متعدد المراحلCavitator-إدراج لخلية التدفق بالموجات فوق الصوتية

تم تصميم ملحق MultiPhaseCavitator (InsertMPC48) لتحسين المعالجة بالموجات فوق الصوتية للخلطات السائلة / السائلة أو السائلة / الغازية. 48 قنية دقيقة جدا تحقن سائلا أو غازا في الطور السائل مباشرة في منطقة التجويف. ينتج عن هذا قطرات معلقة صغيرة جدا أو فقاعات غاز تنتج مساحة سطح محددة عالية جدا.

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

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 NO_x 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.

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.

1. تغذية المرحلة A في منفذ دخول السائل في الجزء السفلي من خلية التدفق
2. 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
3. اضبط ضغط المفاعل باستخدام صمام ضغط خلفي في منفذ مخرج خلية التدفق

على مستوى مقاعد البدلاء أ UIP1000hd (1kW) يمكن معالجة معدلات التدفق من 100 إلى 1000L / hr (25 إلى 250 جالون / ساعة) لعرض العملية ولتحسين معلمات الصوتنة. تم تصميم المعالجات بالموجات فوق الصوتية Hielscher لتوسيع النطاق الخطي إلى أحجام معالجة أكبر على نطاق تجريبي أو إنتاجي. يسرد الجدول أدناه أحجام المعالجة وأحجام المعدات الموصى بها.