Jaký je princip činnosti ultrazvukového homogenizátoru

Principem činnosti ultrazvukového homogenizátoru je využití kavitačního účinku a dalších fyzikálních účinků ultrazvuku v kapalině k dosažení homogenizace. Kavitační efekt se týká tvorby děr nebo malých bublinek ve slabších oblastech kapaliny působením ultrazvuku. Malé bublinky sledují puls ultrazvuku a zhroutí se během jednoho zvukového cyklu. Ultrazvuková kavitace může také generovat silné mechanické efekty, produkovat rychlé proudy nebo akustické impulsy v blízkosti pevných rozhraní a silné rázové vlny v kapalinách. Fyzikální efekty se týkají účinného míchání a proudění ultrazvukových vln v kapalinách, které mohou poškodit strukturu média a rozdrtit částice v kapalině. Ty jsou způsobeny především srážkami mezi kapalinami, mikrofázovým prouděním a rázovými vlnami, což vede ke změnám povrchové morfologie částic.

Princip činnosti ultrazvukového homogenizátoru
1. Vznik a šíření ultrazvuku
Ultrazvukový homogenizátor se skládá hlavně ze tří částí: ultrazvukové vibrační komponenty, ultrazvukový napájecí zdroj a reakční kotel. Mezi komponenty ultrazvukových vibrací patří především vysoce výkonné ultrazvukové měniče, amplitudové měniče a nástrojové hlavy (emitory), které se používají ke generování ultrazvukových vibrací a emitují tuto vibrační energii do kapaliny. Převodník přeměňuje vstupní elektrickou energii na mechanickou energii, konkrétně ultrazvukové vlny. Ultrazvuk se rozpadá na četné drobné bublinky v kapalině s frekvencí vibrací statisícůkrát za sekundu.

2. Výskyt kavitačního efektu
Působením ultrazvuku se v kapalině tvoří drobné bublinky, které kmitají stovky tisíckrát za sekundu. Tyto bubliny při nepřetržitém působení rychle porostou a pak se náhle uzavřou a vytvoří ultra silnou rázovou vlnu, která vytvoří tlak několika tisíc atmosfér a místní vysoké teploty kolem bublin. Tento fyzikální jev se nazývá ultrazvukový kavitační efekt.

3. Aplikace kavitačního efektu
Kavitační účinek ultrazvuku může nejen stimulovat nebo podporovat mnoho chemických reakcí, urychlit rychlost chemických reakcí, ale také změnit směr chemických reakcí, což způsobuje určité efekty. Během procesu homogenizace způsobuje kavitační efekt ultrazvuku, že bubliny v kapalině pomalu expandují během půlcyklu podtlaku, pomalu se smršťují, ale nepraskají během půlcyklu pozitivního tlaku a bubliny podléhají periodickému a nelineárnímu oscilačnímu pohybu, což má za následek při silných mechanických účincích, jako jsou rázové vlny.

4. Realizace homogenizačního efektu
Prostřednictvím této metody mohou ultrazvukové homogenizátory účinně emulgovat, separovat, dispergovat, homogenizovat, odplyňovat, čistit a urychlovat chemické reakce. Může být použit pro drcení živočišných a rostlinných tkání, buněk, bakterií, kmenů spór, stejně jako pro stříhání a drcení částic v roztoku, čímž je dosaženo homogenizace.