مقایسهٔ کاویتاسیون آکوستیک و هیدرودینامیکی در کاربردهای اختلاط
کاویتاسیون برای اختلاط و آمیختن: آیا بین کاویتاسیون آکوستیک و هیدرودینامیکی تفاوتی وجود دارد؟ و چرا ممکن است یکی از فناوری‌های کاویتاسیون برای فرایند شما بهتر باشد؟
کاویتاسیون آکوستیک – که با نام کاویتاسیون فراصوتی نیز شناخته می‌شود – و کاویتاسیون هیدرودینامیکی هر دو شکل‌هایی از کاویتاسیون هستند؛ فرایندی که طی آن حفره‌های خلأ در مایع رشد می‌کنند و فرومی‌پاشند. کاویتاسیون آکوستیک زمانی رخ می‌دهد که مایع در معرض امواج فراصوت با شدت بالا قرار گیرد، درحالی‌که کاویتاسیون هیدرودینامیکی زمانی رخ می‌دهد که مایع از یک تنگ‌شدگی عبور کند یا پیرامون یک مانع جریان یابد (برای مثال، نازل ونتوری) و در نتیجه فشار افت کند و حفره‌های بخار تشکیل شوند.
نیروهای برشی ناشی از کاویتاسیون برای همگن‌سازی، اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی، تخریب سلولی و همچنین آغاز و تشدید واکنش‌های شیمیایی به کار می‌روند.
کاویتاسیون فراصوتی در پروب کسکاترود دستگاه فراصوت UIP1000hdT (1000 وات، 20kHz) در یک راکتور شیشه‌ای.
در اینجا با تفاوت‌های کاویتاسیون آکوستیک و هیدرودینامیکی آشنا شوید و بدانید چرا ممکن است بخواهید برای فرایند مبتنی بر کاویتاسیون خود، یک دستگاه فراصوت پروبی انتخاب کنید:
مزایای کاویتاسیون آکوستیک نسبت به کاویتاسیون هیدرودینامیکی
- بازده بیشتر: کاویتاسیون آکوستیک عموماً در ایجاد حفره‌های خلأ کارآمدتر است، زیرا انرژی لازم برای ایجاد کاویتاسیون معمولاً کمتر از کاویتاسیون هیدرودینامیکی است. بنابراین، دستگاه‌های کاویتاسیون و راکتورهای کاویتاسیون مبتنی بر فراصوت، از نظر انرژی کارآمدتر و اقتصادی‌تر هستند. فراصوت از نظر مصرف انرژی کارآمدترین روش ایجاد کاویتاسیون است. کاویتاسیون آکوستیک / فراصوتی ایجادشده با دستگاه‌های فراصوت پروبی از ایجاد اصطکاک غیرضروری جلوگیری می‌کند. پروب فراصوتی به‌صورت عمود نوسان می‌کند و مانع ایجاد اصطکاک غیرضروری و اتلاف‌کنندهٔ انرژی می‌شود. برخلاف کاویتاسیون آکوستیک، در کاویتاسیون هیدرودینامیکی از سامانه‌های روتور–استاتور یا نازل برای ایجاد کاویتاسیون استفاده می‌شود. هر دو روش – روتور–استاتورها و نازل‌ها – اصطکاک ایجاد می‌کنند، زیرا موتور باید قطعات مکانیکی بزرگ را به حرکت درآورد. اگر مطالعاتی ادعای بهره‌وری انرژی کاویتاسیون هیدرودینامیکی را مطرح کنند، تنها توان نامی فناوری مربوطه را در نظر می‌گیرند و مصرف واقعی توان را نادیده می‌گیرند. این مطالعات معمولاً اتلاف انرژی ناشی از اصطکاک را در نظر نمی‌گیرند؛ اثری شناخته‌شده و نامطلوب در فناوری‌های کاویتاسیون هیدرودینامیکی.
- کنترل بیشتر: کاویتاسیون آکوستیک را می‌توان آسان‌تر کنترل و تنظیم کرد، زیرا شدت امواج فراصوت را می‌توان برای ایجاد سطح مطلوب کاویتاسیون به‌دقت تنظیم کرد. در مقابل، کنترل کاویتاسیون هیدرودینامیکی دشوارتر است، زیرا به ویژگی‌های جریان مایع و هندسهٔ تنگ‌شدگی یا مانع بستگی دارد. علاوه بر این، نازل‌ها مستعد گرفتگی هستند که باعث وقفه در فرایند و نیاز به تمیزکاری پرزحمت می‌شود.
- قابلیت پردازش تقریباً همهٔ مواد: درحالی‌که نازل ونتوری و دیگر راکتورهای جریان هیدرودینامیکی در پردازش جامدات و به‌ویژه مواد ساینده با مشکل مواجه‌اند، دستگاه‌های کاویتاسیون فراصوتی می‌توانند تقریباً هر نوع ماده‌ای را به‌طور قابل‌اعتماد پردازش کنند. راکتورهای کاویتاسیون فراصوتی حتی می‌توانند مواد با بار جامد بالا، ذرات ساینده و مواد الیافی را بدون گرفتگی همگن کنند.
- پایداری بیشتر: کاویتاسیون آکوستیک عموماً از کاویتاسیون هیدرودینامیکی پایدارتر است، زیرا حفره‌های بخار ایجادشده بر اثر کاویتاسیون آکوستیک معمولاً به‌طور یکنواخت‌تری در سراسر مایع توزیع می‌شوند. در مقابل، کاویتاسیون هیدرودینامیکی می‌تواند حفره‌های بخاری ایجاد کند که به‌شدت در نواحی موضعی متمرکز باشند و به الگوهای جریان غیریکنواخت یا ناپایدار منجر شوند.
- تنوع کاربرد بیشتر: کاویتاسیون آکوستیک / فراصوتی را می‌توان در طیف گسترده‌ای از کاربردها، از جمله همگن‌سازی، اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی، استخراج، لیز و متلاشی‌سازی سلولی و همچنین سونوشیمی به کار برد. در مقابل، کاویتاسیون هیدرودینامیکی عمدتاً برای کاربردهای کنترل جریان و مکانیک سیالات طراحی شده است.
در مجموع، کاویتاسیون آکوستیک در مقایسه با کاویتاسیون هیدرودینامیکی کنترل، بازده، پایداری و تنوع کاربرد بیشتری ارائه می‌دهد و از این رو روشی بسیار مفید برای کاربردهای صنعتی متعدد است.
راکتورهای کاویتاسیون فراصوتی
Hielscher Ultrasonics انواع پروب‌های فراصوتی و راکتورهای کاویتاسیون ردهٔ صنعتی را به شما ارائه می‌دهد. همهٔ دستگاه‌های فراصوت و راکتورهای کاویتاسیون Hielscher برای کاربردهای با شدت بالا و کارکرد 24/7 تحت بار کامل طراحی شده‌اند.
طراحی، ساخت و مشاوره – کیفیت ساخت آلمان
دستگاه‌های کاویتاسیون فراصوتی Hielscher به بالاترین استانداردهای کیفیت و طراحی شهرت دارند. استحکام و کاربری آسان، ادغام بی‌دردسر دستگاه‌های کاویتاسیون فراصوتی ما را در تأسیسات صنعتی امکان‌پذیر می‌کند. دستگاه‌های کاویتاسیون فراصوتی Hielscher به‌آسانی از عهدهٔ شرایط سخت و محیط‌های پرچالش برمی‌آیند.
Hielscher Ultrasonics شرکتی دارای گواهی ISO است و بر دستگاه‌های فراصوت با عملکرد بالا که از فناوری روز و کاربری آسان برخوردارند، تأکید ویژه‌ای دارد. البته دستگاه‌های فراصوت Hielscher با CE انطباق دارند و الزامات UL، CSA و RoHs را برآورده می‌کنند.
چرا Hielscher Ultrasonics؟
- بازده بالا
- فناوری روز
- قابلیت اطمینان و استحکام
- ناپیوسته و درون‌خطی
- برای هر حجمی – از ویال‌های کوچک تا چندین کامیون بار در ساعت
- اثبات‌شده از نظر علمی
- نرم‌افزار هوشمند
- قابلیت‌های هوشمند (برای مثال، ثبت داده‌ها)
- CIP (شست‌وشو در محل)
- کاربری ساده و ایمن
- نصب آسان، نیاز اندک به نگهداری
- مقرون‌به‌صرفه (نیروی انسانی، زمان پردازش و انرژی کمتر)
اگر به روش کاویتاسیون فراصوتی، فرایندها و سامانه‌های آماده‌به‌کار کاویتاسیون فراصوتی علاقه‌مند هستید، لطفاً همین حالا با ما تماس بگیرید. کارکنان ما با سال‌ها تجربه، با کمال میل دربارهٔ کاربرد موردنظر شما با شما گفت‌وگو خواهند کرد!
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش دستگاه‌های فراصوت ما ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 تا 150L | 3 تا 15L/min | UIP6000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را برای کاربردهای اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و صنعتی تولید می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.
- Braeutigam, Patrick (2015): Degradation of Organic Micropollutants by Hydrodynamic and/or Acoustic Cavitation. In: Handbook of Ultrasonics and Sonochemistry. Springer 2015.
- Abhinav Priyadarshi, Mohammad Khavari, Tungky Subroto, Marcello Conte, Paul Prentice, Koulis Pericleous, Dmitry Eskin, John Durodola, Iakovos Tzanakis (2021): On the governing fragmentation mechanism of primary intermetallics by induced cavitation. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 70, 2021.
- Mottyll, S.; Skoda, R. (2015): Numerical 3D flow simulation of attached cavitation structures at ultrasonic horn tips and statistical evaluation of flow aggressiveness via load collectives. Journal of Physics: Conference Series, Volume 656, 9th International Symposium on Cavitation (CAV2015) 6–10 December 2015, Lausanne, Switzerland.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌های مختلف، از آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.