tăng tốc do đó phản ứng và quá trình.

Siêu âm homogenizers và máy trộn cắt cao được sử dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp chế biến, mà làm việc với chất lỏng hoặc bùn. Các lực lượng cavitational siêu âm cường độ cao tạo ra kích động dữ dội, cắt, vỡ hạt và chuyển khối lượng. Qua đó, các chất lỏng được đồng nhất, phân tán, nhũ hóa, chiết xuất, hòa tan và / hoặc các phản ứng hóa học được bắt đầu. Nhìn chung, ultrasonication là một quá trình tăng cường phương pháp làm tăng năng suất, cải thiện tỷ lệ chuyển đổi và làm cho quá trình hiệu quả hơn.
Các ứng dụng siêu âm phổ biến trong ngành công nghiệp được trải rộng trên nhiều ngành thực phẩm & dược phẩm, hóa học tốt, năng lượng & hóa dầu, tái chế, tương thích sinh học, v.v. và bao gồm:

• tổng hợp dầu diesel sinh học siêu âm
• siêu âm homogenization của nước ép trái cây
• siêu âm sản xuất vắc xin
• siêu âm Li-ion pin tái chế
• tổng hợp siêu âm vật liệu nano
• Xây dựng siêu âm dược phẩm
• siêu âm nano nhũ tương của CBD
• khai thác siêu âm của thực vật học
• chuẩn bị mẫu siêu âm trong phòng thí nghiệm
• siêu âm khử khí hóa chất lỏng
• siêu âm khử lưu huỳnh dầu thô
• và nhiều hơn nữa ...

Sừng siêu âm và đầu dò cho các ứng dụng hiệu suất cao

Hielscher Ultrasonics là thời gian dài kinh nghiệm nhà sản xuất và phân phối ultrasonicators công suất cao, được sử dụng trên toàn thế giới cho các ứng dụng nặng trong nhiều ngành công nghiệp.
Với bộ vi xử lý siêu âm trong tất cả các kích cỡ từ 50 watt đến 16kW cho mỗi thiết bị, đầu dò ở các kích cỡ và hình dạng khác nhau, lò phản ứng siêu âm với khối lượng và hình học khác nhau, Hielscher Ultrasonics có thiết bị phù hợp để cấu hình thiết lập siêu âm lý tưởng cho ứng dụng của bạn.
Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm: