تكنولوجيا المستحلب بالموجات فوق الصوتية

تكنولوجيا المستحلب بالموجات فوق الصوتية

المستحلب بالموجات فوق الصوتية هي تقنية عالية الكفاءة تستخدم طاقة بالموجات فوق الصوتية عالية الكثافة وعالية التردد لخلط سائلين غير قابل للانتقال بشكل موحد ومتثبة (مثل الزيت والماء) لتشكيل مستحلب. مبدأها الأساسي هو استخدام تأثير التجويف بالموجات فوق الصوتية.

1. المبدأ الأساسي: تأثير التجويف بالموجات فوق الصوتية

هذه هي العملية المادية الرئيسية التي تتيح استحلاب الموجات فوق الصوتية. المبدأ كما يلي:

[الموجات بالموجات فوق الصوتية عالية الكثافة] -[توليد موجات صوت عالية الضغط عالية/منخفضة]

-> [microbubbles (فقاعات التجويف) في السائل]

-> [microbubbles تنمو بسرعة]

-> [Microbubbles تنهار بعنف خلال مرحلة الضغط العالي]

-> [يتم إنشاء الظروف المحلية المتطرفة (ارتفاع درجة الحرارة ، والضغط العالي ، وموجات الصدمة)]

-> [تقطع قوى القص المكثفة قطرات سائلة إلى قطرات ميكرون/نانومتر] بحجم النانومتر]

تعمل قوى القص المكثفة ، وأمواج الصدمة ، والميكروجيتات الناتجة عن هذه الظروف القصوى في الواجهة بين السوائل ، وتمزيق القطرات وكسرها في مرحلة واحدة (على سبيل المثال ، مرحلة الزيت) إلى قطرات صغيرة للغاية (وصولاً إلى مقياس الميكرون أو حتى النانومتر). ثم يتم تفريق هذه القطرات بالتساوي إلى المرحلة الأخرى (على سبيل المثال ، مرحلة الماء) ، وتشكل مستحلبًا مستقرًا.

الثاني. المزايا الفنية

بالمقارنة مع أساليب المستحلب التقليدية (مثل القص عالي السرعة ، المتجانسة ، والمطاحن الغروية) ، فإن المستحلب بالموجات فوق الصوتية يوفر مزايا كبيرة:

جودة مستحلب عالية: تكون القطرات الناتجة أصغر وتوزيع بشكل متساوٍ (توزيع حجم الجسيمات الضيق) ، مما يؤدي إلى تحسين استقرار المستحلب.

كفاءة عالية وانخفاض استهلاك الطاقة: عملية الاستحلاب سريعة للغاية ، وعادة ما تكمل في غضون ثوان إلى دقائق ، وتركز على استخدام الطاقة وتحقيق كفاءة أعلى من التحريك الميكانيكي لفترة طويلة.

عالية التحكم: من خلال ضبط الطاقة بالموجات فوق الصوتية ، والسعة ، ووقت التعرض ، ودرجة الحرارة ، يمكن السيطرة على حجم الجسيمات وخصائص المستحلب النهائي بدقة.

لا يلزم أو الحد الأدنى من المستحلب: نظرًا لأن القطرات مقسمة إلى قطع صغيرة جدًا ، فهي بطبيعتها أكثر استقرارًا ، مما يقلل من كمية المستحلب المطلوبة.

عملية بسيطة وتنظيف سهلة: عادةً ما تحتوي الجهاز على مسبار واحد (قرن) لا يخترق السائل ، مما يؤدي إلى منطقة اتصال صغيرة ، وسهولة التنظيف والتعقيم ، ومناسبة للتشغيل المعقم.

قابلية التطبيق على نطاق واسع: يمكن أن يعالج السوائل عالية اللزوجة والمواد الحساسة للقص.

ثالثا. مكونات النظام الرئيسية

يتضمن نظام المستحلب بالموجات فوق الصوتية المختبرية أو المصنفة الصناعية عادة ما يلي:

المولد بالموجات فوق الصوتية: مصدر طاقة يحول الكهرباء الكهربائية إلى طاقة كهربائية عالية التردد.

محول الطاقة: مكون أساسي ، مصنوع عادةً من السيراميك الكهروضوئي (مثل تيتانيت الزركونيت الرصاص (PZT)) ، الذي يحول الطاقة الكهربائية عالية التردد إلى اهتزازات ميكانيكية من نفس التردد.

مكبر للصوت: يُعرف بشكل شائع باسم 'probe ، ' المرتبط بالمحول ، يضخّم سعة اهتزاز محول الطاقة وينقل طاقته إلى السائل. يتم غمر طرف التحقيق مباشرة في السائل الذي يتم علاجه.

رابعا. التطبيقات الرئيسية

تحتوي تكنولوجيا المستحلب بالموجات فوق الصوتية على مجموعة واسعة من التطبيقات ، والتي تغطي جميع الصناعات تقريبًا التي تتطلب إعداد المستحلب:

صناعة الأغذية:

صنع المايونيز وضمادات السلطة والصلصات.

جعل النكهة مستحلبات للعصائر والمشروبات.

صنع الكريمة والآيس كريم.

تحضير المستحلبات النانوية لتغليف المكونات الوظيفية (مثل الفيتامينات والزيوت الأساسية).

مستحضرات التجميل ومنتجات العناية الشخصية:

إنتاج الكريمات ، المستحضرات ، واقيات الشمس ، الأمصال ، الشامبو ، المواد الهلامية للاستحمام ، إلخ.

صناعة الأدوية:

تحضير مستحلبات الدهون في الوريد.

المراهم والكريمات تصنيع.

تطوير أنظمة توصيل الأدوية (على سبيل المثال ، الجسيمات الشحمية ، النانو).

صناعة البتروكيماويات:

استحلاب الزيت الثقيل مع الماء لتقليل اللزوجة والتلوث.

إنتاج الديزل المستحلب والوقود المستحلب.

إنتاج وقود الديزل الحيوي:

تعزيز تفاعلات transesterification لتحسين كفاءة التفاعل والعائد.

تخليق المواد النانوية:

تستخدم لإعداد الجسيمات النانوية والمركبات النانوية.

V. القيود والتحديات

ارتداء المسبار: قد يتآكل طرف مسبار القرن أو 'التنويع ' تحت التجويف المكثف ، والذي يتطلب استبدالًا منتظمًا ، خاصة عند التعامل مع المواد المسببة للتآكل.

التأثيرات الحرارية: يتم تحويل معظم الطاقة بالموجات فوق الصوتية إلى حرارة ، والتي يمكن أن تدل على مواد حساسة لدرجة الحرارة. لذلك ، غالبًا ما يكون نظام التبريد (مثل حمام الماء أو مفاعل مغلف) مطلوبًا.

قيود سعة المعالجة: للإنتاج الصناعي على نطاق واسع أو معدات عالية الطاقة أو مفاعلات التدفق المستمر (مثل خلايا التدفق بالموجات فوق الصوتية) مطلوب لزيادة قدرة المعالجة.

الضوضاء: تولد الموجات فوق الصوتية ضوضاء عالية التردد أثناء التشغيل ، والتي تتطلب مقاييس عزل الصوت.

ملخص

تقنية المستحلب بالموجات فوق الصوتية هي عملية تصنيع متقدمة وموثوقة وموثوقة وتستخدم على نطاق واسع. الاستفادة من تأثير التجويف الفريد ، فإنه يتيح معالجة المواد القوية والموحدة في المجهر ، مما يوفر مزايا كبيرة في تحسين جودة المنتج وكفاءة الإنتاج وتطوير منتجات جديدة. مع التطورات المستمرة في تكنولوجيا المعدات ، أصبح تطبيقه في القطاع الصناعي واسع الانتشار ومهم بشكل متزايد.