Kawitacja akustyczna i hydrodynamiczna w zastosowaniach związanych z mieszaniem
Kawitacja do mieszania i miksowania: Czy istnieje różnica między kawitacją akustyczną a hydrodynamiczną? I dlaczego jedna z technologii kawitacji może być lepsza dla danego procesu?
kawitacja akustyczna – znany również jako kawitacja ultradźwiękowa – Kawitacja akustyczna i hydrodynamiczna są formami kawitacji, która jest procesem wzrostu i zapadania się wnęk próżniowych w cieczy. Kawitacja akustyczna występuje, gdy ciecz jest poddawana działaniu fal ultradźwiękowych o wysokim natężeniu, podczas gdy kawitacja hydrodynamiczna występuje, gdy ciecz przepływa przez zwężenie lub wokół przeszkody (np. dyszy Venturiego), powodując spadek ciśnienia i tworzenie się wnęk parowych.
Kawitacyjne siły ścinające są wykorzystywane do homogenizacji, mieszania, dyspergowania, emulgowania, rozbijania komórek, a także do inicjowania i intensyfikowania reakcji chemicznych.
Kawitacja ultradźwiękowa na sondzie kaskadowej ultrasonografu UIP1000hdT (1000 watów, 20 kHz) w szklanym reaktorze.
Dowiedz się tutaj, jakie są różnice między kawitacją akustyczną i hydrodynamiczną i dlaczego warto wybrać ultradźwiękowiec typu sondy do procesu napędzanego kawitacją:
Zalety kawitacji akustycznej w porównaniu z kawitacją hydrodynamiczną
- Większa wydajność: Kawitacja akustyczna jest generalnie bardziej wydajna w wytwarzaniu wnęk próżniowych, ponieważ energia wymagana do wytworzenia kawitacji jest zazwyczaj niższa niż w przypadku kawitacji hydrodynamicznej. Dlatego kawitatory ultradźwiękowe i reaktory kawitacyjne są bardziej energooszczędne i ekonomiczne. Ultradźwięki są najbardziej energooszczędną metodą wytwarzania kawitacji. Kawitacja akustyczna / ultradźwiękowa generowana przez sondy-ultradźwięki zapobiega powstawaniu niepotrzebnego tarcia. Sonda ultradźwiękowa oscyluje prostopadle, zapobiegając generowaniu niepotrzebnego, marnującego energię tarcia. W przeciwieństwie do kawitacji akustycznej, kawitacja hydrodynamiczna wykorzystuje systemy wirnik-stojan lub dysze do generowania kawitacji. Obie techniki – rotor-statory i dysze – powodują tarcie, ponieważ silnik musi napędzać duże części mechaniczne. Jeśli badania dotyczą efektywności energetycznej kawitacji hydrodynamicznej, uwzględniają one jedynie moc nominalną danej technologii i pomijają rzeczywiste zużycie energii. Badania te zwykle nie uwzględniają utraty energii tarcia, która jest dobrze znanym i niepożądanym efektem technologii kawitacji hydrodynamicznej.
- Większa kontrola: Kawitacja akustyczna może być łatwiej kontrolowana i regulowana, ponieważ intensywność fal ultradźwiękowych może być precyzyjnie regulowana w celu wytworzenia pożądanego poziomu kawitacji. Z kolei kawitacja hydrodynamiczna jest trudniejsza do kontrolowania, ponieważ zależy od charakterystyki przepływu cieczy i geometrii zwężenia lub przeszkody. Ponadto dysze są podatne na zatykanie, co powoduje przerwy w procesie i pracochłonne czyszczenie.
- Może obsługiwać prawie wszystkie materiały: Podczas gdy dysza Venturiego i inne reaktory z przepływem hydrodynamicznym mają trudności z obsługą ciał stałych, a zwłaszcza materiałów ściernych, kawitatory ultradźwiękowe mogą niezawodnie przetwarzać prawie każdy rodzaj materiału. Ultradźwiękowe reaktory kawitacyjne mogą homogenizować nawet duże obciążenia stałe, cząstki ścierne i materiały włókniste bez zatykania.
- Większa stabilność: Kawitacja akustyczna jest ogólnie bardziej stabilna niż kawitacja hydrodynamiczna, ponieważ wnęki parowe wytwarzane przez kawitację akustyczną są zwykle bardziej równomiernie rozmieszczone w cieczy. W przeciwieństwie do tego, kawitacja hydrodynamiczna może wytwarzać wgłębienia pary, które są wysoce zlokalizowane i mogą prowadzić do nierównych lub niestabilnych wzorców przepływu.
- Większa wszechstronność: Kawitacja akustyczna / ultradźwiękowa może być wykorzystywana w szerokim zakresie zastosowań, w tym do homogenizacji, mieszania, dyspergowania, emulgowania, ekstrakcji, lizy i rozpadu komórek, a także do sonochemii. Natomiast kawitacja hydrodynamiczna jest przeznaczona głównie do kontroli przepływu i zastosowań w mechanice płynów.
Ogólnie rzecz biorąc, kawitacja akustyczna oferuje większą kontrolę, wydajność, stabilność i wszechstronność w porównaniu z kawitacją hydrodynamiczną, co czyni ją bardzo przydatną techniką w wielu zastosowaniach przemysłowych.
Ultradźwiękowe reaktory kawitacyjne
Hielscher Ultrasonics oferuje szeroką gamę przemysłowych sond ultradźwiękowych i reaktorów kawitacyjnych. Wszystkie ultrasonografy i reaktory kawitacyjne firmy Hielscher są przeznaczone do zastosowań o wysokiej intensywności i pracy 24/7 pod pełnym obciążeniem.
Projektowanie, produkcja i doradztwo – Jakość Made in Germany
Kawitatory ultradźwiękowe Hielscher są dobrze znane z najwyższej jakości i standardów projektowych. Solidność i łatwa obsługa pozwalają na płynną integrację naszych kawitatorów ultradźwiękowych z obiektami przemysłowymi. Trudne warunki i wymagające środowiska są łatwo obsługiwane przez kawitatory ultradźwiękowe Hielscher.
Hielscher Ultrasonics jest firmą posiadającą certyfikat ISO i kładzie szczególny nacisk na wysokowydajne ultradźwięki z najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście ultradźwięki Hielscher są zgodne z CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.
Dlaczego Hielscher Ultrasonics?
- wysoka wydajność
- najnowocześniejsza technologia
- niezawodność & solidność
- partia & inline
- dla każdej objętości - od małych fiolek do ciężarówek na godzinę
- naukowo udowodnione
- inteligentne oprogramowanie
- inteligentne funkcje (np. protokołowanie danych)
- CIP (clean-in-place)
- Prosta i bezpieczna obsługa
- Łatwa instalacja, niskie koszty utrzymania
- korzystne ekonomicznie (mniej siły roboczej, czasu przetwarzania, energii)
Jeśli jesteś zainteresowany techniką kawitacji ultradźwiękowej, procesami i gotowymi do pracy systemami kawitatorów ultradźwiękowych, skontaktuj się z nami. Nasz wieloletni doświadczony personel z przyjemnością omówi z Tobą Twoją aplikację!
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:
| Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20-400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150 l | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
| b.d. | 10-100L/min | UIP16000 |
| b.d. | większe | klaster UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do mieszania, dyspersji, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.
Literatura / Referencje
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.
- Braeutigam, Patrick (2015): Degradation of Organic Micropollutants by Hydrodynamic and/or Acoustic Cavitation. In: Handbook of Ultrasonics and Sonochemistry. Springer 2015.
- Abhinav Priyadarshi, Mohammad Khavari, Tungky Subroto, Marcello Conte, Paul Prentice, Koulis Pericleous, Dmitry Eskin, John Durodola, Iakovos Tzanakis (2021): On the governing fragmentation mechanism of primary intermetallics by induced cavitation. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 70, 2021.
- Mottyll, S.; Skoda, R. (2015): Numerical 3D flow simulation of attached cavitation structures at ultrasonic horn tips and statistical evaluation of flow aggressiveness via load collectives. Journal of Physics: Conference Series, Volume 656, 9th International Symposium on Cavitation (CAV2015) 6–10 December 2015, Lausanne, Switzerland.
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do rozmiar przemysłowy.