Kawitacja akustyczna a hydrodynamiczna w zastosowaniach związanych z mieszaniem

Kawitacja w mieszaniu i łączeniu składników: Czy istnieje różnica między kawitacją akustyczną a hydrodynamiczną? I dlaczego jedna z technologii kawitacyjnych może być lepsza dla Twojego procesu?
Kawitacja akustyczna – znana również jako kawitacja ultradźwiękowa – oraz kawitacja hydrodynamiczna to dwie formy kawitacji, czyli procesu wzrostu i zapadania się pustek próżniowych w cieczy. Kawitacja akustyczna występuje, gdy ciecz jest poddawana działaniu fal ultradźwiękowych o wysokiej intensywności, natomiast kawitacja hydrodynamiczna występuje, gdy ciecz przepływa przez przewężenie lub wokół przeszkody (np. dyszy Venturiego), powodując spadek ciśnienia i powstawanie pustek parowych.
Siły ścinające wywołane kawitacją są wykorzystywane do homogenizacji, mieszania, dyspergowania, emulgowania, rozbijania komórek, a także do inicjowania i intensyfikacji reakcji chemicznych.

Chociaż zarówno techniki kawitacji akustycznej, jak i hydrodynamicznej wykorzystują to samo zjawisko i efekt zapadania się pęcherzyków kawitacyjnych, istnieje istotna różnica między tymi dwiema technikami, w których kawitację wytwarza się za pomocą ultradźwięków lub dysz Venturiego.

Intensywna sonikacja wytwarza w wodzie pęcherzyki kawitacyjne. Ich późniejsze zapadanie się generuje w cieczy ekstremalne mechaniczne siły ścinające. Efekt ten rozbija komórki, np. podczas ekstrakcji surowców roślinnych, lub rozdrabnia krople oleju w wodzie do bardzo małych rozmiarów, powodując emulgowanie. Dzięki kawitacji homogenizatory ultradźwiękowe Hielscher są bardzo skutecznym narzędziem do dyspergowania, homogenizacji, emulgowania i ekstrakcji. Hielscher Ultrasonics produkuje sondy ultradźwiękowe o mocy od 50 watów do 16000 watów, przeznaczone do procesów sonikacji w laboratorium i w produkcji na pełną skalę.

Dowiedz się tutaj, jakie różnice istnieją między kawitacją akustyczną a hydrodynamiczną i dlaczego warto wybrać sonikator z sonotrodą do procesu wykorzystującego kawitację:

Zalety kawitacji akustycznej w porównaniu z kawitacją hydrodynamiczną

1. Większa efektywność: Kawitacja akustyczna jest na ogół bardziej efektywna w wytwarzaniu pustek próżniowych, ponieważ energia potrzebna do wywołania kawitacji jest zazwyczaj mniejsza niż w przypadku kawitacji hydrodynamicznej. Dlatego kawitatory i reaktory kawitacyjne wykorzystujące ultradźwięki są bardziej energooszczędne i ekonomiczne. Ultradźwięki są najbardziej energooszczędną metodą wytwarzania kawitacji. Kawitacja akustyczna / ultradźwiękowa generowana przez sonikatory z sonotrodą zapobiega powstawaniu zbędnego tarcia. Sonotroda ultradźwiękowa oscyluje prostopadle, zapobiegając powstawaniu zbędnego tarcia powodującego straty energii. W przeciwieństwie do kawitacji akustycznej kawitacja hydrodynamiczna wykorzystuje układy wirnik–stator lub układy dysz do wytwarzania kawitacji. Obie techniki – układy wirnik–stator i dysze – powodują tarcie, ponieważ silnik musi napędzać duże części mechaniczne. Jeżeli badania wskazują na efektywność energetyczną kawitacji hydrodynamicznej, uwzględniają jedynie moc znamionową danej technologii i pomijają rzeczywisty pobór mocy. Badania te zazwyczaj nie uwzględniają strat energii wskutek tarcia, które są dobrze znanym i niepożądanym efektem technologii kawitacji hydrodynamicznej.
2. Większa kontrola: Kawitację akustyczną można łatwiej kontrolować i regulować, ponieważ intensywność fal ultradźwiękowych można precyzyjnie dostosować, aby uzyskać pożądany poziom kawitacji. Natomiast kawitacja hydrodynamiczna jest trudniejsza do kontrolowania, ponieważ zależy od charakterystyki przepływu cieczy oraz geometrii przewężenia lub przeszkody. Ponadto dysze są podatne na zatykanie, co skutkuje przerwami w procesie i pracochłonnym czyszczeniem.
3. Możliwość przetwarzania niemal wszystkich materiałów: Podczas gdy dysza Venturiego i inne hydrodynamiczne reaktory przepływowe mają trudności z przetwarzaniem ciał stałych, a zwłaszcza materiałów ściernych, kawitatory ultradźwiękowe mogą niezawodnie przetwarzać niemal każdy rodzaj materiału. Ultradźwiękowe reaktory kawitacyjne mogą homogenizować nawet materiały o wysokiej zawartości ciał stałych, cząstki ścierne i materiały włókniste bez zatykania się.
4. Większa stabilność: Kawitacja akustyczna jest na ogół bardziej stabilna niż kawitacja hydrodynamiczna, ponieważ pustki parowe wytwarzane przez kawitację akustyczną mają tendencję do bardziej równomiernego rozmieszczenia w całej objętości cieczy. Natomiast kawitacja hydrodynamiczna może wytwarzać pustki parowe silnie skupione w określonych miejscach, które mogą prowadzić do nierównomiernego lub niestabilnego przepływu.
5. Większa wszechstronność: Kawitację akustyczną / ultradźwiękową można wykorzystywać w szerokim zakresie zastosowań, w tym do homogenizacji, mieszania, dyspergowania, emulgowania, ekstrakcji, lizy i dezintegracji komórek, a także w sonochemii. Natomiast kawitacja hydrodynamiczna jest przeznaczona przede wszystkim do regulacji przepływu i zastosowań w mechanice płynów.
   Ogólnie rzecz biorąc, kawitacja akustyczna zapewnia większą kontrolę, efektywność, stabilność i wszechstronność w porównaniu z kawitacją hydrodynamiczną, co czyni ją bardzo użyteczną techniką w licznych zastosowaniach przemysłowych.

Ultradźwiękowe reaktory kawitacyjne

Hielscher Ultrasonics oferuje różnorodne sonotrody ultradźwiękowe i reaktory kawitacyjne klasy przemysłowej. Wszystkie sonikatory i reaktory kawitacyjne Hielscher są przeznaczone do zastosowań o wysokiej intensywności oraz pracy 24/7 pod pełnym obciążeniem.
Projektowanie, produkcja i doradztwo – jakość wytwarzana w Niemczech
Kawitatory ultradźwiękowe Hielscher są dobrze znane z najwyższej jakości i standardów projektowych. Solidność i łatwa obsługa umożliwiają bezproblemową integrację naszych kawitatorów ultradźwiękowych z instalacjami przemysłowymi. Kawitatory ultradźwiękowe Hielscher z łatwością radzą sobie w trudnych warunkach i wymagających środowiskach.

Hielscher Ultrasonics jest firmą z certyfikatem ISO i kładzie szczególny nacisk na wysokowydajne sonikatory wyróżniające się najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście sonikatory Hielscher są zgodne z wymaganiami CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.

Dlaczego Hielscher Ultrasonics?

• wysoka efektywność
• najnowocześniejsza technologia
• niezawodność i solidność
• przetwarzanie partiami i w linii
• do dowolnej objętości – od małych fiolek po ilości odpowiadające ładunkom ciężarówek na godzinę
• potwierdzone naukowo
• inteligentne oprogramowanie
• inteligentne funkcje (np. rejestrowanie danych)
• CIP (czyszczenie na miejscu)
• prosta i bezpieczna obsługa
• łatwa instalacja, niewielkie wymagania konserwacyjne
• korzyści ekonomiczne (mniejsze zapotrzebowanie na pracę personelu, krótszy czas przetwarzania, mniejsze zużycie energii)

Jeśli interesują Cię technika kawitacji ultradźwiękowej, procesy i gotowe do pracy systemy kawitatorów ultradźwiękowych, skontaktuj się z nami już teraz. Nasi pracownicy z wieloletnim doświadczeniem chętnie omówią z Tobą Twoje zastosowanie!

Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: