Емульсія складається з двох незмішуваних рідин, які дрібно диспергуються один в одному. Для водних емульсій, що входять в нафту, масляниста фаза (дисперсна фаза) рівномірно змішується у водну фазу (безперервну фазу). Ультразвукові емульгатори добре зарекомендували себе для приготування емульсій нафти у воді та нано-емульсій. Ультразвукові емульсії відрізняються рівномірною дисперсією крапель і довгостроковою стабільністю, тому широко використовуються в лабораторіях і промисловості.

Ультразвукові емульсії масла у воді

Емульсії з олією у воді (O/W) широко використовуються в багатьох споживчих продуктах, таких як продукти харчування, напої, косметика, фармацевтика тощо, а також у промисловості (наприклад, матеріалознавство, полімери, фарби, покриття, тонка хімія тощо).

Визначення емульсії нафти у воді

Емульсія масла у воді - це суміш, в якій жирна фаза диспергований у воді або іншій водній рідині. Невеликі краплі нафти дрібно дисперговані у фазі води (безперервна фаза) для створення цієї емульсії нафти у воді. Якщо нафта (дисперсна фаза) дисперсна у воді (безперервна фаза), то це емульсія масла у воді; якщо краплі води додаються в жирну безперервну фазу, це називається емульсією води в маслі.
Для емульсій, що утворюються у воді, якість емульсії залежить від рецептури (співвідношення нафта:вода, емульгуючий агент) та техніки емульгування. Ультразвукові емульгатори використовують акустичну кавітацію, яка характеризується інтенсивними високозсувними силами і турбулентністю в рідині. Ці надзвичайно інтенсивні сили порушують дві незмішувані рідкі фази на хвилинні краплі і рівномірно змішують їх між собою. Ультразвукове емульгування може легко генерувати нанорозмірні частинки з розмірами крапель до 10 нм. Дуже маленький розмір крапель і однорідний, рівномірний розподіл розмірів крапель ультразвуково підготовлених емульсій перетворює ультразвукову обробку в бажану техніку емульгування.
 

Крива баштає наномасштабний розподіл крапель ультразвукової дисперсної наноемульсії нафти у воді. Ця ультразвукова емульсія складається з ефірної олії м'яти перцевої, емульгованої в безперервній водній фазі.

Переваги ультразвукової емульгацифікації

Ультразвукова емульгування перевершує інші методи емульгування, такі як гомогенізація високого тиску, змішування високого стрижня та мікрофлюїдизація за ефективністю, послідовне виробництво нано-крапель, стабільність високої емульсії та здатність лікувати будь-який обсяг від невеликих трубок та дзьобів до великих потоків.
Наприклад, Лі і Сян (2019) показали в своєму порівняльному дослідженні гомогенізації високого тиску і ультразвукової емульгування, що ультразвук дає більш рівномірні, стабільні емульсації. Агрегація в кокосових емульсіях масла у воді з'явилася тільки після того, як піддавалася гомогенізації високого тиску, в той час як емульсія, зроблена ультразвуковою емульгацією, залишалася стабільною протягом 30 днів зберігання.
У порівнянні з механальною агітацією, емульсії, підготовлені ультразвуковою технікою, були визнані більш стабільними протягом більш тривалого часу в порівнянні з емульсіями, підготовленими механічною збудженням, які можуть бути віднесені до невеликого розміру крапельки, який термодинамічно стабілізується. Ультразвукова техніка дає більш стійкі емульсії, ніж звичайний метод механічної агітації. (пор. Рамісетти і Шиамсундер, 2011)
O'Sullivan et al. (2015) показує у своєму дослідженні, що ультразвукова емульгнація послідовно давала субмікроні емульсії (менше 200 нм). Однак нано-емульсійи з рівномірним розміром крапельки 10nm можуть бути легко і надійно досягнуті в оптимізованих умовах. Розмір крапель ультразвукової емульсій є функцією часу обробки та ультразвукової амплітуди як для пакетної, так і для безперервної обробки.

Ультразвукова підготовка емульсії масла у воді (O/W) (червона вода / жовте масло). Кілька секунд просонії перетворюють окремі фази води / масла в тонку емульсію.

Принцип роботи ультразвукової емульгацифікації

Ультразвукове виробництво емульсій і наноемульсій (таких як нафта у воді і емульсації води в маслі) засноване на робочому принципі акустичної кавітації. З метою створення акустичної кавітації високоінтенсивне, низькочастотне УЗД генерується ультразвуковим датчиком і передається через ультразвуковий ріг і зонд (сонотрод) в рідину. Ультразвук високої потужності вважається ультразвуком в діапазоні 16-30 кГц. Ультразвуковий зонд розширюється і контрактує, наприклад, на частоті 20 кГц, тим самим передаючи відповідно 20 000 вібрацій в секунду в середовище. Коли ультразвукові хвилі подорожують по рідині, чергування циклів високого тиску (стиснення) / низького тиску (рідкісне /розширення) створює хвилинні порожнини (вакуумні бульбашки), які ростуть протягом декількох циклів тиску. Під час фази стиснення рідини і бульбашок тиск позитивний, в той час як фаза рідкісногофакції виробляє вакуум (негативний тиск). Під час циклів стиснення-розширення порожнини в рідині ростуть до тих пір, поки не досягнуть розміру, при якому вони не можуть поглинати подальшу енергію. У цей момент вони бурхливо вислизає. Імплозія цих порожнин призводить до різних високоенергетичних ефектів, які відомі як явище акустичної / ультразвукової кавітації. Акустична кавітація характеризується колекторними високоенергетичні ефектами, які впливають на рідко-рідкі, твердоліквідні і газоліквідні системи. Енергетично-щільна зона або кавітаційна зона відома як так звана зона гарячої точки, яка є найбільш енергетично щільною в безпосередній близькості від ультразвукового зонда і знижується зі збільшенням відстані від снотроду. Основні характеристики ультразвукової кавітації включають локально відбуваються дуже високі температури і тиск і відповідні різні, турбулентності, і рідкого потокового. Під час імплозії ультразвукових порожнин в ультразвукових гарячих точках можна виміряти температуру до 5000 кельвінів, тиск до 200 атмосфер і рідкі струмені до 1000 км/год. Ці видатні енерго-інтенсивні умови сприяють сономеханічним ефектам, які активізують процеси шляхом високоефективного змішування, диспергування та емульгування. Ультразвукові сили звису, рідке потокове передавання і турбулентність порушують крапельки і рівномірно змішують їх один з одним. Високоепеційне ультразвук надійно виробляє нано-крапельки з рівномірним розподілом розмірів. Це робить ультразвукову емульгацію кращим методом для приготування емульсій масла у воді / нано-емульсій з високою стійкістю емульсії та терміном придатності.

Вплив ультразвукової інтенсивності на якість емульсії

Якість емульсії в основному характеризується його стабільністю. У свою чергу, стабільність емульсії є фактором розподілу розміру крапель і рецептури емульсії.
Ультразвукова інтенсивність, тобто амплітуда і тривалість ультразвукової ультразвукової оздоблення, є важливими факторами, які впливають на якість отриманої емульсії.
У дослідженнях ультразвукова емульгування ділиться на дві фази: Під час першого кроку відбувається поєднання міжконфесійних хвиль і нестабільності Рейлі-Тейлора, що призводить до виверження дисперсних фазових крапель в безперервну фазу.
Під час другого кроку крапельки розбиваються через акустичну кавітацію поблизу граничних фаз крапель. Інтенсивні наслідки порушення та змішування крапель, викликані кавітаційними ударними хвилями, генерують дуже малі розміри крапель. Ультразвукова інтенсивність, амплітуда та час ультразвукової обробки відповідають за отриманий вплив кавітації і, таким чином, найбільш впливові параметри щодо дрібнорозмірного емульгування. Hielscher Ultrasonics промислові ультразвукові процесори можуть забезпечити дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно запускати в режимі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди.

Високоефетивні ультразвукові емульгальсери

Ультразвукова емульгування - це надійна технологія обробки, яка полегшує і прискорює виробництво високоякісних емульсій з субмікронами і нанорозмірні крапельки. Hielscher Ультразвук портфоліо охоплює весь спектр від компактних лабораторій ультраакукатори до промислових систем для емульгування додатків. Це дозволяє нам у Hielscher запропонувати вам найбільш підходящий ультраакукатор для вашої передбаченої якості емульсії та технологічної потужності. Наш багаторічний досвідчений персонал допоможе вам від техніко-економічних обґрунтувань та оптимізації процесів до встановлення вашої ультразвукової системи на кінцевому рівні виробництва.
Невеликий фут-принт наших ультразвукових екстракторів, а також їх універсальність в варіантах установки роблять їх придатними навіть у мало-космічні об'єкти обробки. Ультразвукові процесори встановлюються по всьому світу в харчових продуктах, фармах і харчових добавках виробничих потужностей.

Hielscher Ультразвук – Складні системи емульгація

Продуктовий портфель Hielscher Ultrasonics охоплює весь спектр високоефестивних ультразвукових емульгаторів від малого до великого масштабу. Додаткові аксесуари дозволяють легко збирати найбільш підходящу конфігурацію ультразвукового пристрою для вашого процесу емульгацію. Оптимальне ультразвукове налаштування залежить від передбаченої потужності, обсягу, сировини, пакетного або вбудованого процесу та термінів.

Пакетний і вбудований

Ультразвукові емульгатори Hielscher можуть бути використані для пакетної та безперервної проточної обробки. Ультразвукова пакетна обробка ідеально підходить для технологічних випробувань, оптимізації та малого та середнього рівня виробництва. Для виробництва великих обсягів емульсій вбудована обробка може бути більш вигідною. Безперервний вбудований процес змішування вимагає складного налаштування – складається з насоса, шлангів або труб і резервуарів -, але він високоефективний, швидкий і вимагає значно меншої робочої сили. Hielscher Ультразвук має найбільш підходящу установку емульгування для вашого обсягу емульсії та цілей процесу.

Ультразвукові зонди та реактори для емульгацифікації в будь-якому розмірі

Асортимент продукції Hielscher Ultrasonics охоплює весь спектр ультразвукових процесорів від компактних лабораторних ультразвукових апаратів над лавковими та пілотними системами до повністю промислових ультразвукових процесорів з потужністю обробки вантажівок на годину. Повний асортимент продукції дозволяє запропонувати Вам найбільш підходящий ультразвуковий емульгоньє для ваших технологічних потужностей і виробничих цілей.
Ультразвукові системи бенчтопу ідеально підходять для техніко-економічного обґрунтування та оптимізації процесів. Лінійне масштабування на основі встановлених параметрів процесу дозволяє дуже легко збільшити потужності переробки від менших лотів до повністю комерційного виробництва. Масштабування можна зробити, встановивши більш потужний ультразвуковий блок медогонки або паралельно кластеризатори декількох ультразвукових пристроїв. З UIP16000, Hielscher пропонує найпотужніший ультразвуковий емульгатор по всьому світу.

Точні керовані амлітики для оптимальних результатів

Всі ультразвукові апарати Hielscher точно контролюються і тим самим надійно працюють коні у виробництві. Амплітуда є одним з найважливіших параметрів процесу, які впливають на ефективність та ефективність ультразвукової емульгацифікації Амплітуда є вирішальним фактором, який вирішальним чином впливає на якість ультразвукового емульгування. Всі процесори Hielscher Ultrasonics дозволяють точно встановити амплітуду. Сонотроди і бустерні роги - аксесуари, що дозволяють модифікувати амплітуду в ще більш широкому діапазоні. Промислові ультразвукові процесори Hielscher можуть доставляти дуже високі амплітуди і забезпечувати необхідну ультразвукову інтенсивність для вимогливих застосувань. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно запускати в режимі 24/7.
Точні налаштування амплітуди та постійний моніторинг параметрів ультразвукового процесу за допомогою розумного програмного забезпечення дають вам можливість лікувати свою емульсію з найбільш ефективними ультразвуковими умовами. Оптимальна про sonication для кращих результатів емульгації!
Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 на важких умовах і у вимогливих середовищах. Це робить ультразвукове обладнання Hielscher надійним інструментом роботи, який відповідає вашим вимогам емульгування.

Легке, без ризику тестування

Ультразвукові процеси можуть бути повністю лінійні масштабовані. Це означає, що кожен результат, досягнутий за допомогою лабораторії або ультразвукового пристрою на лавці, може бути масштабований до точно такого ж виводу, використовуючи точно такі ж параметри процесу. Це робить ультразвук ідеальним для безконтенкового тестування техніко-економічного обґрунтування, оптимізації процесів та подальшого впровадження в комерційне виробництво. Зв'яжіться з нами, щоб дізнатися, як sonication може поліпшити виробництво емульсії.

Найвища якість – Дизайн і виготовлений в Німеччині

Як сімейний і сімейний бізнес, Hielscher пріоритет надає високі стандарти якості для своїх ультразвукових процесорів. Всі ультраакукатори розроблені, виготовлені і ретельно протестовані в нашому штаб-квартирі в Телатор поблизу Берліна, Німеччина. Міцність і надійність ультразвукового обладнання Hielscher роблять його роботою коня у вашому виробництві. 24/7 експлуатація під повним навантаженням і в складних середовищах є природною характеристикою високопродуктивних міксерів Hielscher.

У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв: