超音波振動棒

是利用超音波在傳遞過程中存在著的正負壓強交變周期為原理的振動棒。

基本介紹

• 中文名：超音波振動棒
• 外文名：Ultrasonic vibrator
• 別名：超音波震動棒
• 特點：套用範圍更廣泛，使用壽命更長
• 優勢：超音波振動棒密封防水，使用安全
• 技術優勢：超音波

定義

超音波振動棒也叫超音波震動棒，相較於傳統的超音波振板，具有套用範圍更廣泛，使用壽命更長的特點。工業套用方面利用超音波振動棒進行清洗、萃取、化學反應、防垢、水處理等等，是一種非常成熟且有廣泛套用的技術。

超音波振動棒是利用超音波在傳遞過程中存在著的正負壓強交變周期，在正相位時，對介質分子產生擠壓，增加介質原來的密度；負相位時，介質分子稀疏、離散，介質密度減小。超音波振動棒可以在周圍360°均勻的產生超音波，並且能量的輸出不受液位，溫差等負載變化的影響，超音波振動棒一般包括大功率超音波換能器、變幅桿、工具頭（發射頭），用於產生超音波振動，並將此振動能量向液體中發射。換能器將輸入的電能轉換成機械能，即超音波。其表現形式是換能器在縱向作來回伸縮運動，振幅一般在幾個微米。這樣的振幅功率密度不夠，是不能直接使用的。變幅桿按設計需要放大振幅，隔離反應溶液和換能器，同時也起到固定整個超音波振動系統的作用。工具頭與變幅桿相連，變幅桿將超音波能量振動傳遞給工具頭，再由工具頭將超音波能量發射到化學反應液體中。

特點

1、超音波空化在振動棒的周圍產生，超音波能量非常均勻的分布在棒的周圍；

2、超音波振動棒的功率輸出不受液位，槽體容量及溫差等負載變化的影響，功率輸出穩定均勻；

3、超音波振動棒是傳統超聲振板使用壽命的1.5倍以上；

4、超音波振動棒圓管型設計可使振動棒安裝使用方便；

5、超音波振動棒密封防水，使用安全。

套用領域

超音波振動棒在清洗方面的套用

由於獨有的圓管型設計特點，超音波振動棒特別適用於各類管道的清洗，原理是將電能轉換成超聲能量，並按其自身規律傳遞給水垢、水、管道內壁，使之獲取很大的能量。超音波在傳遞過程中產生的震盪波使水垢、水、管道內壁產生共振，由於水垢、水、管道內壁的震盪頻率不同，管道中的水分子發生激烈碰撞，生強大的衝擊力，衝擊換熱面上的垢層，使之鬆脆、剝離、脫落、粉碎,並隨設備的排污一起排出，從而實現了超音波振動棒對管道內壁的徹底清洗。此外，超音波振動棒也可以用於槽體的清洗，可以自由放置在清洗槽的任何位置，使用非常靈活方便，而占用的體積空間很小，清洗不留死角。

超音波振動棒在中藥萃取中的套用

利用超音波振動棒可以進行中藥的有效成分萃取。首先在容器中加入萃取溶媒，將中藥材根據需要粉碎或切成顆粒狀，放入萃取溶媒中；開啟超音波發生器，將超音波振動棒安裝於提取罐頂部，向提取溶媒中發出超音波，超音波在提取溶媒中產生的‘空化效應’和機械作用一方面可有效地破碎藥材的細胞壁，使有效成分呈游離狀態並溶入萃取溶媒中，另一方面可加速提取溶媒的分子運動，使得提取溶媒和藥材中的有效成分快速接觸，相互溶合、混合。

超音波振動棒萃取藥材的最佳溫度在40—60攝氏度，因此不需要配備鍋爐來提供蒸氣加熱，有利於節約能源和改善環境污染。更重要的是對遇熱不穩定、易水解或氧化的藥材中的有效成份具有保護作用。超音波振動棒一般運行在30分鐘左右即可獲得最佳效果，萃取效率相比傳統工藝大大提高，並且不受中藥材成份性質、分子量大小的限制，適用於絕大多數種類中藥材和各類成份的萃取（包括液-液萃取和固-液萃取）。因此利用超音波振動棒進行中藥萃取已經越來越多的被廣大藥廠所採用。

超音波振動棒在加速化學反應中的套用

超音波振動棒工具頭髮射頭的前端緊貼在釜體外壁上或伸入釜體的釜腔內，超音波換能器可以對釜腔內的化學反應物傳送超音波，被處理的液體由於超音波的“空化”作用可造成反應體系活性的變化，破壞釜腔內化學反應物的溶劑結構，產生足以引發化學反應的瞬時高溫高壓，形成了局部高能中心，促進化學反應的順利進行，這是利用超音波振動棒進行催化化學反應的主要因素。

超音波的次級效應如機械震盪、乳化、擴散、擊碎等都有利於反應物的全方位充分混合，超音波振動棒採用大功率聚能式換能器，可以使物質作劇烈的強迫運動，加速物質的傳遞擴散，可替代傳統的機械攪拌。當然在實際套用中配合電動攪拌器使用，加速反應效果更佳。

超音波振動棒在防垢中的套用

我們以換熱器為例，超音波振動棒一般安裝於換熱器的進液口，採用法蘭連線、控制閥控制，可以做到在檢修、維護保養超聲設備不停工停產。主要原理是超音波在傳遞過程中因共振傳遞和產生能量，水垢、水、金屬換熱面等物質分子在振動過程中獲得能量，換熱管中的水在獲取能量的同時產生振動和激烈的碰撞，使本身不穩定的含有各種無機鹽的水分子產生無數的空化氣泡（空化作用），形成水分子空化腔。這些氣泡在迅速膨脹和突然閉合時，產生上千個大氣壓的局部衝擊和時速高達400km/h的高速射流以及5000k以上的高能量，這些能量破壞了正負離子與酸根的結合，破壞了形成垢的條件，從而實現了防垢。

超音波振動棒在水處理中的套用

超音波振動棒聚能式的超聲探頭使能量集中,在超音波輻射端面上可以獲得強大的聲強，由於變幅桿的聚能作用,聲能密度大大提高；可以根據聲能密度的大小精確設計反應器;探頭的發射端面一般設計為可拆卸式,這樣就可以根據所需聲強隨時選用端面大小合適的探頭,同時,當探頭被空化嚴重腐蝕後,只需更換端部,而不必更換價格昂貴的整個振棒。超音波振動棒可用於處理各種難降解的有機廢水，已用於含單環芳香族化合物、多環芳烴、酚類、氯化烴、氯代烴、有機酸、染料、醇類、酮類等廢水處理的研究,並取得良好的效果。在實際的工業廢水中,該設備已用於處理造紙廢水、印染廢水、製革廢水、焦化廢水、製藥廢水、垃圾滲濾液等,並取得較好的效果。

另外，在一些景觀湖、河道超音波振動棒還可以用於滅藻，抑藻。超音波的機械效應、空化效應、熱效應和聲流作用等特性,使藻類細胞破裂、物質分子中的化學鍵斷裂作用於水藻的外壁並使之破裂、死亡，達到藻類液泡提升破碎、細胞滅亡或生長抑制等作用,引起一系列生物效應，空化作用使存在於液體中的微氣泡迅速膨脹後突然閉合，產生衝擊波和射流以達到消滅水藻平衡水環境生態的目的。低強度的超聲破壞了藻膽體的結構功能,干擾了葉綠素的合成途徑,從而達到抑制藻類生長的目的。