Область применения » Процессы » Гомогенизация

Гомогенизация

This content was provided by Hielscher Ultrasonics GmbH

Система ультразвуковой гомогенизации с 7 х UIP1000hd (7 х 1 кВт) Ультразвуковая гомогенизация – это механический процесс, предназначенный для уменьшения мелких частиц, присутствующих в жидкости таким образом, чтобы они стали одинакового маленького размера и распределялись равномерно. Компания Hielscher предлагает ультразвуковые гомогенизаторы для применения в лабораторных и промышленных масштабах.

Влияние гомогенизации

Когда ультразвуковые процессоры используются в качестве гомогенизаторов, ставится цель уменьшить мелкие частицы, присутствующие в жидкости, чтобы улучшить их однородность и устойчивость. Эти частицы (дисперсная фаза) могут быть либо твёрдыми, либо жидкими. Уменьшение среднего диаметра частиц увеличивает количество отдельных частиц. Это приводит к уменьшению среднего расстояния между частицами и увеличивает их площадь поверхности.

Impact of Particle Size on Surface Area - Влияние размера частиц на площадь поверхности, Particle Size - размер частиц (мкм), Total Particle Surface - общая площадь частиц (мкм2) График (кликнуть для увеличения картинки) показывает корреляцию между диаметром отдельной частицы и общей площадью поверхности. Площадь поверхности и среднее расстояние между частицами могут влиять на реологию жидкости.

При наличии разницы между удельным весом частиц и жидкости однородность смеси может повлиять на стабильность диспергирования. Если большинство частиц имеет схожий удельный вес, то тенденция к скапливанию во время осаждения или подъёма снижается, поскольку одинаковые частицы имеют одинаковую скорость подъёма или осаждения.

Гомогенизатор высокого давления

Самым распространённым методом гомогенизации является гомогенизация высокого давления, согласно которой жидкость находится под высоким давлением (около 2000 бар), подаваемым гомогенизирующим клапаном. Продвигаясь через клапан, жидкость проходит короткий (примерно 50 микросекунд) цикл воздействия высокого/низкого давления. В то время, как данный метод хорошо подходит для мелких мягких частиц, например, для мелких гранул в молоке, он имеет определённые пределы, когда применяется для диспергирования твёрдых и абразивных материалов, например, пигментов, полирующих веществ или окислов металлов, либо волокнистых и вязких материалов, таких как повидло, водоросли или тина. Это связано с высокими скоростями жидкостей (до 120 м/сек) и с небольшими отверстиями в используемых клапанах. Когда абразивный материал проходит через насосы и отверстие клапана, он вызывает их износ, снижая, тем самым, эффективность и срок службы насоса и клапана.

Преимущества ультразвуковой гомогенизации

Ультразвуковая гомогенизация – это очень эффективный процесс для уменьшения мягких и твёрдых частиц. В основе гомогенизации лежит кавитация. Когда жидкости подвергаются интенсивной обработке ультразвуком, через них распространяются звуковые волны, попеременно вызывая цикл высокого и цикл низкого давления (примерно 20000 циклов в секунду). Во время цикла действия низкого давления в жидкости создаются высокоинтенсивные мелкие пузырьки вакуума, поскольку достигается истинное давление паров жидкости. Когда пузырьки достигают некоего размера, они с силой сталкиваются друг с другом во время цикла воздействия высокого давления. В ходе этого внутреннего взрыва в определённых местах образуются струи жидкости, имеющие очень высокое давление и очень высокие скорости. Образовавшиеся потоки и турбулентности разрушают скопления частиц и приводят к сильным столкновениям между отдельными частицами.

Одним из главных преимуществ ультразвуковых гомогенизаторов является небольшое число деталей проточной части и движущихся частей. Это снижает функциональный износ и время чистки. Имеются только две детали проточной части: волновод и проточная кювета. Обе эти части имеют простую геометрическую форму без каких-либо маленьких или скрытых отверстий.

Другое преимущество заключается в чётком контроле над рабочими параметрами, влияющими на кавитацию. Ультразвуковые процессоры фирмы Hielscher могут быть использованы при амплитудах колебаний примерно от 1 до 200 микрон. Давление жидкости может лежать в диапазоне от 0 примерно до 500пси. Поскольку амплитуда и давление являются параметрами, оказывающими наибольшее влияние, широкий рабочий диапазон каждого параметра вводит поправку как на очень щадящий, так и на очень деструктивный режим обработки.

Ультразвуковые устройства Hielscher контролируются по амплитуде, т.е. настроенная амплитуда будет сохраняться при всех рабочих условиях. Это делает обработку ультразвуком контролируемой и воспроизводимой. Обработка ультразвуком при одинаковых рабочих параметрах будет выдавать согласующиеся и воспроизводимые результаты. Это важно для качества получаемого материала и для масштабирования результатов процесса, как на лабораторном, так и на производственном уровне.