Akustická vs. hydrodynamická kavitace pro aplikace míchání

Kavitace pro míchání a mísení: Je rozdíl mezi akustickou a hydrodynamickou kavitací? A proč může být jedna kavitační technologie pro váš proces lepší?
Akustická kavitace – známá také jako ultrazvuková kavitace – a hydrodynamická kavitace jsou obě formy kavitace, což je proces růstu a kolapsu vakuových dutin v kapalině. Akustická kavitace nastává, když je kapalina vystavena vysoce intenzivním ultrazvukovým vlnám, zatímco hydrodynamická kavitace nastává, když kapalina proudí zúžením nebo kolem překážky (např. Venturiho trysky), což způsobí pokles tlaku a vznik parních dutin.
Kavitační smykové síly se používají k homogenizaci, míchání, dispergaci, emulgaci, dezintegraci buněk a také k iniciaci a intenzifikaci chemických reakcí.

Přestože obě techniky, akustická i hydrodynamická kavitace, využívají stejný jev a účinek kolapsu kavitačních bublin, existuje mezi těmito dvěma technikami, vytvářenými buď ultrazvukem, nebo pomocí Venturiho trysek, významný rozdíl.

Intenzivní sonikace vytváří ve vodě kavitační bubliny. Následný kolaps kavitačních bublin vyvolává v kapalině extrémní mechanické smykové síly. Tento účinek narušuje buňky například při extrakci rostlinných surovin nebo rozbíjí kapky oleje ve vodě na velmi malé kapičky (emulgace). Díky kavitačnímu účinku jsou ultrazvukové homogenizátory Hielscher velmi účinným prostředkem pro dispergaci, homogenizaci, emulgaci a extrakci. Společnost Hielscher Ultrasonics vyrábí ultrazvukové sondy s výkonem od 50 wattů do 16000 wattů, které pokrývají sonikační procesy v laboratoři i v plném výrobním měřítku.

Zjistěte zde, jaké rozdíly existují mezi akustickou a hydrodynamickou kavitací a proč byste pro svůj proces založený na kavitaci mohli chtít zvolit sonikátor sondového typu:

Výhody akustické kavitace oproti hydrodynamické kavitaci

1. Vyšší účinnost: Akustická kavitace je obecně účinnější při vytváření vakuových dutin, protože energie potřebná k vyvolání kavitace je obvykle nižší než u hydrodynamické kavitace. Proto jsou kavitátory a kavitační reaktory založené na ultrazvuku energeticky účinnější a ekonomičtější. Ultrazvuk je energeticky nejúčinnější metodou vytváření kavitace. Akustická / ultrazvuková kavitace generovaná sondovými sonikátory zabraňuje vzniku zbytečného tření. Ultrazvuková sonotroda kmitá kolmo, čímž zabraňuje vzniku zbytečného tření, které plýtvá energií. Na rozdíl od akustické kavitace využívá hydrodynamická kavitace k vytváření kavitace systémy rotor-stator nebo tryskové systémy. Obě techniky – rotor-statory i trysky – způsobují tření, protože motor musí pohánět velké mechanické části. Pokud studie uvádějí energetickou účinnost hydrodynamické kavitace, berou v úvahu pouze jmenovitý výkon příslušné technologie a zanedbávají skutečnou spotřebu energie. Tyto studie obvykle nezohledňují ztrátu energie třením, což je dobře známý a nežádoucí efekt technologií hydrodynamické kavitace.
2. Lepší kontrola: Akustickou kavitaci lze snadněji řídit a regulovat, protože intenzitu ultrazvukových vln lze přesně nastavit tak, aby vznikla požadovaná úroveň kavitace. Naproti tomu hydrodynamická kavitace se řídí obtížněji, protože závisí na charakteristikách proudění kapaliny a na geometrii zúžení nebo překážky. Navíc mají trysky sklon k ucpávání, což vede k přerušení procesu a pracnému čištění.
3. Zpracuje téměř všechny materiály: Zatímco Venturiho tryska a další hydrodynamické průtokové reaktory mají potíže se zpracováním pevných látek a zejména abrazivních materiálů, ultrazvukové kavitátory dokážou spolehlivě zpracovat téměř jakýkoli typ materiálu. Ultrazvukové kavitační reaktory dokážou bez ucpávání homogenizovat i vysoké podíly pevných látek, abrazivní částice a vláknité materiály.
4. Vyšší stabilita: Akustická kavitace je obecně stabilnější než hydrodynamická kavitace, protože parní dutiny vytvářené akustickou kavitací bývají v celém objemu kapaliny rozloženy rovnoměrněji. Naproti tomu hydrodynamická kavitace může vytvářet parní dutiny, které jsou silně lokalizované a mohou vést k nerovnoměrným nebo nestabilním obrazcům proudění.
5. Větší všestrannost: Akustickou / ultrazvukovou kavitaci lze využít v široké škále aplikací, včetně homogenizace, míchání, dispergace, emulgace, extrakce, lýzy a dezintegrace buněk, a také pro sonochemii. Naproti tomu hydrodynamická kavitace je primárně určena pro aplikace v oblasti řízení proudění a mechaniky tekutin.
   Celkově nabízí akustická kavitace ve srovnání s hydrodynamickou kavitací lepší kontrolu, účinnost, stabilitu a všestrannost, díky čemuž je velmi užitečnou technikou pro řadu průmyslových aplikací.

Ultrazvukové kavitační reaktory

Hielscher Ultrasonics vám nabízí řadu ultrazvukových sond a kavitačních reaktorů v průmyslovém provedení. Všechny sonikátory a kavitační reaktory Hielscher jsou konstruovány pro vysoce intenzivní aplikace a provoz 24/7 při plném zatížení.
Design, výroba a poradenství – kvalita Made in Germany
Ultrazvukové kavitátory Hielscher jsou známé svou nejvyšší kvalitou a standardy designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových kavitátorů do průmyslových zařízení. Ultrazvukové kavitátory Hielscher snadno zvládají drsné podmínky a náročná prostředí.

Hielscher Ultrasonics je společnost s certifikací ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné sonikátory se špičkovou technologií a uživatelskou přívětivostí. Sonikátory Hielscher samozřejmě vyhovují požadavkům CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.

Proč Hielscher Ultrasonics?

• vysoká účinnost
• špičková technologie
• spolehlivost a robustnost
• vsádkově i inline
• pro jakýkoli objem – od malých lahviček po kamionová množství za hodinu
• vědecky ověřeno
• inteligentní software
• chytré funkce (např. protokolování dat)
• CIP (čištění na místě)
• jednoduchá a bezpečná obsluha
• snadná instalace, nízká údržba
• ekonomicky výhodné (méně pracovní síly, doby zpracování, energie)

Pokud máte zájem o techniku ultrazvukové kavitace, procesy a ultrazvukové kavitátorové systémy připravené k provozu, kontaktujte nás nyní. Naši dlouholetí zkušení pracovníci s vámi rádi prodiskutují vaši aplikaci!

Níže uvedená tabulka vám poskytne orientační představu o přibližné zpracovatelské kapacitě našich sonikátorů: