Aký je princíp činnosti ultrazvukového homogenizátora

Princíp činnosti ultrazvukového homogenizátora spočíva v použití kavitačného účinku a iných fyzikálnych účinkov ultrazvuku v kvapaline na dosiahnutie homogenizácie. Pod kavitačným efektom sa rozumie tvorba dier alebo malých bubliniek v slabších oblastiach kvapaliny pôsobením ultrazvuku. Malé bublinky sledujú pulz ultrazvuku a zrútia sa v rámci jedného zvukového cyklu. Ultrazvuková kavitácia môže tiež vytvárať silné mechanické efekty, produkujúce rýchle prúdy alebo akustické impulzy v blízkosti pevných rozhraní a silné rázové vlny v kvapalinách. Fyzikálne účinky sa týkajú účinného miešania a prúdenia ultrazvukových vĺn v kvapalinách, ktoré môžu poškodiť štruktúru média a rozdrviť častice v kvapaline. Sú spôsobené najmä zrážkami medzi kvapalinami, mikrofázovým prúdením a rázovými vlnami, čo vedie k zmenám povrchovej morfológie častíc.

Princíp činnosti ultrazvukového homogenizátora
1. Vznik a šírenie ultrazvuku
Ultrazvukový homogenizátor pozostáva hlavne z troch častí: ultrazvukových vibračných komponentov, ultrazvukového hnacieho napájacieho zdroja a reakčného kotla. Medzi komponenty ultrazvukových vibrácií patria hlavne vysokovýkonné ultrazvukové prevodníky, amplitúdové meniče a nástrojové hlavy (emitory), ktoré sa používajú na generovanie ultrazvukových vibrácií a vysielanie tejto vibračnej energie do kvapaliny. Prevodník premieňa vstupnú elektrickú energiu na mechanickú energiu, konkrétne ultrazvukové vlny. Ultrazvuk sa rozpadá na množstvo malých bubliniek v kvapaline pri frekvencii vibrácií stotisíckrát za sekundu.

2. Výskyt kavitačného efektu
Pôsobením ultrazvuku sa v kvapaline vytvárajú drobné bublinky, ktoré kmitajú státisíce krát za sekundu. Tieto bubliny budú pri nepretržitom pôsobení rýchlo rásť a potom sa náhle uzavrú, čím sa vytvorí ultra silná rázová vlna, ktorá generuje tlak niekoľko tisíc atmosfér a lokálne vysoké teploty okolo bublín. Tento fyzikálny jav sa nazýva ultrazvukový kavitačný efekt.

3. Aplikácia kavitačného efektu
Kavitačný účinok ultrazvuku môže nielen stimulovať alebo podporovať mnohé chemické reakcie, urýchliť rýchlosť chemických reakcií, ale tiež zmeniť smer chemických reakcií, čo spôsobuje určité účinky. Počas procesu homogenizácie kavitačný efekt ultrazvuku spôsobuje, že bubliny v kvapaline sa pomaly rozťahujú počas polovičného cyklu podtlaku, pomaly sa sťahujú, ale počas polovičného cyklu pozitívneho tlaku neprasknú a bubliny podliehajú periodickému a nelineárnemu oscilačnému pohybu, čo má za následok pri silných mechanických účinkoch, ako sú rázové vlny.

4. Implementácia homogenizačného efektu
Prostredníctvom tejto metódy môžu ultrazvukové homogenizátory efektívne emulgovať, separovať, dispergovať, homogenizovať, odplyňovať, čistiť a urýchľovať chemické reakcie. Môže sa použiť na drvenie živočíšnych a rastlinných tkanív, buniek, baktérií, kmeňov spór, ako aj na strihanie a drvenie častíc v roztoku, čím sa dosiahne homogenizácia.