Ultrasonic homogenizer emulgator w różnych zastosowaniach przemysłowych z sonotrody wysokiej amplitudy

Ultradźwiękowy homogenizator emulgator w różnych zastosowaniach przemysłowych z sonotrodą o wysokiej amplitudzie

Co to jest emulgator ultradźwiękowy?

Emulsyfikacja ultradźwiękowa odnosi się do procesu równomiernego mieszania dwóch (lub więcej) niemieszających się cieczy w celu utworzenia systemu dyspersyjnego pod wpływem energii ultradźwiękowej, w którym jedna ciecz jest równomiernie rozprowadzona w drugiej cieczy, tworząc emulsję.
Zasada działania:
Uważa się, że fizycznym mechanizmem rozdrabniania nierozpuszczalnych ciał stałych (lub cieczy) jest kawitacja ultradźwiękowa. Efekt kawitacji ultradźwiękowej oznacza, że pod wpływem silnych fal ultradźwiękowych w cieczy powstaje duża liczba pęcherzyków. Małe pęcherzyki stopniowo rosną i zwiększają się wraz z wibracjami ultradźwiękowymi, a następnie nagle pękają i rozpadają się. Rozpadające się pęcherzyki nadal rosną i pękają. . Kiedy te małe pęcherzyki gwałtownie się zapadają, wewnątrz pęcherzyków powstaje wysoka temperatura i wysokie ciśnienie, a ponieważ ciecz wokół pęcherzyka wpada do niego z dużą prędkością, w cieczy w pobliżu pęcherzyka powstaje silna lokalna fala uderzeniowa, która również tworzy lokalnie wysoką temperaturę i wysokie ciśnienie, powodując w ten sposób ultradźwiękowe rozdrabnianie i emulgację.

Jakie jest zastosowanie emulgatora w przemyśle?
W przemyśle farmaceutycznym i sektorze artykułów codziennego użytku fakoemulsyfikacja jest często stosowana do produkcji różnych produktów emulsyjnych, takich jak leki emulsyjne, kosmetyki i pasty do butów. Metoda emulsyfikacji ultradźwiękowej może być również stosowana do produkcji emulsyjnych produktów spalania oleju (benzyny, oleju napędowego itp.) i wody lub pyłu węglowego w celu poprawy wartości opałowej jednostki paliwa.
Technologia ta została obecnie wdrożona i stosowana w ograniczonym zakresie, a korzyści ekonomiczne są oczywiste. W celu zmniejszenia kosztów i dostosowania do produkcji na większą skalę, w fakoemulsyfikacji stosuje się głównie mechaniczne przetworniki ultradźwiękowe, takie jak gwizdki trzcinowe. W przypadku cieczy trudnych do zemulgowania lub w innych szczególnych przypadkach, przetworniki ultradźwiękowe piezoelektryczne są czasami używane w połączeniu z odpowiednim systemem ogniskowania dźwięku w celu zwiększenia intensywności dźwięku.
Fakoemulsyfikacja jest stosowana w wielu dziedzinach i odgrywa w każdej z nich unikalną rolę.
Istnieje wiele przemysłowych zastosowań fakoemulsyfikacji, a fakoemulsyfikacja jest jedną z najwcześniejszych technologii wykorzystujących ultradźwięki w przetwórstwie żywności. Na przykład, napoje gazowane, ketchup, majonez, dżem, sztuczne mleko, żywność dla niemowląt, czekolada, olej sałatkowy, słodka woda oleista i inne mieszane produkty spożywcze stosowane w przemyśle spożywczym zostały przetestowane i przyjęte w kraju i za granicą, osiągając poprawę. Efekt jakości produktu i wydajności produkcji, a emulsyfikacja karotenu wodnego została pomyślnie przetestowana i wdrożona do produkcji.
Proszek ze skórek bananów był wstępnie traktowany metodą fizycznej modyfikacji polegającą na dyspersji ultradźwiękowej w połączeniu z gotowaniem pod wysokim ciśnieniem, a następnie hydrolizowany enzymatycznie przez amylazę. Eksperyment z pojedynczym czynnikiem został użyty do zbadania wpływu tej metody wstępnego traktowania na szybkość ekstrakcji rozpuszczalnego błonnika pokarmowego ze skórek bananów oraz na właściwości fizyczne i chemiczne nierozpuszczalnego błonnika pokarmowego ze skórek bananów. Wyniki wykazały, że dyspersja ultradźwiękowa w połączeniu z gotowaniem pod wysokim ciśnieniem jest lepsza niż proste traktowanie bez wstępnego traktowania. Nierozpuszczalny błonnik pokarmowy uzyskany w wyniku traktowania enzymatycznego wykazywał wzrost zdolności wiązania wody o 5,05 g/g, zdolności wiązania wody o 4,66 g/g, zdolności wiązania oleju o 4,60 g/g i właściwości pęcznienia o 0,4 ml/g.

Parametr:

jaki jest najlepszy emulgator?
Średni rozmiar kropelki emulsji utworzonej przez emulsyfikację ultradźwiękową jest mały, może wynosić od 0,2 do 2 um; zakres rozkładu wielkości kropelki jest wąski, może wynosić od 01 do 10 um lub mniej. 
Stężenie emulsji ultradźwiękowej jest wysokie. Stężenie czystej emulsji może przekraczać 30%, a stężenie emulgatora może wynosić nawet 70%.
Utworzona emulsja jest bardziej stabilna. Ważną cechą emulsyfikacji ultradźwiękowej jest to, że można użyć niewielkiej ilości emulgatorów lub wcale, aby uzyskać niezwykle stabilną emulsję.
Można kontrolować typ emulsji. Używając emulsyfikacji ultradźwiękowej, w pewnych warunkach pola dźwiękowego, można przygotować zarówno emulsje O/W (olej w wodzie), jak i W/O (woda w oleju); jednak nie jest to możliwe w przypadku mechanicznych metod emulsyfikacji, można kontrolować tylko właściwości emulgatora, aby kontrolować typ emulsji.
emulguje w wodzie, tworząc jeden typ emulsji w warunkach niskiej intensywności dźwięku i inny typ emulsji w warunkach wysokiej intensywności dźwięku.
Emulsyfikacja ultradźwiękowa wymaga niewielkiej mocy do produkcji mleka w proszku.

Jak ultradźwięki zapewniają wydajną emulsyfikację?

Emulsyfikacja ultradźwiękowa osiąga wydajną emulsyfikację poprzez zjawisko zwane kawitacją. Kawitacja odnosi się do powstawania, wzrostu i gwałtownego zapadania się mikroskopijnych pęcherzyków w cieczy.

Gdy emulgator ultradźwiękowy pracuje, emituje fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości do ośrodka ciekłego. Fale dźwiękowe te tworzą naprzemienne cykle wysokiego i niskiego ciśnienia w cieczy, prowadząc do powstawania maleńkich pęcherzyków poprzez proces zwany nukleacją. Pęcherzyki te mają zazwyczaj rozmiar rzędu mikrometrów.

Podczas cyklu niskiego ciśnienia fali dźwiękowej pęcherzyki rozszerzają się z powodu zmniejszonego ciśnienia. Gdy ciśnienie wzrasta podczas cyklu wysokiego ciśnienia, pęcherzyki gwałtownie się zapadają. To zapadanie się pęcherzyków jest znane jako implozja lub kawitacja.

Zapadanie się tych pęcherzyków generuje zlokalizowane punkty gorąca o ekstremalnie wysokich temperaturach i ciśnieniach. Temperatura wewnątrz zapadających się pęcherzyków może osiągnąć tysiące stopni Celsjusza, podczas gdy ciśnienie może przekroczyć 1000 atmosfer. Zjawisko to nazywa się kawitacją przejściową.

Gwałtowne zapadanie się pęcherzyków podczas kawitacji powoduje intensywne siły ścinające, fale uderzeniowe i mikrostrugi w cieczy. Siły te powodują rozpad i rozdrobnienie większych kropelek lub cząstek na mniejsze. Ciecz doświadcza intensywnego turbulencji, co prowadzi do dyspersji fazy zdyspergowanej na mniejsze kropelki i ich dystrybucji w fazie ciągłej.