تهیهٔ محلول‌های نمکی با فراصوت

• محلول‌های نمکی، محلول نمک‌هایی مانند NaCl، KCl، KNO₃، KClO₃، CaCl₃ در آب هستند که برای صنایع غذایی، پرورش ماهی یا سیالات حفاری تهیه می‌شوند.
• فرایند حل شدن نمک‌ها در آب، در صورت نبود هم‌زدن یا ناکافی بودن آن، می‌تواند زمان‌بر باشد.
• برای تهیهٔ صنعتی محلول‌های نمکی، انحلال فراصوتی روشی عالی برای دستیابی به سرعت بالای انحلال و درجهٔ اشباع بالا است.

تهیهٔ محلول‌های نمکی با فراصوت

موادی که باید حل شوند:

بسیاری از فرمولاسیون‌های صنعتی به حل کردن موادی مانند نمک و قندها نیاز دارند. در صنعت، محلول‌های نمکی به‌عنوان ضدیخ، پایدارکننده، چاشنی و نگهدارنده (مثلاً در صنایع غذایی)، برای تهیهٔ آب شور (مثلاً در صنعت پرورش ماهی) یا به‌عنوان مادهٔ اولیه برای الکترولیز استفاده می‌شوند.
محلول‌های نمکی به‌دلیل تأثیرشان در کاهش نقطهٔ انجماد شناخته می‌شوند؛ این ویژگی آن‌ها را به سیال تبرید ثانویهٔ مفیدی تبدیل می‌کند. افزون بر این، نمک به پایدارسازی ذرات معلق و جلوگیری از ته‌نشینی آن‌ها کمک می‌کند. به همین دلیل، محلول‌های نمکی افزودنی پرکاربردی در فرمولاسیون محصولات هستند.

مشکل:

نمک موجود در ته یک بچ یا مخزن، بدون اختلاط مکانیکی، برای حل شدن به چندین روز زمان نیاز دارد. با افزایش غلظت نمک، سرعت انحلال به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد. به‌ویژه حل شدن آخرین درصدهای نمک در محلولی با درجهٔ اشباع بالا (مثلاً 90°SAL) زمان زیادی می‌برد.
نمک‌هایی که به‌سختی حل می‌شوند، مانند BaSO₄، PbS، HgS، AgCl، برای حل شدن کامل به هم‌زدن شدید نیاز دارند.

راه‌حل:

نیروهای برشی قوی ناشی از فراصوت، انرژی لازم برای حل کردن مواد محلول‌پذیر، مانند نمک‌ها یا شکر، را تأمین می‌کنند. هنگامی که انرژی امواج فراصوتی شدید به مایعات و دوغاب‌ها منتقل می‌شود، برش شدیدی ایجاد می‌گردد که به پدیدهٔ قویِ کاویتاسیون می‌انجامد. در کاویتاسیون، «نقطهٔ داغ» محل حاکم شدن شرایط حدی است؛ از جمله دماها و نرخ‌های سرد شدن بالای موضعی، اختلاف فشارهای زیاد و جت‌های مایع.
جریان و برش ناشی از فراصوت، تماس بیشتری میان حل‌شونده و حلال فراهم می‌کند؛ بنابراین نمک با سرعت بسیار بیشتری در آب حل می‌شود و محلول نمکی یکنواختی تشکیل می‌دهد.
حلالیت بیشتر مواد با افزایش دما بیشتر می‌شود. در پدیدهٔ کاویتاسیون، نقاط داغ می‌توانند دماهایی تا 5000K و نرخ‌های سرد شدن سریع داشته باشند که به فرایندهای انحلال کمک می‌کنند. نمک بدون تشکیل کلوخه حل می‌شود و محصولی پایدار با کیفیت بالا به دست می‌آید. پس از فرایند انحلال، از فراصوت می‌توان برای مخلوط کردن همگن محلول نمکی با محصول نهایی نیز استفاده کرد.
انعطاف‌پذیری پردازش فراصوتی، تنظیم سریع و سادهٔ فراصوت‌دهی را متناسب با الزامات مشخص امکان‌پذیر می‌کند تا فرمولاسیون محلول‌های نمکی دقیقاً مطابق با این الزامات تهیه شود.

تجهیزات فراصوتی برای تهیهٔ محلول‌های نمکی

با استفاده از فراصوت، انحلال مواد تشکیل‌دهنده می‌تواند به‌صورت فرایند بچ و فرایند پیوستهٔ درون‌خطی انجام شود. هم‌زدن و برش قوی فراصوتی مواد در مایع، انحلالی بسیار سریع و کارآمد فراهم می‌کند. چه درجهٔ اشباع پایین یا بالا و چه حتی فوق‌اشباع مورد نیاز باشد، فراصوت پرتوان اختلاطی قابل‌اعتماد با سرعت بالای انحلال ارائه می‌دهد.
تجهیزات فراصوتی با توان 50W تا 16٬000W به‌ازای هر دستگاه در دسترس هستند تا امکان انحلال قابل‌اعتماد را در هر مقیاس فرایندی فراهم کنند. سونیکاتورهای Hielscher بسیار مستحکم هستند، به نگهداری اندکی نیاز دارند و برای کارکرد سنگین 24/7 ساخته شده‌اند.