Akustisk kontra hydrodynamisk kavitation för blandningstillämpningar

Kavitation för blandning: Finns det någon skillnad mellan akustisk och hydrodynamisk kavitation? Och varför kan en kavitationsteknik vara bättre för din process?
Akustisk kavitation – även kallad ultraljudskavitation – och hydrodynamisk kavitation är båda former av kavitation, den process där vakuumkaviteter växer och kollapsar i en vätska. Akustisk kavitation uppstår när en vätska utsätts för högintensiva ultraljudsvågor, medan hydrodynamisk kavitation uppstår när en vätska strömmar genom en förträngning eller runt ett hinder (t.ex. ett venturimunstycke), vilket får trycket att sjunka och ångkaviteter att bildas.
Skjuvkrafter från kavitation används för homogenisering, blandning, dispergering, emulgering och cellnedbrytning samt för att initiera och intensifiera kemiska reaktioner.

Även om både akustiska och hydrodynamiska kavitationstekniker utnyttjar samma fenomen och effekt när kavitationsbubblor kollapsar, finns det en betydande skillnad mellan dessa två tekniker, där kavitationen skapas antingen med ultraljud eller med venturimunstycken.

Intensiv ultraljudsbehandling bildar kavitationsbubblor i vatten. När kavitationsbubblorna sedan kollapsar uppstår extrema mekaniska skjuvkrafter i vätskan. Denna effekt sönderdelar celler, exempelvis vid extraktion av växtmaterial, eller finfördelar oljedroppar i vatten till mycket små droppar genom emulgering. Kavitationseffekten gör Hielscher ultraljudshomogenisatorer mycket effektiva för dispergering, homogenisering, emulgering och extraktion. Hielscher Ultrasonics tillverkar ultraljudssonder från 50 watt upp till 16000 watt för ultraljudsprocesser i laboratoriet och i fullskalig produktion.

Läs här om skillnaderna mellan akustisk och hydrodynamisk kavitation och varför du kan vilja välja en ultraljudsprocessor av sondtyp för din kavitationsdrivna process:

Fördelar med akustisk kavitation jämfört med hydrodynamisk kavitation

1. Högre effektivitet: Akustisk kavitation är generellt effektivare när det gäller att skapa vakuumkaviteter, eftersom den energi som krävs för att skapa kavitation vanligtvis är lägre än vid hydrodynamisk kavitation. Därför är ultraljudsbaserade kavitatorer och kavitationsreaktorer mer energieffektiva och ekonomiska. Ultraljud är den mest energieffektiva metoden för att skapa kavitation. Akustisk kavitation / ultraljudskavitation som genereras av ultraljudsprocessorer av sondtyp förhindrar att onödig friktion uppstår. Ultraljudssonden oscillerar vinkelrätt, vilket förhindrar att onödig, energislösande friktion uppstår. Till skillnad från akustisk kavitation använder hydrodynamisk kavitation rotor–statorsystem eller munstyckssystem för att generera kavitation. Båda teknikerna – rotor–statorer och munstycken – orsakar friktion eftersom motorn måste driva stora mekaniska delar. Om studier hävdar att hydrodynamisk kavitation är energieffektiv tar de endast hänsyn till respektive tekniks nominella effekt och bortser från den faktiska effektförbrukningen. Dessa studier tar normalt inte hänsyn till energiförlusten genom friktion, som är en välkänd och oönskad effekt av hydrodynamiska kavitationstekniker.
2. Bättre kontroll: Akustisk kavitation kan lättare styras och regleras, eftersom ultraljudsvågornas intensitet kan justeras exakt för att uppnå önskad kavitationsnivå. Hydrodynamisk kavitation är däremot svårare att styra, eftersom den beror på vätskans flödesegenskaper och förträngningens eller hindrets geometri. Dessutom har munstycken en benägenhet att sättas igen, vilket leder till processavbrott och arbetskrävande rengöring.
3. Kan hantera nästan alla material: Medan ett venturimunstycke och andra hydrodynamiska flödesreaktorer har svårt att hantera fasta ämnen och särskilt abrasiva material, kan ultraljudskavitatorer tillförlitligt bearbeta nästan alla typer av material. Ultraljudskavitationsreaktorer kan homogenisera även material med hög halt av fasta ämnen, abrasiva partiklar och fibrösa material utan att sättas igen.
4. Högre stabilitet: Akustisk kavitation är generellt stabilare än hydrodynamisk kavitation, eftersom de ångkaviteter som bildas genom akustisk kavitation tenderar att vara jämnare fördelade i hela vätskan. Hydrodynamisk kavitation kan däremot skapa ångkaviteter som är starkt lokaliserade och kan leda till ojämna eller instabila flödesmönster.
5. Större mångsidighet: Akustisk kavitation / ultraljudskavitation kan användas inom ett brett spektrum av tillämpningar, inklusive homogenisering, blandning, dispergering, emulgering, extraktion, lys och celldisintegrering samt sonokemi. Hydrodynamisk kavitation är däremot främst utformad för flödesreglering och strömningsmekaniska tillämpningar.
   Sammantaget erbjuder akustisk kavitation bättre kontroll, högre effektivitet, högre stabilitet och större mångsidighet jämfört med hydrodynamisk kavitation, vilket gör den till en mycket användbar teknik för många industriella tillämpningar.

Ultraljudskavitationsreaktorer

Hielscher Ultrasonics erbjuder ett brett urval av ultraljudssonder och kavitationsreaktorer av industrikvalitet. Alla ultraljudsprocessorer och kavitationsreaktorer från Hielscher är konstruerade för högintensiva tillämpningar och drift dygnet runt, alla dagar i veckan, under full belastning.
Konstruktion, tillverkning och rådgivning – kvalitet tillverkad i Tyskland
Hielschers ultraljudskavitatorer är välkända för att uppfylla de högsta kvalitets- och konstruktionsstandarderna. Robusthet och enkel användning gör det möjligt att smidigt integrera våra ultraljudskavitatorer i industrianläggningar. Hielschers ultraljudskavitatorer klarar enkelt tuffa förhållanden och krävande miljöer.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultraljudsprocessorer med den senaste tekniken och hög användarvänlighet. Självklart är Hielschers ultraljudsprocessorer CE-kompatibla och uppfyller kraven enligt UL, CSA och RoHs.

Varför Hielscher Ultrasonics?

• hög effektivitet
• den senaste tekniken
• tillförlitlighet och robusthet
• satsvis och inline
• för alla volymer – från små provflaskor till lastbilslaster per timme
• vetenskapligt bevisat
• intelligent programvara
• smarta funktioner (t.ex. dataloggning)
• CIP (rengöring på plats)
• enkel och säker användning
• enkel installation, lågt underhållsbehov
• ekonomiskt fördelaktigt (mindre personalbehov, kortare bearbetningstid, lägre energiförbrukning)

Om du är intresserad av ultraljudskavitationsteknik, processer och driftklara ultraljudskavitatorsystem, kontakta oss nu. Vår personal med mångårig erfarenhet diskuterar gärna din tillämpning med dig!

Tabellen nedan ger en uppfattning om den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsprocessorer: