محرك التكيف بالموجات فوق الصوتية في استخدامات صناعية مختلفة مع الصوت الصوتي عالي التوسع

جهاز استحلاب التجانس بالموجات فوق الصوتية في استخدامات صناعية مختلفة مع مسبار عالي السعة

ما هو جهاز الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية؟

يشير الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية إلى عملية خلط سائلين (أو أكثر من سائلين) غير قابلين للامتزاج بشكل متساوٍ لتكوين نظام تشتت تحت تأثير طاقة الموجات فوق الصوتية، حيث يتم توزيع سائل واحد بالتساوي في سائل آخر لتكوين مستحلب.
المبدأ:
يُعتقد أن الآلية الفيزيائية لتكسير المواد الصلبة (أو السوائل) غير القابلة للذوبان هي التجويف بالموجات فوق الصوتية. تأثير التجويف بالموجات فوق الصوتية يعني أنه تحت تأثير موجات الموجات فوق الصوتية القوية، سيتم توليد عدد كبير من الفقاعات في السائل. ستنمو الفقاعات الصغيرة وتزداد مع اهتزاز الموجات فوق الصوتية، ثم تنفجر وتتجزأ فجأة. ستستمر الفقاعات المجزأة في النمو والانفجار. . عندما تنهار هذه الفقاعات الصغيرة بسرعة، تتولد درجات حرارة وضغوط عالية داخل الفقاعة، وبسبب تدفق السائل المحيط بالفقاعة إلى داخل الفقاعة بسرعة عالية، تتولد موجة صدمة محلية قوية في السائل بالقرب من الفقاعة، مما يؤدي أيضًا إلى توليد حرارة وضغط محليين عاليين، وبالتالي إنتاج تكسير واستحلاب بالموجات فوق الصوتية.

ما هو تطبيق جهاز الاستحلاب في الاستخدام الصناعي؟
في قطاع صناعة الأدوية والسلع الاستهلاكية اليومية، غالبًا ما يستخدم الاستحلاب بالعدسة لإنتاج منتجات مستحلبات مختلفة، مثل الأدوية المستحلبة ومستحضرات التجميل وملمع أحذية الجلد. يمكن أيضًا استخدام طريقة الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية لإنتاج منتجات احتراق مستحلبة للزيت (البنزين، الديزل، إلخ) والماء أو الفحم المسحوق لتحسين قيمة الاحتراق لوحدة الوقود.
تم الترويج لهذه التقنية واستخدامها الآن في نطاق محدود، والفوائد الاقتصادية واضحة. لتقليل التكاليف والتكيف مع الإنتاج على نطاق أوسع، تُستخدم محولات الموجات فوق الصوتية الميكانيكية مثل صفارات القصب بشكل أساسي في الاستحلاب بالعدسة. بالنسبة للسوائل التي يصعب استحلابها أو لاعتبارات خاصة أخرى، تُستخدم محولات الموجات فوق الصوتية الكهرضغطية أحيانًا مع نظام تركيز صوت مناسب لزيادة شدة الصوت.
تم استخدام الاستحلاب بالعدسة في العديد من المجالات ويلعب دوره الفريد في كل مجال.
هناك العديد من التطبيقات الصناعية للاستحلاب بالعدسة، ويعد الاستحلاب بالعدسة أحد أقدم التقنيات لاستخدام الموجات فوق الصوتية في معالجة الأغذية. على سبيل المثال، تم اختبار المشروبات الغازية والكاتشب والمايونيز والمربى والحليب الاصطناعي وأغذية الأطفال والشوكولاتة وزيت السلطة وماء السكر الزيتي وغيرها من الأطعمة المخلوطة المستخدمة في صناعة الأغذية واعتمادها في الداخل والخارج، وحققت تحسينات. تأثير جودة المنتج وكفاءة الإنتاج، وتم اختبار استحلاب الكاروتين المائي بنجاح واستخدامه في الإنتاج.
تمت معالجة مسحوق قشر الموز مسبقًا باستخدام طريقة التعديل الفيزيائي للتشتت بالموجات فوق الصوتية جنبًا إلى جنب مع الطهي بالضغط العالي، ثم تم تحللها إنزيميًا بواسطة الأميليز. تم استخدام تجربة عامل واحد لدراسة تأثير طريقة المعالجة المسبقة هذه على معدل استخلاص الألياف الغذائية القابلة للذوبان في قشور الموز والخصائص الفيزيائية والكيميائية للألياف الغذائية غير القابلة للذوبان في قشور الموز. أظهرت النتائج أن التشتت بالموجات فوق الصوتية جنبًا إلى جنب مع الطهي بالضغط العالي أفضل من المعالجة البسيطة بدون معالجة مسبقة. زادت الألياف الغذائية غير القابلة للذوبان التي تم الحصول عليها عن طريق المعالجة الإنزيمية من قدرتها على الاحتفاظ بالماء بمقدار 5.05 جم / جم، وقدرتها على ربط الماء بمقدار 4.66 جم / جم، وقدرتها على الاحتفاظ بالزيت بمقدار 4.60 جم / جم، وخصائص الانتفاخ بمقدار 0.4 مل / جم.

المعلمة:

ما هو أفضل جهاز استحلاب؟
متوسط حجم قطرات المستحلب المتكون عن طريق الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية صغير، والذي يمكن أن يكون 0.2 إلى 2 ميكرومتر؛ نطاق توزيع حجم القطرات ضيق، والذي يمكن أن يكون 01 إلى 10 ميكرومتر أو أضيق.
تركيز المستحلب بالموجات فوق الصوتية مرتفع. يمكن أن يتجاوز تركيز المستحلب النقي 30٪، ويمكن أن يصل تركيز المستحلب إلى 70٪.
المستحلب المتكون أكثر استقرارًا. ميزة مهمة للاستحلاب بالموجات فوق الصوتية هي أنه يمكن استخدام مستحلبات قليلة أو لا شيء لإنتاج مستحلب مستقر للغاية.
يمكنك التحكم في نوع المستحلب. باستخدام الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية، تحت ظروف مجال صوتي معينة، يمكن تحضير كل من مستحلبات O/W (زيت في ماء) و W/O (ماء في زيت)؛ ومع ذلك، هذا غير ممكن مع طرق الاستحلاب الميكانيكية، فقط خصائص المستحلب يمكنك التحكم في نوع المستحلب.
يستحلب في الماء، مكونًا نوعًا واحدًا من المستحلبات تحت ظروف شدة صوت منخفضة ونوعًا آخر من المستحلبات تحت ظروف شدة صوت عالية.
يتطلب الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية طاقة قليلة لإنتاج بقايا الحليب.

كيف يجعل الموجات فوق الصوتية الاستحلاب فعالاً؟

يحقق الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية استحلابًا فعالًا من خلال ظاهرة تسمى التجويف. يشير التجويف إلى تكوين ونمو وانهيار عنيف للفقاعات المجهرية داخل السائل.

عند تشغيل جهاز استحلاب بالموجات فوق الصوتية، فإنه يصدر موجات صوتية عالية التردد في الوسط السائل. تخلق هذه الموجات الصوتية دورات ضغط عالٍ وضغط منخفض متناوبة في السائل، مما يؤدي إلى تكوين فقاعات صغيرة من خلال عملية تسمى التنوي. هذه الفقاعات عادة ما تكون في حدود الميكرومتر.

خلال دورة الضغط المنخفض للموجة الصوتية، تتمدد الفقاعات بسبب انخفاض الضغط. مع زيادة الضغط خلال دورة الضغط العالي، تنهار الفقاعات بسرعة. يُعرف هذا الانهيار للفقاعات بالانفجار الداخلي أو التجويف.

يولد الانهيار العنيف للفقاعات أثناء التجويف نقاطًا ساخنة محلية ذات درجات حرارة وضغوط عالية للغاية. يمكن أن تصل درجة الحرارة داخل الفقاعات المنهارة إلى آلاف الدرجات المئوية، بينما يمكن أن يتجاوز الضغط 1000 ضغط جوي. تسمى هذه الظاهرة التجويف العابر.

يؤدي الانهيار العنيف للفقاعات أثناء التجويف إلى إنتاج قوى قص شديدة وموجات صدمة ونفاثات دقيقة داخل السائل. تسبب هذه القوى اضطرابًا وتكسيرًا للقطرات أو الجسيمات الأكبر إلى أصغر. يتعرض السائل لاضطراب شديد، مما يؤدي إلى تشتت الطور المشتت إلى قطرات أصغر وتوزيعها في جميع أنحاء الطور المستمر.