Эмульгирование

This content was provided by Hielscher Ultrasonics GmbH

Широкий диапазон промежуточных и потребительских продуктов, таких как косметика и лосьоны для кожи, фармацевтические мази, лаки, краски, смазки и топливо полностью или частично основываются на эмульсиях. Компания Hielscher изготавливает самые большие в мире промышленные ультразвуковые процессоры для жидкостей, предназначенные для эффективного эмульгирования больших объёмов потоков на производственных объектах.

В лабораторных масштабах эмульгирующая мощность ультразвука была уже давно известна. Видео слева (кликните здесь, чтобы посмотреть более крупное изображение видео) показывает эмульгирование нефти (отмечено желтым) в воду (отмечено красным) при помощи лабораторного ультразвукового устройства UP400S.

Системы, состоящие из нескольких ультразвуковых процессоров мощностью до 16 кВт каждый, обеспечивают производительность, необходимую для превращения этого лабораторного применения в эффективные производственный метод с целью получения окончательно диспергированных эмульсий в сплошном потоке или в какой-либо порции материала. При этом достигаются результаты, сравнимые с теми, которые получают сегодня на наилучших гомогенизаторах высокого давления, например, с новым диафрагменным клапаном. В дополнение к такой высокой эффективности в сплошном эмульгировании ультразвуковые устройства компании Hielscher требуют очень мало обслуживания, они легки в эксплуатации и в чистке. Ультразвук фактически поддерживает чистку и промывку. Ультразвуковая мощность регулируется, и может быть адаптирована под отдельные продукты и под требования эмульгирования. Также имеются специальные реакционные камеры проточных кювет, отвечающие современным требованиям чистки и обеззараживания на месте.

Эмульсии – это дисперсии двух или более несмешивающихся жидкостей. Ультразвук высокой интенсивности подаёт мощность, необходимую для диспергирования жидкой фазы (дисперсной фазы) в небольшие капли (непрерывная фаза). В зоне диспергирования взрывающиеся кавитационные пузырьки вызывают образование интенсивно сталкивающихся волн в окружающей жидкости и приводят к образованию струй жидкости, обладающих высокой скоростью. Для того, чтобы укрепить вновь образовавшиеся капли дисперсной фазы против слияния, в эмульсию добавляются эмульгаторы (поверхностно-активные вещества) и стабилизаторы. Поскольку слияние капель после разрушения влияет на окончательный размер капель, используются эмульгаторы с эффективными стабилизирующими свойствами в целях сохранения окончательного размера капель на уровне, равном уровню, который был получен сразу после разрушения капель в ультразвуковой зоне диспергирования. Стабилизаторы фактически улучшают разрушение капли при постоянной энергетической плотности.

Mean droplet diameter - средний диаметр капли, energy density – плотность энергии, velocity - скорость Исследования нефти в водной эмульсии (водная фаза) и воды в нефтяной эмульсии (нефтяная фаза) показали корреляцию между плотностью энергии и размером капли (например, диаметр по Заутеру). Имеется чёткая тенденция к меньшему размеру капель при увеличении плотности энергии (кликнуть на график справа для получения более крупного изображения). При соответствующих уровнях плотности энергии ультразвук может чётко достичь средних размеров капель менее 1 микрона (микроэмульсия).

Компания Hielscher предлагает широкий диапазон ультразвуковых устройств и аксессуаров для эффективного эмульгирования и диспергирования жидкостей:

• Лабораторные ультразвуковые устройства мощностью до 400 Вт обеспечивают лёгкую подготовку эмульсий в пробирках, микропробирках эппендорф, химических стаканах или проточных кюветах. Эти устройства в основном используются для подготовки проб или для изучения их исходной пригодности, они имеются для аренды.
• Ультразвуковые процессоры на 500 Вт, 1000 Вт и 2000 Вт, такие как UIP1000hd в комплекте с проточной кюветой, звукоприемники-ускорители и волноводы могут эмульсировать большие объёмы потоков. Такие устройства используются в оптимизации параметров (а именно, амплитуды, рабочего давления, расхода и т.д.) в лабораторном масштабе или в масштабе опытной установки.
• Промышленные ультразвуковые процессоры на 2 кВт, 4 кВт, 10 кВт и 16 кВт и более крупные группы, составленные из нескольких таких узлов, могут обрабатывать объёмные производственные потоки практически на любом уровне.

Устройство	Порционный объем, мл	Расход, мл/мин
VialTweeter	0.5 - 1.5	-
UP200St	0,1 - 1000	20 - 200
UP200St_TD	30 - 500
UP400S	5.0 – 4000	20 - 400
UIP500hd		0.25 - 2000
UIP1000hd	100 – 20000	200 - 4000
UIP2000hd	100 – 20000	200 - 4000
UIP4000	10000 – 100000	2000 - 10000
UIP10000		1000 - 10000
UIP16000	-	10000 – 100000