Akoestische versus hydrodynamische cavitatie voor mengtoepassingen

Cavitatie voor mengen en vermengen: Is er een verschil tussen akoestische en hydrodynamische cavitatie? En waarom zou de ene cavitatietechnologie beter kunnen zijn voor uw proces?
Akoestische cavitatie – ook bekend als ultrasone cavitatie – en hydrodynamische cavitatie zijn beide vormen van cavitatie: het proces waarbij vacuümholtes in een vloeistof groeien en imploderen. Akoestische cavitatie treedt op wanneer een vloeistof wordt blootgesteld aan ultrasone golven met een hoge intensiteit, terwijl hydrodynamische cavitatie optreedt wanneer een vloeistof door een vernauwing of rond een obstakel (bijv. een venturimondstuk) stroomt, waardoor de druk daalt en dampholtes ontstaan.
Door cavitatie veroorzaakte afschuifkrachten worden gebruikt voor homogeniseren, mengen, dispergeren, emulgeren en celontsluiting, en voor het initiëren en intensiveren van chemische reacties.

Hoewel zowel akoestische als hydrodynamische cavitatietechnieken hetzelfde verschijnsel en effect van imploderende cavitatiebellen gebruiken, bestaat er een aanzienlijk verschil tussen deze twee technieken, waarbij cavitatie wordt opgewekt met ultrasoon geluid of met venturimondstukken.

Intensieve sonicatie produceert cavitatiebellen in water. De daaropvolgende implosie van de cavitatiebellen veroorzaakt extreme mechanische afschuifkrachten in de vloeistof. Dit effect breekt cellen open, bijvoorbeeld voor de extractie van plantaardige stoffen, of verkleint oliedruppels in water tot een zeer kleine grootte (emulsificatie). Door het cavitatie-effect zijn ultrasone homogenisatoren van Hielscher een zeer doeltreffend middel voor dispergeren, homogeniseren, emulgeren en extraheren. Hielscher Ultrasonics produceert ultrasone sondes van 50 watt tot 16.000 watt voor sonicatieprocessen in het laboratorium en in productie op industriële schaal.

Lees hier welke verschillen er bestaan tussen akoestische en hydrodynamische cavitatie en waarom u voor uw door cavitatie aangedreven proces wellicht een sonicator met sonde wilt kiezen:

Voordelen van akoestische cavitatie ten opzichte van hydrodynamische cavitatie

1. Efficiënter: Akoestische cavitatie is over het algemeen efficiënter in het produceren van vacuümholtes, omdat de energie die nodig is om cavitatie op te wekken doorgaans lager is dan bij hydrodynamische cavitatie. Daarom zijn cavitatoren en cavitatiereactoren op basis van ultrasoon geluid energiezuiniger en economischer. Ultrasoon geluid is de meest energiezuinige methode om cavitatie op te wekken. Akoestische / ultrasone cavitatie die door sonicators met sonde wordt opgewekt, voorkomt het ontstaan van onnodige wrijving. De ultrasone sonde oscilleert loodrecht, waardoor het ontstaan van onnodige, energieverspillende wrijving wordt voorkomen. In tegenstelling tot akoestische cavitatie gebruikt hydrodynamische cavitatie rotor-stator- of mondstuksystemen om cavitatie op te wekken. Beide technieken – rotor-stators en mondstukken – veroorzaken wrijving, omdat de motor grote mechanische onderdelen moet aandrijven. Als studies stellen dat hydrodynamische cavitatie energiezuinig is, houden ze alleen rekening met het nominale vermogen van de betreffende technologie en laten ze het werkelijke energieverbruik buiten beschouwing. Deze studies houden doorgaans geen rekening met het energieverlies door wrijving, dat een bekend en ongewenst effect van hydrodynamische cavitatietechnologieën is.
2. Meer controle: Akoestische cavitatie kan gemakkelijker worden gecontroleerd en geregeld, omdat de intensiteit van de ultrasone golven nauwkeurig kan worden aangepast om de gewenste mate van cavitatie te produceren. Hydrodynamische cavitatie is daarentegen moeilijker te regelen, omdat deze afhangt van de stromingseigenschappen van de vloeistof en de geometrie van de vernauwing of het obstakel. Bovendien raken mondstukken gemakkelijk verstopt, wat tot procesonderbrekingen en arbeidsintensieve reiniging leidt.
3. Kan vrijwel alle materialen verwerken: Terwijl een venturimondstuk en andere hydrodynamische doorstroomreactoren moeite hebben met het verwerken van vaste stoffen en vooral abrasieve materialen, kunnen ultrasone cavitatoren vrijwel elk type materiaal betrouwbaar verwerken. Ultrasone cavitatiereactoren kunnen zelfs mengsels met een hoog gehalte aan vaste stoffen, abrasieve deeltjes en vezelachtige materialen homogeniseren zonder verstopt te raken.
4. Grotere stabiliteit: Akoestische cavitatie is over het algemeen stabieler dan hydrodynamische cavitatie, omdat de dampholtes die door akoestische cavitatie worden geproduceerd doorgaans gelijkmatiger over de vloeistof verdeeld zijn. Hydrodynamische cavitatie kan daarentegen dampholtes produceren die sterk plaatselijk geconcentreerd zijn en tot ongelijkmatige of instabiele stromingspatronen kunnen leiden.
5. Grotere veelzijdigheid: Akoestische / ultrasone cavitatie kan worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, waaronder homogeniseren, mengen, dispergeren, emulgeren, extractie, lysis en celontsluiting, en voor sonochemie. Hydrodynamische cavitatie is daarentegen voornamelijk bedoeld voor toepassingen op het gebied van stromingsregeling en stromingsmechanica.
   Over het geheel genomen biedt akoestische cavitatie meer controle, efficiëntie, stabiliteit en veelzijdigheid dan hydrodynamische cavitatie, waardoor het een zeer bruikbare techniek voor talrijke industriële toepassingen is.

Ultrasone cavitatiereactoren

Hielscher Ultrasonics biedt u diverse ultrasone sondes en cavitatiereactoren van industriële kwaliteit. Alle sonicators en cavitatiereactoren van Hielscher zijn ontworpen voor toepassingen met een hoge intensiteit en 24/7-bedrijf onder volledige belasting.
Ontwerp, productie en advies – kwaliteit uit Duitsland
De ultrasone cavitatoren van Hielscher staan bekend om hun hoogste kwaliteits- en ontwerpnormen. Dankzij hun robuustheid en eenvoudige bediening kunnen onze ultrasone cavitatoren soepel in industriële installaties worden geïntegreerd. De ultrasone cavitatoren van Hielscher kunnen zware omstandigheden en veeleisende omgevingen gemakkelijk aan.

Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt bijzondere nadruk op sonicators met hoge prestaties en met de modernste technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard voldoen de sonicators van Hielscher aan de CE-voorschriften en aan de eisen van UL, CSA en RoHs.

Waarom Hielscher Ultrasonics?

• hoge efficiëntie
• de modernste technologie
• betrouwbaarheid & robuustheid
• batch & inline
• voor elk volume – van kleine flacons tot vrachtwagenladingen per uur
• wetenschappelijk bewezen
• intelligente software
• slimme functies (bijv. gegevensregistratie)
• CIP (reiniging ter plaatse)
• eenvoudige en veilige bediening
• eenvoudige installatie, weinig onderhoud
• economisch voordelig (minder personeel, verwerkingstijd en energie)

Als u geïnteresseerd bent in ultrasone cavitatietechnologie, processen en gebruiksklare ultrasone cavitatorsystemen, neem dan nu contact met ons op. Onze medewerkers met jarenlange ervaring bespreken uw toepassing graag met u!

De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicators: