अल्ट्रासोनिक Cavitation द्वारा पायसीकारी

सुगंधित और उपभोक्ता उत्पादों की एक विस्तृत श्रृंखला – जैसे कि कॉस्मेटिक्स, त्वचा लोशन, औषधीय मलहम, वार्निश, पेंट, स्नेहन, और ईंधन – पूरी तरह या आंशिक रूप से इमल्शन पर आधारित हैं।
Hielscher बड़े पैमाने पर उत्पादन संयंत्रों में बड़े वॉल्यूम स्ट्रीम्स की कुशल इमल्सीकरण के लिए दुनिया के सबसे बड़े औद्योगिक अल्ट्रासोनिक तरल प्रोसेसर का निर्माण करता है।

अल्ट्रासोनिक इमल्सीकरण कैसे काम करता है

प्रयोगशाला अनुप्रयोग: In laboratory settings, the emulsification power of ultrasound has been known and applied for a long time due to the various benefits tied to ultrasonic homogenization and emulsification.

प्रौद्योगिकी

Reliable ultrasonic emulsification is based on the use of ultrasonic probes, also known as sonotrodes. The process works as follows:

1. Ultrasound Coupling: Via the ultrasonic probe, high-intensity ultrasound is coupled into liquids, creating acoustic cavitation.
2. Cavitation Effect: Ultrasonic or acoustic cavitation generates high shear forces, which provide the required energy to disrupt large droplets down to nano-size droplets.
3. Emulsion Formation: Two or more liquid phases are mixed into a uniform submicron- or nano-emulsion.

 
Industrial Scale-Up via Flow-Through Technology: Using ultrasonic flow cells allows for linear scale-up to industrial production of nanoemulsions, processing large volume streams in continuous flow-through.

The Advantages of Ultrasonic Emulsification

एक जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर का उपयोग करके अल्ट्रासोनिक पायसीकरण अन्य पायसीकारी तकनीकों पर कई फायदे प्रदान करता है:

1. बेहतर पायस स्थिरता: अल्ट्रासोनिक पायसीकरण छोटे छोटी बूंद आकार और अधिक समान छोटी बूंद वितरण बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप बेहतर पायस स्थिरता और लंबे समय तक शैल्फ जीवन होता है। सबमाइक्रोन- और नैनो आकार की बूंदों को पावर अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके मज़बूती से उत्पादित किया जा सकता है।
2. ऊर्जा दक्षता: अल्ट्रासोनिक पायसीकरण के लिए अन्य पायसीकरण विधियों की तुलना में कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जिससे यह अधिक ऊर्जा-कुशल प्रक्रिया बन जाती है।
3. अनुमापकता: अल्ट्रासोनिक पायसीकरण को आवश्यक मात्रा के आधार पर आसानी से ऊपर या नीचे बढ़ाया जा सकता है, जिससे यह प्रयोगशाला और औद्योगिक अनुप्रयोगों दोनों के लिए एक बहुमुखी प्रक्रिया बन जाती है।
4. समय बचाने वाला: अल्ट्रासोनिक पायसीकरण एक बहुत ही तेज़ प्रक्रिया हो सकती है, जिसमें तरल पदार्थ, मात्रा और उपकरण के आधार पर सेकंड से मिनटों में इमल्शन बनते हैं।
5. सर्फेक्टेंट की कम आवश्यकता: अल्ट्रासोनिक पायसीकरण सर्फेक्टेंट की आवश्यकता को कम कर सकता है, जो अक्सर इमल्शन को स्थिर करने के लिए आवश्यक होते हैं। हालांकि, कम बूंद के आकार के साथ, कण का सतह क्षेत्र बढ़ जाता है और अधिक क्षेत्र को सर्फेक्टेंट द्वारा कवर किया जाना चाहिए। अल्ट्रासोनिकेशन वैकल्पिक और उपन्यास पायसीकारी सहित लगभग किसी भी प्रकार के सर्फेक्टेंट के साथ संगत है।
6. न्यूनतम और नियंत्रणीय गर्मी उत्पादन: अल्ट्रासोनिक पायसीकरण एक गैर-थर्मल प्रक्रिया है और प्रसंस्करण के दौरान गर्मी उत्पादन से बचा जा सकता है या कुछ हद तक कम किया जा सकता है। इस प्रकार, संवेदनशील यौगिकों या अवयवों के थर्मल क्षरण का जोखिम कम हो जाता है।

प्रोब-टाइप अल्ट्रासोनिकेटर का उपयोग करके अल्ट्रासोनिक पायसीकरण के फायदे इसे खाद्य और पेय, फार्मास्यूटिकल्स, सौंदर्य प्रसाधन, ठीक रसायनों और ईंधन सहित विभिन्न क्षेत्रों में पायसीकरण के लिए एक उत्कृष्ट विकल्प बनाते हैं।
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The DLS measurement shows the uniform droplet size distribution of an ultrasonically produced rose oil-in-water emulsion.

एक पायस क्या है?
इमल्शन दो या दो से अधिक अमिश्रणीय तरल पदार्थों के फैलाव हैं। अत्यधिक गहन अल्ट्रासाउंड दूसरे चरण (निरंतर चरण) में छोटी बूंदों में एक तरल चरण (छितरी हुई चरण) को फैलाने के लिए आवश्यक शक्ति की आपूर्ति करता है। फैलाव क्षेत्र में, impoding cavitation बुलबुले आसपास के तरल में गहन सदमे तरंगों का कारण बनता है और उच्च तरल वेग के तरल जेट विमानों के गठन में परिणाम.

नैनो-इमल्शन – सोनिकाटर्स के लिए पावर एप्लिकेशन

नैनोमल्शन बूंदों के साथ इमल्शन होते हैं जो आमतौर पर आकार में 100 नैनोमीटर से कम होते हैं। नैनोमल्शन पारंपरिक इमल्शन पर कई फायदे प्रदान करते हैं, जिसमें अद्वितीय कार्यात्मक गुण, उच्च स्थिरता, पारदर्शिता आदि शामिल हैं।
अल्ट्रासोनिकेशन पारंपरिक पायसीकरण प्रौद्योगिकियों को मात देता है, खासकर जब यह नैनोमल्शन के गठन की बात आती है। यह अल्ट्रासाउंड के अत्यधिक कुशल और ऊर्जा-गहन कार्य सिद्धांत के कारण है।

 
नीचे दिया गया वीडियो UP400S लैब अल्ट्रासोनिकेटर का उपयोग करके पानी (लाल) में तेल (पीला) की पायसीकरण प्रक्रिया को दर्शाता है।

अल्ट्रासोनिक पायसीकरण का कार्य सिद्धांत

एकॉस्टिक कैविटेशन: अल्ट्रासोनिक इमल्सिफिकेशन और नैनो-इमल्सिफिकेशन के पीछे का प्रेरक बल
अल्ट्रासोनिक इमल्सिफिकेशन ध्वनिक कैविटेशन के शक्तिशाली प्रभावों पर निर्भर करता है, यह एक ऐसी घटना है जो तब होती है जब उच्च-तीव्रता वाले अल्ट्रासाउंड तरंगें किसी तरल से होकर गुजरती हैं। इस प्रक्रिया के दौरान, सूक्ष्म बुलबुले बनते हैं, बढ़ते हैं, और फिर जोरदार ढंग से धराशायी हो जाते हैं। इन बुलबुलों का implode करके धराशायी होना अत्यन्त स्थानीय परिस्थितियाँ उत्पन्न करता है, जिसमें तीव्र दबाव और तापमान अंतर, उच्च कतरन बल, शॉक वेव्स, और तरल माइक्रो-जेट्स शामिल हैं। ये बल बड़े कणों, बूँदों, और समूहों को प्रभावी रूप से तोड़कर बहुत छोटे संरचनाओं में बदल देते हैं।
बाएँ चित्र में उस ध्वनिक कैविटेशन को दिखाया गया है जो UIP1000hdT अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर (1000 W) द्वारा द्रव से भरे काँच के कॉलम में उत्पन्न होता है।

कैसे ध्वनिक कैविटेशन इमल्शन बनाने में सुधार करता है

इमल्सिफिकेशन और नैनो-इमल्सिफिकेशन दोनों में, कैविटेशन की तीव्रता ड्रॉपलेट के आकार को निर्धारित करने वाला एक प्रमुख कारक है। जब कैविटेशन बुलबुले ध्वस्त होते हैं, तो उत्पन्न शीयर बल बड़े ड्रॉपलेट्स को लगातार छोटे टुकड़ों में तोड़ते हैं। इसी समय, स्थानीयकृत दबाव और तापमान में बदलाव नए ड्रॉपलेट्स के निर्माण को बढ़ावा देते हैं और इमल्शन को स्थिर करने में मदद करते हैं।
ड्रॉपलेट विघटन और स्थिरीकरण का यह संयोजन अल्ट्रासोनिक तकनीक को अत्यधिक समान इमल्शन बनाने में सक्षम बनाता है, जिसका ड्रॉपलेट आकार वितरण असाधारण रूप से सूक्ष्म होता है।
 

(ए) क्लासिक होमोजेनाइजेशन विधि (बी) अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइजेशन (यूपी400एस का उपयोग करके) एमडी, डब्ल्यूपीआई और उनके मिश्रण के साथ विधि द्वारा तैयार जल-जैतून के तेल इमल्शन का बूंद आकार वितरण, जिसमें 9% तेल (डब्ल्यू/डब्ल्यू) सामग्री के साथ 40% शुष्क पदार्थ होता है। अल्ट्रासोनिक पायसीकरण के परिणामस्वरूप काफी छोटी बूंदें, कम क्रीमिंग और एक बेहतर समग्र पायस स्थिरता होती है।
(अध्ययन और रेखांकन: ज़ुंगुर एट अल।

कुशल पायसीकरण के लिए अल्ट्रासोनिक जांच

Hielscher कुशल पायसीकरण और बैच और प्रवाह के माध्यम से मोड में तरल पदार्थ के फैलाव के लिए जांच प्रकार ultrasonicators और सहायक उपकरण की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है।
प्रत्येक 16,000 वाट तक के कई अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर से युक्त सिस्टम, निरंतर प्रवाह में या एक बैच में बारीक छितरी हुई पायस प्राप्त करने के लिए इस प्रयोगशाला अनुप्रयोग को एक कुशल उत्पादन विधि में अनुवाद करने के लिए आवश्यक क्षमता प्रदान करते हैं – उपलब्ध आज के सर्वोत्तम उच्च दबाव वाले होमोजेनाइज़र की तुलना में परिणाम प्राप्त करना, जैसे कि नया छिद्र वाल्व। निरंतर पायसीकरण में इस उच्च दक्षता के अलावा, Hielscher अल्ट्रासोनिक उपकरणों को बहुत कम रखरखाव की आवश्यकता होती है और इसे संचालित करना और साफ करना बहुत आसान होता है। अल्ट्रासाउंड वास्तव में सफाई और rinsing का समर्थन करता है। अल्ट्रासोनिक शक्ति समायोज्य है और इसे विशेष उत्पादों और पायसीकरण आवश्यकताओं के अनुकूल बनाया जा सकता है। उन्नत सीआईपी (क्लीन-इन-प्लेस) और एसआईपी (स्टरलाइज-इन-प्लेस) आवश्यकताओं को पूरा करने वाले विशेष प्रवाह सेल रिएक्टर भी उपलब्ध हैं।

मल्टीफ़ेज़कैविटेटर (MPC48)
मल्टीफेज़कैविटेटर हिल्सचर अल्ट्रासोनिक फ्लो सेल रिएक्टर्स के साथ संगत एक शक्तिशाली सहायक उपकरण है: MPC48 इंसर्ट का उपयोग करते हुए, प्रसारित चरण को 48 कैनुला के माध्यम से अल्ट्रासोनिक हॉट जोन में पतली द्रव धाराओं के रूप में इंजेक्ट किया जाता है, जहां प्रसारित चरण और सतत चरण अत्यंत सूक्ष्म बूँदों के रूप में मिलकर एक नैनोइमल्शन बनाते हैं।
जानिए कि मल्टीफेज़कैविटेटर इमल्सीफिकेशन को कैसे बेहतर बनाता है!

साहित्य/सन्दर्भ