متعدد الأطوار كافيتور – إدخال MPC48 لخلية التدفق بالموجات فوق الصوتية
The MultiPhaseCavitator Insert (Insert MPC48) is designed to improve the ultrasonic processing of liquid/liquid or liquid/gas mixes. 48 very fine cannulas inject liquid or gas into a liquid phase right in the cavitation zone. This creates very small suspended droplets or gas bubbles yielding a very high specific surface area.
هذا الإدراج مفيد بشكل خاص لكيمياء المستحلبات ، مثل تفاعلات نقل الطور ، الطور-النقل-الحفز (PTC) أو استخراج السائل والسائل. مجال آخر مثير للاهتمام للتطبيق هو ترسيب الجسيمات من سلائف سائلة أو تبلور سونو. تم تصميم هذا الملحق لمفاعلات خلايا التدفق Hielscher ويسمح للدفعة أو المعالجة المستمرة.
واحد و 48 منفذ حقن
الموجات فوق الصوتية هي وسيلة فعالة للاستحلاب والخلط. يختلف عن الإعداد التقليدي ، حيث يتم الجمع بين مراحل منفصلة قبل دخولها إلى خلية التدفق والتجويف ، يعمل إدخال خلية التدفق هذا على تحسين الجمع بين المرحلتين. عندما يتم حقن سائل من خلال 48 قنية دقيقة ، فإنه يدخل خلية التدفق في خيوط ضيقة جدا. يستخدم الملحق 48 قنية طبية دقيقة بأقطار داخلية من 0.3 مم إلى 1.2 مم. يمكن استبدال هذه القنية بسهولة وهي مستهلكة منخفضة التكلفة (معقمة ، حوالي 2 قيراط / قطعة). يقطع التجويف بالموجات فوق الصوتية (عند 20 كيلو هرتز) 48 خيطا سائلا واردا إلى قطرات صغيرة عندما تدخل المرحلة السائلة في خلية التدفق.
يطبق التصميم نفس ضغط التغذية من مصدر واحد على جميع القنية ال 48 لتسوية التدفق بين القنية.
48 منفذ دخول إلى مفاعل بالموجات فوق الصوتية للتفاعلات السائلة والسائلة
الحقن في التجويف متعدد الأطوار بالموجات فوق الصوتية
إدراجMPC48 – 48 قنية دقيقة تنتهي في منطقة التجويف
مفاعل خلية التدفق بالموجات فوق الصوتية FC100L1K-1S مع إدراجMPC48
الاستخدامات والتطبيقات
وغالبا ما تستخدم مفاعلات الموجات فوق الصوتية Hielscher للاستحلاب, لتحسين حركية عملية نقل المرحلة أو معدلات الذوبان في أنظمة المرحلة السائلة السائلة. ومن الأمثلة على هذه العمليات إزالة الكبريت المؤكسدة باستخدام بيروكسيد الهيدروجين واستخراج المذيبات اللاحقة أو الأسترة المحفزة بالقاعدة للدهون الثلاثية.
تعد قابلية الذوبان المحدودة لمرحلة كاشف واحدة في مرحلة كاشف أخرى مشكلة كبيرة في كيمياء مستحلب العملية حيث تتفاعل كلتا المرحلتين مع بعضهما البعض فقط في الطور البيني. بدون الموجات فوق الصوتية ، ينتج عن هذا معدلات تفاعل منخفضة وحركية تحويل بطيئة في أنظمة ثنائية الطور.
باستخدام الملحق مع مفاعل بالموجات فوق الصوتية ، ينتج التجويف قصا هيدروليكيا عاليا ويكسر المرحلة المحقونة إلى قطرات دون ميكرون وحجم نانوي. نظرا لأن مساحة السطح المحددة لحدود الطور مؤثرة على المعدل الكيميائي للتفاعل ، فإن هذا الانخفاض الكبير في قطر القطرة يحسن حركية التفاعل وقد يقلل أو يلغي الحاجة إلى عوامل نقل الطور. قد يتم تخفيض النسبة المئوية لحجم المرحلة المحقونة ، لأن المستحلبات الدقيقة تحتاج إلى حجم أقل لتوفير نفس سطح التلامس مع مرحلة الكاشف الأخرى.
قد يؤدي استخدام هذا الملحق إلى تقليل الكمية المطلوبة من محفزات المستحلب البرمائي أو محفزات نقل الطور (PTC)، مثل أملاح الأمونيوم الرباعية بقدرتها الفريدة على الذوبان في كل من السوائل المائية والعضوية.
تعزيز نقل الكتلة للتفاعلات الكيميائية
عندما تتفاعل مرحلتا كاشف عند حدود الطور ، تتراكم منتجات التفاعل على سطح القطرة وتمنع أطوار الكاشف من التفاعل عند الواجهة. يؤدي القص الهيدروليكي الناجم عن التجويف بالموجات فوق الصوتية إلى تدفق مضطرب ونقل المواد من وإلى أسطح القطيرات ويؤدي إلى الالتحام المتكرر والتكوين اللاحق لقطرات جديدة. مع تقدم التفاعل مع مرور الوقت ، يزيد صوتنة التعرض والتفاعل من الكواشف.
يستخدم هذا التأثير في العديد من العمليات ، مثل الأسترة العابرة للزيوت النباتية إلى وقود الديزل الحيوي أو تخليق البوليستر عن طريق الأسترة العابرة للديستر مع الديولات لتشكيل جزيئات كبيرة.
الاستحلاب / الاستحلاب
يعمل إدخال خلية التدفق هذا على تحسين الاستحلاب عند خلط السوائل غير القابلة للامتزاج. هذا يؤدي إلى أحجام قطرات أصغر وتوزيع حجم أضيق – عامل رئيسي لاستقرار المستحلب. باستخدام هذا التصميم ، يمكنك حقن واستحلاب السوائل منخفضة ومتوسطة اللزوجة في سوائل عالية اللزوجة ، مثل زيوت الوقود الثقيلة (HFOs) أو البوليمرات أو المواد الهلامية. قد تتطلب بعض التركيبات إضافة مستحلبات أو مثبتات. في هذه الحالة ، يساعد على خلط المستحلب بشكل موحد. تصاميم مخصصة لحقن أكثر من مرحلة واحدة على الرغم من أن القنية متوفرة عند الطلب.
استخراج السائل السائل
يعزز هذا الملحق عمليات استخراج السائل السائل عن طريق صنع مستحلب مضطرب دقيق الحجم ، على سبيل المثال من مرحلة المذيبات في مرحلة الزيت. مرة أخرى ، هذا يزيد من سطح ملامسة الطور ويؤدي إلى استخراج أفضل وتقليل استخدام المذيبات.
وقود مائي لاحتراق أنظف
يمكن استحلاب زيوت الوقود منخفضة الجودة ، مثل زيت الوقود الثقيل المستخدم في السفن البحرية أو لتوليد الطاقة بالماء. ينتج عن هذا احتراق أكثر كفاءة وانخفاض كبير في NOx الانبعاثات والسخام.
اقرأ المزيد عن الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية للوقود المائي (مستحلب الوقود)!
هطول الأمطار / تبلور سونو
يمكن توليد الأصباغ أو جزيئات النانو من أسفل إلى أعلى عن طريق الترسيب في السوائل. في هذه الحالة، يبدأ الخليط الفائق التشبع في تكوين جسيمات أو بلورات صلبة من المادة عالية التركيز. سوف تنمو هذه الجسيمات إلى نقطة معينة وتترسب في النهاية. من أجل التحكم في حجم الجسيمات / البلورة والتشكل ، من الضروري التحكم في خلط السلائف / الكاشف.
بشكل عام ، تتضمن عملية الترسيب: الخلط ، التشبع الفائق ، النواة ، نمو الجسيمات ، والتكتل. يتم تجنب هذا الأخير عن طريق تركيز صلب منخفض أو عن طريق عوامل التثبيت. الخلط أمر بالغ الأهمية. أما بالنسبة لمعظم عمليات هطول الأمطار ، فإن سرعة التفاعل عالية جدا. يجمع InsertMPC48 بين النفاثات السريعة ذات الحقن الضيق والقص التجويف القوي بالموجات فوق الصوتية. هذا يزيد من سرعة الخلط والأداء مما يخلق جزيئات أكثر وأصغر.
توزيع حجم الجسيمات لجسيمات Fe3O4 (المغنتيت) المتولدة في تفاعل هطول الأمطار بالموجات فوق الصوتية المستمر (Banert et al. ، 2004).
من الاختبارات المعملية إلى النطاق التجريبي والإنتاج
Hielscher الفوق صوتيات تقدم معدات لاختبار والتحقق واستخدام هذه التكنولوجيا على أي نطاق. من السهل دمج المفهوم في العمليات الحالية.
- تغذية المرحلة A في منفذ دخول السائل في الجزء السفلي من خلية التدفق
- قم بتغذية المرحلة B في منفذ (منافذ) دخول سائل أصغر على جانب خلية التدفق. سيتم حقن هذه التغذية في منطقة التجويف من خلال 48 أنبوبا دقيقا
- اضبط ضغط المفاعل باستخدام صمام ضغط خلفي في منفذ مخرج خلية التدفق
على مستوى سطح العمل، جهاز المعالجة بالموجات الصوتية UIP1000hdT بقدرة 1 كيلوواط يمكنها معالجة معدلات تدفق تتراوح من 100 إلى 1000 لتر/ساعة (25 إلى 250 جالون/ساعة) لأغراض عرض العملية وتحسين معلمات المعالجة بالموجات فوق الصوتية. وقد صُممت معالجات Hielscher بالموجات فوق الصوتية بحيث تسمح بالتوسع الخطي إلى أحجام معالجة أكبر على المستوى التجريبي أو مستوى الإنتاج. يُدرج الجدول أدناه أحجام المعالجة وأحجام المعدات الموصى بها.
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 0.2 لتر | 0.25 إلى 2 م3/ساعه | UIP1000hdT, UIP2000hdT |
| 0.2 لتر | 1 إلى 8 م3/ساعه | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 4 إلى 30 م3/ساعه | UIP16000hdT |
| ن.أ. | فوق 30 م3/ساعه | مجموعة من UIP10000 أو UIP16000hdT |
الأسئلة الشائعة حول جهاز MultiPhaseCavitator – ملحق خلية التدفق بالموجات فوق الصوتية MPC48
ما هو ملحق MultiPhaseCavitator (ملحق خلية التدفق MPC48)؟
يُعد ملحق MultiPhaseCavitator (InsertMPC48) ملحقًا لخلية التدفق مصممًا لتحسين المعالجة بالموجات فوق الصوتية لمخاليط السائل/السائل أو السائل/الغاز. وهي تستخدم 48 قنية دقيقة جدًا تقوم بحقن السائل أو الغاز في الطور السائل مباشرةً داخل منطقة التكهف، مما يؤدي إلى تكوين قطرات معلقة صغيرة جدًّا أو فقاعات غازية ذات مساحة سطح نوعية عالية.
ما معنى MPC48؟
MPC هو الاختصار لـ «MultiPhaseCavitator». ويشير الرقم 48 إلى أن الملحق يحتوي على 48 قنية كمواقع للحقن. ويمكن، بناءً على الطلب، تزويد ملحق خلية التدفق بعدد أكبر أو أقل من القنيات.
كيف تعمل وحدة خلية التدفق MPC48؟
عندما يتم حقن سائل عبر 48 قنية طبية دقيقة (يبلغ قطرها الداخلي من 0.3 مم إلى 1.2 مم)، فإنه يدخل خلية التدفق على شكل خيوط ضيقة جدًّا. ويعمل التجويف بالموجات فوق الصوتية بتردد 20 كيلوهرتز على تقطيع هذه الخيوط الواردة إلى قطرات صغيرة عند دخولها إلى الحالة السائلة. ويقوم التصميم بتطبيق نفس ضغط التغذية من مصدر واحد على جميع القنيات الـ 48 لتسوية التدفق بينها.
ما هي التطبيقات التي يُعدّ ملحق MultiPhaseCavitator الأنسب لها؟
وهي مفيدة بشكل خاص في كيمياء المستحلبات، مثل تفاعلات نقل الطور، والتحفيز الكيميائي بنقل الطور (PTC)، والاستخلاص السائل-السائل. كما أنها مناسبة تمامًا لترسيب الجسيمات من مادتين سائلتين أوليتين وللتبلور الصوتي. تم تصميم الملحق لمفاعلات خلايا التدفق من Hielscher، ويتيح المعالجة على دفعات أو بشكل مستمر.
كيف تعمل حشوة MPC48 على تحسين تفاعلات نقل الطور؟
ونظرًا لأن القابلية المحدودة للذوبان لمرحلة من المواد المتفاعلة في أخرى تقصر التفاعل على المنطقة الفاصلة بين المرحلتين، فإن الأنظمة ثنائية المراحل غالبًا ما تتميز بمعدلات تفاعل منخفضة في غياب الموجات فوق الصوتية. وباستخدام الملحق، ينتج عن التكهف قص هيدروليكي عالي ويقسم الطور المحقون إلى قطرات بحجم أقل من الميكرون وبحجم النانو. ويؤدي هذا الانخفاض الكبير في قطر القطرات إلى تحسين حركيات التفاعل وقد يقلل أو يلغي الحاجة إلى عوامل نقل الطور.
هل يمكن أن يقلل هذا الملحق من كمية المحفز المطلوبة؟
نعم. يمكن أن يؤدي استخدام هذا الملحق إلى تقليل الكمية المطلوبة من محفزات المستحلبات الأمفيفيلية أو محفزات نقل الطور (PTC)، مثل أملاح الأمونيوم الرباعية، لأن المستحلبات الأكثر نعومة تحتاج إلى حجم أقل لتوفير نفس مساحة التلامس مع طور الكاشف الآخر.
كيف يعزز ذلك انتقال الكتلة في التفاعلات الكيميائية؟
يمكن أن تتراكم نواتج التفاعل على سطح القطرات وتعيق تفاعل الكواشف عند السطح الفاصل. ويؤدي القص الهيدروليكي الناتج عن التجويف بالموجات فوق الصوتية إلى توليد تدفق مضطرب ونقل المواد من وإلى أسطح القطرات، مما يؤدي إلى اندماج متكرر وتكوين قطرات جديدة. وبمرور الوقت، يعمل المعالجة بالموجات فوق الصوتية على تعظيم تعرض الكواشف وتفاعلها – تُستخدم في عمليات مثل استبدال الإسترة للزيوت النباتية لتحويلها إلى ديزل حيوي أو في تصنيع البوليسترات.
هل هذا الملحق فعال في عملية الاستخلاص السائل-السائل؟
نعم. تعمل هذه الملحقة على تعزيز عملية الاستخلاص السائل-السائل من خلال تكوين مستحلب مضطرب ذي حجم جزيئات دقيق، على سبيل المثال مرحلة المذيب في مرحلة الزيت. ويؤدي ذلك إلى زيادة مساحة التلامس بين المرحلتين، مما ينتج عنه استخلاص أفضل مع تقليل استهلاك المذيب.
هل يمكن استخدامه في إنتاج الوقود المائي؟
نعم. يمكن تحويل زيوت الوقود منخفضة الجودة، مثل زيت الوقود الثقيل المستخدم في السفن البحرية أو لتوليد الطاقة، إلى مستحلب مع الماء. ويؤدي ذلك إلى احتراق أكثر كفاءة وإلى انخفاض كبير في انبعاثات أكاسيد النيتروجين والسخام.
اكتشف مزايا الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية للوقود المائي!
كيف تساعد الحشوة في عملية الترسيب والتبلور الصوتي؟
يمكن توليد الأصباغ أو الجسيمات النانوية بطريقة «من الأسفل إلى الأعلى» عن طريق الترسيب في السوائل. يجمع الملحق MPC48 بين النفاثات السريعة الضيقة والكسر التجاويفي القوي الناتج عن الموجات فوق الصوتية، مما يزيد سرعة الخلط والأداء إلى أقصى حد، ويؤدي إلى تكوين جسيمات أكثر وأصغر حجمًا. ونظرًا لأن سرعة العديد من تفاعلات الترسيب عالية جدًّا، فإن التحكم في خلط السلائف/الكواشف أمر ضروري، ويساعد هذا الملحق في التحكم في حجم الجسيمات/البلورات وشكلها.
هل القنيات من المواد الاستهلاكية؟
نعم. يمكن استبدال القنيات الطبية الدقيقة البالغ عددها 48 قطعة بسهولة، وهي مستهلكات منخفضة التكلفة (معقمة، حوالي 2 سنت للقطعة الواحدة). هذه القنيات هي مستهلكات قياسية ويمكن الحصول عليها بسهولة من الأسواق المحلية. كما تتوفر تصاميم مخصصة لحقن أكثر من مرحلة واحدة عبر القنيات، وذلك بناءً على الطلب.
كيف يتم إعداد خلية التدفق باستخدام جهاز InsertMPC48؟ من السهل دمج هذا المفهوم في العمليات الحالية: قم بتغذية الطور A في منفذ دخول السائل الموجود في الجزء السفلي من خلية التدفق، وقم بتغذية الطور B في منفذ (منافذ) دخول السائل الأصغر الموجود على الجانب (يتم حقنه في منطقة التكهف عبر الأنابيب الدقيقة الـ 48)، وقم بضبط ضغط المفاعل باستخدام صمام ضغط عكسي في منفذ مخرج خلية التدفق.
ما هي خيارات التوسع وأحجام المعدات المتاحة؟
تقدم شركة Hielscher معدات لاختبار هذه التكنولوجيا والتحقق منها واستخدامها على أي نطاق، مع إمكانية التوسع الخطي بدءًا من المستوى المخبري وصولًا إلى المستوى التجريبي ومستوى الإنتاج. على سبيل المثال، يمكن لجهاز UIP1000hd (1 كيلوواط) معالجة 100–1,000 لتر/ساعة لأغراض العرض التوضيحي وتحسين المعلمات؛ وتتراوح الأجهزة الموصى بها من طرازات UIP1000hd/UIP2000hd إلى UIP4000 وUIP16000، مع مجموعات من أجهزة UIP10000 أو UIP16000 لمعدلات تدفق تزيد عن 30 متر مكعب/ساعة.
ملحق خلية التدفق بالموجات فوق الصوتية MPC48 – متعدد الأطوار كافيتور