Эмульсия состоит из двух несмешивающихся жидкостей, которые тонко диспергированы друг в друге. Для водных эмульсий, содержащих масло, масляная фаза (дисперсная фаза) равномерно перемешивается с водной фазой (непрерывная фаза). Ультразвуковые эмульгаторы хорошо зарекомендовали себя для приготовления эмульсий масло-в-воде и наноэмульсий. Ультразвуковые эмульсии отличаются равномерной дисперсией капель и долговременной стабильностью, поэтому широко используются в лабораториях и промышленности.

Ультразвуковые эмульсии масла в воде

Эмульгации масла в воде (O/W) широко используются во многих потребительских продуктах, таких как продукты питания, напитки, косметика, фармацевтика и т.д., а также в промышленности (например, материаловедения, полимеры, краски, покрытия, тонкая химия и т.д.).

Определение эмульсии нефти в воде

Эмульсия масла в воде представляет собой смесь, в которой жирная фаза рассеивается в воде или другой водной жидкости. Небольшие капли масла мелко рассредоточены в водной фазе (непрерывная фаза), чтобы создать эту эмульсию масла в воде. Если масло (рассеянная фаза) рассеивается в воде (непрерывная фаза), это эмульсия масла в воде; если капли воды добавляются в жирную непрерывную фазу, это называется эмульсией воды в масле.
Для эмульсий масло-в-воде качество полученной эмульсии зависит от состава (соотношение масло:вода, эмульгатор) и метода эмульгирования. Ультразвуковые эмульгаторы используют акустическую кавитацию, которая характеризуется интенсивными высокими сдвиговыми силами и турбулентностью в жидкости. Эти очень интенсивные силы разрушают две несмешивающиеся жидкие фазы на мельчайшие капли и равномерно смешивают их друг с другом. Ультразвуковая эмульгация может легко генерировать наноразмерные частицы с размерами капель до 10 нм. Очень малый размер капель и однородное, равномерное распределение по размеру капель ультразвукового приготовления эмульсий превращает ультразвуковую обработку в предпочтительный метод эмульгирования.
 

Кривая сжимает наноразмерное распределение капель ультразвуковой дисперсной наноэмульсии масло-в-воде. Эта ультразвуковая эмульсия состоит из эфирного масла мяты перечной, эмульгированного в непрерывной водной фазе.

Преимущества ультразвуковой эмульгации

Ультразвуковая эмульгация превосходит другие методы эмульгации, такие как гомогенизация высокого давления, смешивание с высоким уровнем стрижки и микрофлюидизация по эффективности, последовательное производство нано-капель, стабильность высокой эмульсии и способность лечить любой объем от небольших трубок и стаканов до больших потоков.
Например, Ли и Сян (2019) показали в своем сравнительном исследовании гомогенизации высокого давления и ультразвуковой эмульсификации, что ультразвук дает в более равномерной, стабильной эмульсии. Агрегация в эмульсиях кокосового масла в воде появилась только после того, как она подвергалась гомогенизации высокого давления, в то время как эмульсия, сделанная ультразвуковой эмульгации, оставалась стабильной в течение 30 дней хранения.
По сравнению с механическим возбуждением эмульсии, подготовленные ультразвуковой техникой, оказались более стабильными в течение более длительного периода времени по сравнению с эмульсиями, подготовленными механическим возбуждением, которое можно отнести к размеру небольшой капли, который термодинамически стабилизирован. Ультразвуковая техника дает более стабильные эмульсии, чем обычный метод механического возбуждения. (cf. Рамизетти и Шьямсандер, 2011)
O'Sullivan et al. (2015) показывают в своем исследовании, что ультразвуковая эмульгация последовательно дает субмикронные эмульсии (менее 200 нм). Тем не менее, нано-эмульсии с равномерной размер капли 10nm может быть легко и надежно достигнуто в оптимизированных условиях. Размер капли ультрасонически произведенных эмульсий является функцией времени обработки и ультразвуковой амплитуды как для пакетной, так и для непрерывной обработки.

Ультразвуковой препарат эмульсии масла в воде (O/W) (красная вода/ желтое масло). Несколько секунд sonication превратить отдельные воды / масляные фазы в тонкой эмульсии.

Рабочий принцип ультразвуковой эмульгации

Ультразвуковое производство эмульсий и нано-эмульсий (таких как масляная вода и эмульсии воды в масле) основано на рабочем принципе акустической кавитации. Для создания акустической кавитации высокоинтенсивное низкочастотное УЗИ генерируется ультразвуковым предуцатором и передается с помощью ультразвукового рога и зонда (сонотрода) в жидкость. УЗИ большой мощности считается ультразвуковым в диапазоне 16-30 кГц. Ультразвуковой зонд расширяется и контракты, например, на 20 кГц, тем самым передавая соответственно 20000 вибраций в секунду в среду. Когда ультразвуковые волны проходят через жидкость, чередуя циклы высокого давления (сжатия) / низкого давления (редкое напряжение/расширение) создают мельчайшие полости (вакуумные пузырьки), которые растут в течение нескольких циклов давления. Во время фазы сжатия жидкости и пузырьков давление положительное, в то время как фаза редкофракции производит вакуум (отрицательное давление). Во время циклов сжатия расширения полости в жидкости растут до тех пор, пока они не достигнут размера, при котором они не могут поглощать дальнейшую энергию. В этот момент они взрываются яростно. Взрыв этих полостей приводит к различным высокоэлитным эффектам, которые известны как явление акустической / ультразвуковой кавитации. Акустическая кавитация характеризуется многообразным высоко энергетическим эффектом, который влияет на жидко-жидкие, твердо-жидкие и газоликвидные системы. Энергоемкой зоны или кавитации зона известна как так называемая зона горячих точенок, которая является наиболее энергоемкой в непосредственной близости от ультразвукового зонда и уменьшается с увеличением расстояния от сонотрода. Основными характеристиками ультразвуковой кавитации являются локально происходящие очень высокие температуры и давления и соответствующие дифференциалы, турбулентности и поток жидкости. Во время взрыва ультразвуковых полостей в ультразвуковых горячих точках можно измерить температуру до 5000 кельвинов, давление до 200 атмосфер и жидких струй со до 1000 км/ч. Эти выдающиеся энергоемкие условия способствуют сономеханическим эффектам, которые усиливают процессы путем высокоэффективного смешивания, рассеивания и эмульгирования. Ультразвуковой слейр сил, жидкости потокового и турбулентности нарушает капель и смешивает их равномерно друг с другом. Высокотяжелая ультразвуковая система производит надежно нано-капли с равномерной распределением размеров. Это делает ультразвуковую эмульгификацию предпочтительным методом подготовки эмульсий масла в воде/ нано-эмульсий с высокой эмульсионной стабильностью и сроком годности.

Влияние ультразвуковой интенсивности на качество эмульсии

Качество эмульсии в основном характеризуется его стабильностью. В свою очередь, стабильность эмульсии является фактором распределения размера капель и формулировки эмульсии.
Ультразвуковая интенсивность, т.е. амплитуда и продолжительность звуковой работы, являются важными факторами, влияющими на качество полученной эмульсии.
В исследованиях ультразвуковая эмульгация делится на две фазы: во время первого шага происходит сочетание межфациальных волн и нестабильности Рейли-Тейлора, вызывая извержение рассеянных фазовых капель в непрерывную фазу.
На втором этапе капли расщепляются посредством акустической кавитации вблизи пограничных фаз капель. Интенсивные эффекты разрушения капель и смешивания, вызванные кавитационными ударными волнами, генерируют очень маленькие размеры капель. Интенсивность ультразвука, амплитуда и время обработки ультразвуком отвечают за полученное воздействие кавитации и, следовательно, наиболее влиятельные параметры в отношении мелкоразмерной эмульгации. Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher Ultrasonics могут обеспечивать очень высокие амплитуды. Амплитуды до 200 мкм могут быть легко непрерывно запущены в режиме 24/7. Для еще более высоких амплитуд доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды.

Высокая производительность ультразвуковых эмульгаторов

Ультразвуковая эмульгация является надежной технологией обработки, которая облегчает и ускоряет производство высококачественных эмульсий с субмихронными и наноразмерными каплями. Портфолио Hielscher Ultrasonics охватывает весь спектр от компактных лабораторных ультразвуковых систем до промышленных систем для применения эмульсификации. Это позволяет нам в Hielscher предложить вам наиболее подходящий ультразвуковой для вашего предполагаемого качества эмульсии и пропускной способности процесса. Наш давний опытный персонал поможет вам от технико-экономических испытаний и оптимизации процессов до установки ультразвуковой системы на окончательном уровне производства.
Небольшой отпечаток ног наших ультразвуковых экстракторов, а также их универсальность в вариантах установки делают их пригодными даже для небольших помещений. Ультразвуковые процессоры устанавливаются по всему миру на предприятиях по производству пищевых продуктов, фармацевтических и пищевых добавок.

Hielscher Ультразвук – Сложные системы эмульгации

Ассортимент продукции Hielscher Ultrasonics охватывает весь спектр высококонических эмульгаторов от малого до крупного масштаба. Дополнительные аксессуары позволяют легко сборки наиболее подходящей ультразвуковой конфигурации устройства для процесса эмульгации. Оптимальная ультразвуковая установка зависит от предполагаемой мощности, объема, сырья, партии или вконной обработки и сроков.

Пакет и Inline

Ультразвуковые эмульгаторы Hielscher могут быть использованы для пакетной и непрерывной обработки потока. Ультразвуковая пакетная обработка идеально подходит для тестирования процессов, оптимизации и малого и среднего уровня производства. Для производства больших объемов эмульсий, inline обработки может быть более выгодным. Непрерывный процесс смешивания рядов требует сложной настройки – состоящий в насосе, шлангах или трубах и цистернах- но он высокоэффективный, быстрый и требует значительно меньше труда. Hielscher Ultrasonics имеет наиболее подходящую установку эмульгации для вашего объема эмульсии и целей процесса.

Ультразвуковые зонды и реакторы для эмульсификации любого размера

Ассортимент продукции Hielscher Ultrasonics охватывает весь спектр ультразвуковых процессоров от компактных лабораторных ультразвуковых систем до полностью промышленных ультразвуковых процессоров с возможностью обработки грузовых автомобилей в час. Полный ассортимент продукции позволяет нам предложить вам наиболее подходящий ультразвуковой эмульгатор для ваших производственных мощностей и производственных целей.
Ультразвуковые системы скамейки идеально подходят для технико-экономического обоснования тестирования и оптимизации процессов. Линейное масштабирование, основанное на установленных параметрах процесса, позволяет очень легко увеличить перерабатывающие мощности от небольших лотов до полностью коммерческого производства. Масштабирование может быть сделано либо путем установки более мощного ультразвукового экстрактора единицы или кластеризации нескольких ультразвуковых параллельно. С UIP16000, Hielscher предлагает самый мощный ультразвуковой эмульгатор во всем мире.

Точно управляемые амплитуды для оптимальных результатов

Все ultrasonicators Hielscher точно controllable и таким образом надежные лошади работы в продукции. Амплитуда является одним из важнейших параметров процесса, влияющих на эффективность и эффективность ультразвуковой эмульсификации Амплитуда является решающим фактором, который решающим образом влияет на качество ультразвуковой эмульгации. Все ультразвуковые процессоры Hielscher позволяют точно устанавливать амплитуду. Сонотроды и бустерные рожки являются аксессуарами, позволяющими изменять амплитуду в еще более широком диапазоне. Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher могут обеспечивать очень высокие амплитуды и требуемую интенсивность ультразвука для ресурсоемких приложений. Амплитуды до 200 мкм могут быть легко непрерывно запущены в режиме 24/7.
Точные настройки амплитуды и постоянный мониторинг параметров ультразвукового процесса с помощью интеллектуального программного обеспечения дают вам возможность лечить эмульсию с наиболее эффективными ультразвуковыми условиями. Оптимальная соника для лучших результатов эмульгации!
Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет 24/ 7 эксплуатации на тяжелой службе и в сложных условиях. Это делает ультразвуковое оборудование Hielscher надежным инструментом работы, который отвечает вашим требованиям эмульгации.

Легкое, безрисковное тестирование

Ультразвуковые процессы могут быть полностью линейными масштабироваться. Это означает, что каждый результат, которого вы достигли с помощью лаборатории или ультразвукового скамеекатора, может быть масштабирован до точно такого же результата, используя точно такие же параметры процесса. Это делает ультразвук идеально подходит для без рисков технико-экономического обоснования тестирования, оптимизации процессов и последующей реализации в коммерческое производство. Свяжитесь с нами, чтобы узнать, как sonication может улучшить ваше производство эмульсии.

Наивысшее качество – Разработано и изготовлено в Германии

Будучи семейным и семейным бизнесом, Hielscher уделяет первоочередное внимание самым высоким стандартам качества своих ультразвуковых процессоров. Все ультразвуковые средства разработаны, изготовлены и тщательно протестированы в нашем штаб-квартире в Телтоу недалеко от Берлина, Германия. Надежность и надежность ультразвукового оборудования Hielscher делают его рабочей лошадью в вашем производстве. Круглосуточная эксплуатация при полной нагрузке и в сложных условиях является естественной характеристикой высокопроизводительных смесителей Hielscher.

В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов: