Akustinen ja hydrodynaaminen kavitaatio sekoitussovelluksissa

Kavitaatio sekoittamiseen: Onko akustisella ja hydrodynaamisella kavitaatiolla eroa? Ja miksi jokin kavitaatiotekniikka saattaa soveltua prosessiisi paremmin?
Akustinen kavitaatio – joka tunnetaan myös ultraäänikavitaationa – ja hydrodynaaminen kavitaatio ovat molemmat kavitaation muotoja. Kavitaatio on prosessi, jossa nesteessä olevat tyhjiöontelot kasvavat ja luhistuvat. Akustista kavitaatiota syntyy, kun neste altistetaan voimakkaille ultraääniaalloille, kun taas hydrodynaamista kavitaatiota syntyy, kun neste virtaa kuristuksen läpi tai esteen ympäri (esim. Venturi-suutin), jolloin paine laskee ja muodostuu höyryonteloita.
Kavitaation aiheuttamia leikkausvoimia käytetään homogenointiin, sekoittamiseen, dispergointiin, emulgointiin ja solujen hajotukseen sekä kemiallisten reaktioiden käynnistämiseen ja tehostamiseen.

Vaikka sekä akustinen että hydrodynaaminen kavitaatiotekniikka hyödyntävät samaa kavitaatiokuplien luhistumisen ilmiötä ja vaikutusta, näiden kahden tekniikan välillä on merkittävä ero: kavitaatio tuotetaan joko ultraäänellä tai Venturi-suuttimilla.

Voimakas ultraäänikäsittely synnyttää veteen kavitaatiokuplia. Kavitaatiokuplien luhistuminen aiheuttaa nesteessä erittäin voimakkaita mekaanisia leikkausvoimia. Tämä vaikutus hajottaa soluja esimerkiksi kasviuuttoa varten tai pilkkoo vedessä olevat öljypisarat hyvin pieniksi (emulgointi). Kavitaatiovaikutuksen ansiosta Hielscher-ultraäänihomogenisaattorit ovat erittäin tehokkaita dispergoinnissa, homogenoinnissa, emulgoinnissa ja uutossa. Hielscher Ultrasonics valmistaa ultraääniantureita tehoalueella 50–16000 wattia laboratorioiden ja täyden mittakaavan tuotannon ultraääniprosesseihin.

Lue tästä, mitä eroja akustisella ja hydrodynaamisella kavitaatiolla on ja miksi saatat haluta valita anturityyppisen ultraäänilaitteen kavitaatioon perustuvaan prosessiisi:

Akustisen kavitaation edut hydrodynaamiseen kavitaatioon verrattuna

1. Parempi tehokkuus: Akustinen kavitaatio tuottaa yleensä tyhjiöonteloita tehokkaammin, sillä kavitaation tuottamiseen tarvittava energia on tyypillisesti pienempi kuin hydrodynaamisessa kavitaatiossa. Siksi ultraääneen perustuvat kavitaatiolaitteet ja kavitaatioreaktorit ovat energiatehokkaampia ja taloudellisempia. Ultraääni on energiatehokkain menetelmä kavitaation tuottamiseen. Anturityyppisillä ultraäänilaitteilla tuotettu akustinen kavitaatio eli ultraäänikavitaatio estää tarpeettoman kitkan syntymisen. Ultraäänianturi värähtelee kohtisuoraan ja estää tarpeettoman, energiaa tuhlaavan kitkan syntymisen. Toisin kuin akustisessa kavitaatiossa, hydrodynaamisessa kavitaatiossa käytetään roottori-staattori- tai suutinjärjestelmiä kavitaation tuottamiseen. Molemmat tekniikat – roottori-staattorit ja suuttimet – aiheuttavat kitkaa, sillä moottorin on liikutettava suuria mekaanisia osia. Jos tutkimuksissa esitetään väitteitä hydrodynaamisen kavitaation energiatehokkuudesta, niissä otetaan huomioon vain kyseisen tekniikan nimellisteho ja jätetään todellinen tehonkulutus huomiotta. Näissä tutkimuksissa ei tavallisesti oteta huomioon kitkasta aiheutuvaa energiahäviötä, joka on hydrodynaamisten kavitaatiotekniikoiden tunnettu ja ei-toivottu vaikutus.
2. Parempi hallittavuus: Akustista kavitaatiota voidaan hallita ja säätää helpommin, sillä ultraääniaaltojen intensiteettiä voidaan säätää tarkasti halutun kavitaatiotason tuottamiseksi. Hydrodynaamista kavitaatiota on sen sijaan vaikeampi hallita, sillä se riippuu nesteen virtausominaisuuksista sekä kuristuksen tai esteen geometriasta. Lisäksi suuttimet tukkeutuvat herkästi, mikä aiheuttaa prosessikatkoksia ja työlästä puhdistamista.
3. Pystyy käsittelemään lähes kaikkia materiaaleja: Venturi-suuttimilla ja muilla hydrodynaamisilla virtausreaktoreilla on vaikeuksia käsitellä kiinteitä aineita ja erityisesti hankaavia materiaaleja, mutta ultraäänikavitaatiolaitteet pystyvät käsittelemään luotettavasti lähes kaikenlaisia materiaaleja. Ultraäänikavitaatioreaktorit pystyvät homogenoimaan jopa suuria kiintoainekuormia, hankaavia hiukkasia ja kuitumaisia materiaaleja tukkeutumatta.
4. Parempi vakaus: Akustinen kavitaatio on yleensä vakaampaa kuin hydrodynaaminen kavitaatio, sillä akustisen kavitaation tuottamat höyryontelot jakautuvat yleensä tasaisemmin koko nesteeseen. Hydrodynaaminen kavitaatio voi sen sijaan tuottaa hyvin paikallisia höyryonteloita, jotka voivat johtaa epätasaisiin tai epävakaisiin virtauskuvioihin.
5. Parempi monipuolisuus: Akustista kavitaatiota eli ultraäänikavitaatiota voidaan käyttää monenlaisissa sovelluksissa, kuten homogenoinnissa, sekoittamisessa, dispergoinnissa, emulgoinnissa, uutossa, lyysissä ja solujen hajotuksessa sekä sonokemiassa. Hydrodynaaminen kavitaatio on sen sijaan suunniteltu ensisijaisesti virtauksen hallintaan ja virtausmekaniikan sovelluksiin.
   Kaiken kaikkiaan akustinen kavitaatio tarjoaa paremman hallittavuuden, tehokkuuden, vakauden ja monipuolisuuden hydrodynaamiseen kavitaatioon verrattuna, mikä tekee siitä erittäin hyödyllisen tekniikan lukuisiin teollisiin sovelluksiin.

Ultraäänikavitaatioreaktorit

Hielscher Ultrasonics tarjoaa erilaisia teollisuustason ultraääniantureita ja kavitaatioreaktoreita. Kaikki Hielscher-ultraäänilaitteet ja kavitaatioreaktorit on suunniteltu voimakasta ultraääntä vaativiin sovelluksiin ja 24/7-käyttöön täydellä kuormalla.
Suunnittelu, valmistus ja konsultointi – Saksassa valmistettua laatua
Hielscher tunnetaan ultraäänikavitaatiolaitteidensa korkeimmista laatu- ja suunnittelustandardeista. Kestävyys ja helppokäyttöisyys mahdollistavat ultraäänikavitaatiolaitteidemme sujuvan integroinnin teollisuuslaitoksiin. Hielscher selviytyy ultraäänikavitaatiolaitteillaan helposti ankarista olosuhteista ja vaativista ympäristöistä.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys, joka painottaa erityisesti suorituskykyisiä ultraäänilaitteita, joissa yhdistyvät huipputeknologia ja käyttäjäystävällisyys. Hielscher täyttää ultraäänilaitteillaan luonnollisesti CE-vaatimukset sekä seuraavien tahojen ja säädösten vaatimukset: UL, CSA ja RoHs.

Miksi Hielscher Ultrasonics?

• korkea hyötysuhde
• huipputeknologia
• luotettavuus ja kestävyys
• eräkäsittely ja jatkuvatoiminen käsittely
• kaikille tilavuuksille – pienistä näytepulloista kuorma-autollisiin tunnissa
• tieteellisesti todistettu
• älykäs ohjelmisto
• älykkäät ominaisuudet (esim. tietojen kirjaaminen)
• CIP (puhdistus paikallaan)
• helppo ja turvallinen käyttö
• helppo asennus, vähäinen huoltotarve
• taloudellisesti edullinen (vähemmän työvoimaa, käsittelyaikaa ja energiaa)

Jos olet kiinnostunut ultraäänikavitaatiotekniikasta, prosesseista ja käyttövalmiista ultraäänikavitaatiojärjestelmistä, ota meihin yhteyttä nyt. Henkilökuntamme, jolla on pitkä kokemus, keskustelee mielellään kanssasi sovelluksestasi!

Alla oleva taulukko antaa suuntaa ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: