بمساعدة بالموجات فوق الصوتية التخمير لإنتاج الإيثانول الحيوي

تخمير

التخمير يمكن أن يكون الهوائية (= الأكسدة التخمير) أو عملية اللاهوائية، والذي يستخدم لتطبيقات التكنولوجيا الحيوية لتحويل المواد العضوية من قبل بكتيرية أو فطرية أو غيرها من مزارع الخلايا البيولوجية أو الإنزيمات. عن طريق التخمير، يتم استخراج الطاقة من أكسدة المركبات العضوية، على سبيل المثال الكربوهيدرات.

السكر هو الركيزة الأكثر شيوعا من التخمير، مما أدى بعد التخمير في منتجات مثل حمض اللبنيك، اللاكتوز، والإيثانول والهيدروجين. للتخمير الكحولية، والإيثانول - وخاصة للاستخدام كوقود، ولكن أيضا للمشروبات الكحولية – وينتج عن طريق التخمير. عندما تكون هناك بعض سلالات الخميرة، مثل خميرة الخباز استقلاب السكر، وخلايا الخميرة تحويل المواد ابتداء إلى إيثانول وثاني أكسيد الكربون.

تلخيص المعادلات الكيميائية تحت التحويل:

المعادلات الكيميائية تلخص التحويل إلى الإيثانول.

وإذا كانت المادة ابتداء هي النشا، على سبيل المثال من الذرة، أولا يجب تحويل النشا إلى سكر. لالإيثانول يستخدم كوقود، مطلوب المائي لتحويل النشا. عادة، يتم الاسراع في التحلل من قبل العلاج الحمضية أو الأنزيمية أو مزيج من الاثنين معا. عادة، يتم تخمير من أصل حوالي 35-40 درجة مئوية.
نظرة عامة على عمليات التخمير المختلفة:

طعام :

إنتاج & حفظ
منتجات الألبان (اللبنيك التخمير حامض)، على سبيل المثال الزبادي، اللبن، الكفير
اللبنيك الخضار المخمرة، مثل الكيمتشي، ميسو، ناتو، تسوكه-مونو، مخلل الملفوف
تطوير العطريات، على سبيل المثال صلصة الصويا
التحلل من وكلاء دباغة، على سبيل المثال الشاي والكاكاو والبن والتبغ
المشروبات الكحولية، على سبيل المثال البيرة والنبيذ والويسكي

المخدرات :

إنتاج المركبات الطبية، على سبيل المثال الأنسولين، وحمض الهيالورونيك

الغاز الحيوي / الإيثانول:

تحسين الغاز الحيوي / إنتاج الإيثانول

وقد أظهرت الأبحاث المختلفة والاختبارات في المقعد العلوي وحجم الطيار أن الموجات فوق الصوتية يحسن عملية التخمير طريق تقديم مزيد من الكتلة الحيوية المتوفرة لتخمير الأنزيمية. في المقطع التالي، وسوف يتم وضع آثار الموجات فوق الصوتية في السائل.

المفاعلات بالموجات فوق الصوتية زيادة الغلة وقود الديزل الحيوي ومعالجة افينسي!

الإيثانول يمكن أن تنتج من سيقان عباد الشمس والذرة وقصب السكر الخ

آثار بالموجات فوق الصوتية معالجة السائل

بواسطة عالية الطاقة / التردد المنخفض الموجات فوق الصوتية سعة عالية يمكن أن تتولد. وبالتالي، عالية الطاقة / التردد المنخفض الموجات فوق الصوتية يمكن أن تستخدم لمعالجة السوائل مثل الاختلاط، الاستحلاب، تشتيت وdeagglomeration، أو الطحن.
عندما sonicating السوائل في كثافات عالية، والموجات الصوتية التي تنتشر في وسائل الإعلام السائلة نتيجة بالتناوب في الضغط العالي (ضغط)، والضغط المنخفض (خلخلة) دورات، مع معدلات اعتمادا على التردد. خلال دورة الضغط المنخفض، وارتفاع كثافة الموجات فوق الصوتية خلق فقاعات فراغ صغيرة أو فراغات في السائل. عندما بلوغ فقاعات حجم في التي لم تعد قادرة على استيعاب الطاقة، وأنها تنهار بعنف خلال دورة عالية الضغط. ويطلق على هذه الظاهرة التجويف. التجويف، هذا هو “تشكيل والنمو وانهيار إندفاعية فقاعات في السائل. انهيار التجويف تنتج التدفئة الشديدة المحلية (~ 5000 K)، الضغوط العالية (~ 1000 أجهزة الصراف الآلي)، والتدفئة هائلة ومعدلات التبريد (>109 K / ثانية)” وتيارات نفاثة السائلة (~ 400 كم / ساعة) ". (Suslick 1998)

الصيغة البنائية للإيثانول

هناك وسائل مختلفة لخلق التجويف ، مثل فوهات الضغط العالي ، خلاطات الدوار الدوار ، أو المعالجات بالموجات فوق الصوتية. في جميع هذه الأنظمة تتحول طاقة الإدخال إلى احتكاك ، اضطرابات ، موجات ، وتجويف. يعتمد جزء الطاقة المدخل الذي يتم تحويله إلى التجويف على عدة عوامل تصف حركة معدات توليد الكهوف في السائل. شدة التسارع هي واحدة من أهم العوامل المؤثرة على التحول الفعال للطاقة إلى التجويف. التسارع العالي يخلق اختلافات أعلى في الضغط. وهذا بدوره يزيد من احتمالية خلق فقاعات فراغ بدلاً من خلق موجات تنتشر عبر السائل. وبالتالي ، كلما ارتفع التسارع كلما كان جزءًا من الطاقة التي تتحول إلى تجويف.
في حالة وجود محول بالموجات فوق الصوتية، واتساع التذبذب يصف شدة التسارع. سعة أعلى نتيجة في خلق أكثر فعالية من التجويف. بالإضافة إلى الشدة، ينبغي التعجيل السائل في وسيلة لخلق بأقل الخسائر من حيث الاضطرابات والاحتكاك وجيل الموجة. لهذا، فإن الطريقة المثلى هي الاتجاه من جانب واحد من الحركة. تغيير كثافة والمعلمات من عملية صوتنة، يمكن أن الموجات فوق الصوتية يكون من الصعب جدا أو لينة جدا. وهذا يجعل من الموجات فوق الصوتية أداة مرنة جدا لمختلف التطبيقات.

Compact and powerful ultrasonic lab devices allow for simple testings in small scale to evaluate process feasibility

الصورة 1 – جهاز مختبر بالموجات فوق الصوتية UP100H (100 واط) للاختبارات الجدوى

تطبيقات لينة، وتطبيق صوتنة معتدل تحت ظروف معتدلة، وتشمل التفريغ، الاستحلاب، وتفعيل الانزيم. التطبيقات الصعبة مع كثافة عالية / بالموجات فوق الصوتية عالية الطاقة (معظمها تحت ضغط مرتفع) هي الطحن الرطب، إزالة الألغام & الجسيمات خفض حجم، و تشتيت. للعديد من التطبيقات مثل استخلاصوالتفكك أو كيمياء السونوم، وشدة الموجات فوق الصوتية المطلوبة تعتمد على المواد المحددة التي سيتم sonicated. من قبل مجموعة من المعلمات، والتي يمكن تكييفها وفقا لعملية فردية، الموجات فوق الصوتية تسمح تجد بقعة الحلو لكل عملية على حدة.
وبالاضافة الى تحويل الطاقة المعلقة، ultrasonication يقدم ميزة كبيرة للسيطرة الكاملة على أهم المعايير: السعة والضغط ودرجة الحرارة، اللزوجة، والتركيز. وهذا يوفر إمكانية ضبط كل هذه المعايير بهدف العثور على المعلمات معالجة مثالية لكل مادة محددة. وهذا يؤدي إلى ارتفاع فعالية وكذلك في كفاءة الوجه الأمثل.

الموجات فوق الصوتية لتحسين عمليات التخمير، وأوضح exemplarily مع إنتاج الإيثانول

الإيثانول هو نتاج تحلل الكتلة الحيوية أو المواد القابلة للتحلل من النفايات عن طريق البكتيريا اللاهوائية أو الهوائية. يستخدم الإيثانول ينتج أساسا كوقود حيوي. وهذا يجعل من الإيثانول بديلا المتجددة والصديقة للبيئة للوقود الأحفوري، مثل الغاز الطبيعي.
لإنتاج الإيثانول من الكتلة الحيوية والسكر والنشا والمواد lignocellulosic يمكن استخدامها كمادة وسيطة. للحصول على حجم الإنتاج الصناعي والسكر والنشا هي الغالبة حاليا لأنها مواتية اقتصاديا.
كيف الموجات فوق الصوتية يحسن عملية من العملاء الأفراد مع المواد الخام محددة تحت ظروف معينة يمكن أن يحاكم خارج بسيطة جدا عن طريق اختبارات الجدوى. في الخطوة الأولى، وصوتنة من كمية صغيرة من الطين المواد الخام مع بالموجات فوق الصوتية جهاز المختبر سوف تظهر، إذا الموجات فوق الصوتية لا تؤثر على المواد الخام.

اختبار جدوى

في مرحلة الاختبار الأولى، وهي مناسبة لإدخال كمية عالية نسبيا من الطاقة بالموجات فوق الصوتية في كمية صغيرة من السائل كما وبالتالي زيادة فرصة لمعرفة ما إذا كان يمكن الحصول على أي نتائج. كما يقصر A حجم العينة صغير الوقت باستخدام جهاز المختبر وتخفيضات في تكاليف التجارب الأولى.
تنتقل الموجات فوق الصوتية من خلال سطح sonotrode وفي السائل. Beneth السطح sonotrode، وشدة الموجات فوق الصوتية على أشده. وبالتالي، ويفضل مسافات قصيرة بين sonotrode والمواد sonicated. عندما يتعرض حجم السائل الصغيرة، والمسافة من sonotrode يمكن أن تظل قصيرة.
ويبين الجدول أدناه نموذجية مستويات الطاقة / حجم العمليات صوتنة بعد التحسين. منذ لن يتم تشغيل المحاكمات الأولى في التكوين الأمثل، وشدة صوتنة والوقت بنسبة 10 إلى 50 مرة من قيمة نموذجية سوف تظهر إذا كان هناك أي تأثير لهذه المادة sonicated أم لا.

معالجة	الطاقة / الصوت	حجم العينة	قوة	زمن
بسيط	< 100Ws / مل	10ML	50 واط	< 20 ثانية
متوسط	100Ws / مل ل500Ws / مل	10ML	50 واط	20-100 ثانية
الصعب	> 500Ws / مل	10ML	50 واط	>100 ثانية

الجدول 1 – القيم النموذجية صوتنة بعد عملية التحسين

مدخلات الطاقة الفعلي لتشغيل الاختبار يمكن تسجيلها عن طريق تسجيل البيانات المتكاملة (Uf200 ः ر وUP200St)، وأجهزة الكمبيوتر واجهة أو powermeter ل. جنبا إلى جنب مع البيانات المسجلة من إعداد السعة ودرجة الحرارة، ونتائج كل تجربة يمكن تقييمها ويمكن إنشاء خط القاع للطاقة / وحدة التخزين.
إذا تم اختيار التهيئة المثلى أثناء الاختبارات ، يمكن التحقق من أداء التهيئة هذا أثناء خطوة التحسين ، ويمكن في النهاية توسيع نطاقه إلى المستوى التجاري. لتسهيل التحسين ، يوصى بشدة بفحص حدود الصوتنة ، مثل درجة الحرارة أو السعة أو الطاقة / الحجم لصيغ محددة أيضًا. بما أن الموجات فوق الصوتية يمكن أن تولد تأثيرات سلبية على الخلايا أو المواد الكيميائية أو الجسيمات ، فيجب فحص المستويات الحرجة لكل معلمة من أجل الحد من التحسين التالي لنطاق المعلمات حيث لا يتم ملاحظة التأثيرات السلبية. بالنسبة لدراسة الجدوى ، يُنصح باستخدام وحدات صغيرة للمختبر أو وحدات أعلى للحد من نفقات المعدات والعينات في مثل هذه التجارب. عموما 100 إلى 1000 وحدة واط تخدم أغراض دراسة الجدوى بشكل جيد للغاية. (راجع Hielscher 2005)

الجدول 1 – القيم النموذجية صوتنة بعد عملية التحسين

الاقوي

النتائج التي تحققت خلال دراسات الجدوى قد تظهر استهلاك الطاقة مرتفعة جدا فيما يتعلق بحجم صغير المعالجة. ولكن الغرض من اختبار جدوى هو في المقام الأول لإظهار آثار الموجات فوق الصوتية لهذه المادة. إذا كان في جدوى اختبار آثار إيجابية حدث، ولا بد من بذل المزيد من الجهود لتحسين نسبة الطاقة / الحجم. وهذا يعني لاستكشاف التكوين المثالي من المعلمات الموجات فوق الصوتية لتحقيق أعلى عائد باستخدام طاقة أقل الممكنة لجعل عملية اقتصاديا أكثر معقولة وكفاءة. العثور على التكوين الأمثل المعلمة – الحصول علي الفوائد المرجوة مع الحد الأدنى من مدخلات الطاقة-الارتباط بين أهم المعلمات السعة والضغط ودرجة الحرارة و سائل تكوين بد من التحقيق فيها. في هذه الخطوة الثانية يوصى التغيير من صوتنة دفعة لإعداد صوتنة المستمر مع مفاعل خلية تدفق كمعلمة مهمة من الضغط لا يمكن أن يتأثر لصوتنة دفعة واحدة. خلال صوتنة في دفعة، يقتصر الضغط إلى الضغط المحيط. إذا كانت عملية صوتنة يمر غرفة خلية تدفق pressurizable، والضغط يمكن أن تكون مرتفعة (أو خفض) التي بشكل عام يؤثر على الموجات فوق الصوتية التجويف بشكل جذري. باستخدام خلية تدفق، فإن العلاقة بين الضغط وكفاءة عملية يمكن تحديدها. معالجات بالموجات فوق الصوتية بين 500 واط و 2000 واط السلطة هي الأكثر مناسبة لتحسين عملية.

Fully controllable ultrasonic equipment allows for process optimization and completely linear scale-up

الصورة 2 - الرسم البياني لالأمثل لعملية بالموجات فوق الصوتية

النطاق تصل إلى الإنتاج التجاري

إذا تم العثور على التكوين الأمثل، ومزيدا من نطاق المتابعة هو بهذه البساطة عمليات بالموجات فوق الصوتية استنساخه بالكامل على مقياس خطي. وهذا يعني أنه عندما يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية على تركيبة سائلة متطابقة تحت تكوين معلمة معالجة متماثلة ، فإن نفس الطاقة لكل مجلد مطلوبة للحصول على نتيجة مماثلة مستقلة عن مقياس المعالجة. (Hielscher 2005). هذا يجعل من الممكن تنفيذ تكوين المعلمة الأمثل للموجات فوق الصوتية إلى حجم الإنتاج على نطاق كامل. عمليا ، الحجم الذي يمكن معالجته فوق الصوتية غير محدود. أنظمة الموجات فوق الصوتية التجارية مع ما يصل إلى 16000 واط لكل وحدة متوفرة ويمكن تركيبها في مجموعات. هذه مجموعات من المعالجات بالموجات فوق الصوتية يمكن تثبيت موازية أو في سلسلة. قبل التثبيت الكتلة الحكيمة لمعالجات عالية الطاقة بالموجات فوق الصوتية، وإجمالي الطاقة غير محدودة تقريبا بحيث يمكن معالجة تيارات كبيرة الحجم من دون مشكلة. أيضا إذا كنت بحاجة إلى التكيف للنظام الموجات فوق الصوتية، على سبيل المثال لضبط المعلمات إلى صياغة السائلة تعديل، وهذا يمكن أن يتم في الغالب عن طريق تغيير sonotrode، معززة أو تدفق الخلايا. قابلية الخطية، واستنساخ والقدرة على التكيف من الموجات فوق الصوتية تجعل هذه التكنولوجيا المبتكرة كفاءة وفعالية من حيث التكلفة.

16kW ultrasonic machine for industrial processing of large volume streams, e.g. biodiesel, bioethanol, nano particle processing and manifold other applications.

صور 3 - المعالج بالموجات فوق الصوتية الصناعي UIP16000 مع قوة 16000 واط

معلمات معالجة بالموجات فوق الصوتية

يوصف بالموجات فوق الصوتية معالجة السوائل من قبل عدد من المعلمات. والأهم من ذلك هي السعة والضغط ودرجة الحرارة، واللزوجة، والتركيز. نتيجة عملية، مثل حجم الجسيمات، لتكوين المعلمة معين هو وظيفة من الطاقة لكل وحدة التخزين معالجتها. تغيير وظيفة مع بعض التعديلات في المعايير الفردية. وعلاوة على ذلك، انتاج الطاقة الفعلي في المساحة السطحية للsonotrode وحدة الموجات فوق الصوتية يعتمد على المعلمات. انتاج الطاقة في المساحة السطحية للsonotrode هو كثافة السطح (I). كثافة السطح يعتمد على السعة (A)، وضغط (ع)، وحجم المفاعل (VR)، ودرجة الحرارة (T)، واللزوجة (η) وغيرها.

تأثير التجويف المعالجة بالموجات فوق الصوتية يعتمد على كثافة السطح التي توصف من قبل السعة (A)، وضغط (ع)، وحجم المفاعل (VR)، ودرجة الحرارة (T)، واللزوجة (η) وغيرها. علامات الجمع والطرح تشير إلى وجود تأثير إيجابي أو سلبي للمعلمة معينة على شدة صوتنة.

أثر التجويف المتولدة يعتمد على كثافة السطح. في نفس الطريق، ويرتبط نتيجة العملية. انتاج الطاقة الكلي من وحدة الموجات فوق الصوتية هو نتاج كثافة السطح (I) ومساحة السطح (S):

ص [ث] أنا [ث / مم²] * الصورة[مم²]

سعة

اتساع التذبذب يصف الطريقة (مثل 50 ميكرون) يسافر السطح sonotrode في وقت معين (مثلا 1 / 20،000s في 20KHZ). أكبر سعة، وارتفاع هو المعدل الذي يخفض الضغط وزيادات في كل شوط. وبالإضافة إلى ذلك، وتشريد حجم كل الزيادات السكتة الدماغية مما أدى إلى حجم أكبر التجويف (حجم فقاعة و / أو رقم). عندما يطبق على التفرق، وتبين سعة أعلى لالتدميرية العالي للجسيمات صلبة. ويبين الجدول 1 القيم العامة لبعض العمليات بالموجات فوق الصوتية.

The ultrasound amplitude is an important process parameter.

الجدول 2 – توصيات عامة لمدى التردد

الضغط

تعتمد نقطة غليان السائل على الضغط. كلما زاد الضغط كلما كانت درجة الغليان أعلى ، وعكسها. الضغط المرتفع يسمح بالتجويف عند درجات حرارة قريبة من نقطة الغليان أو فوقها. كما أنه يزيد من شدة الانفجار الداخلي ، والذي يرتبط بالفرق بين الضغط الساكن وضغط البخار داخل الفقاعة (راجع Vercet et al. 1999). بما أن قوة الموجات فوق الصوتية وشدتها تتغير بسرعة مع تغيرات في الضغط ، فإن المضخة ذات الضغط الثابت هي الأفضل. عند توريد السائل إلى خلية تدفق ، يجب أن تكون المضخة قادرة على التعامل مع تدفق السائل المحدد عند ضغوط مناسبة. مضخات غشائية أو غشائية ؛ أنبوب مرن أو خرطوم مياه أو مضخات ضغط ؛ مضخات تمعجية أو المكبس أو مضخة الغطاس سيخلق تقلبات ضغط متناوبة. يفضل استخدام مضخات الطرد المركزي ومضخات التروس والمضخات اللولبية ومضخات التجويف التدريجي التي تزود السائلة بصوت عالٍ عند الضغط المستقر باستمرار. (Hielscher 2005)

درجة الحرارة

بواسطة sonicating سائل، يتم نقل الطاقة في المتوسط. كما يسبب التذبذب ولدت بالموجات فوق الصوتية الاضطرابات والاحتكاك، وسائل sonicated - وفقا لقوانين الديناميكا الحرارية – سوف تسخين. إن درجات الحرارة المرتفعة للوسط معالجتها تكون مدمرة للمادة ويقلل من فعالية التجويف بالموجات فوق الصوتية. وقد تم تجهيز خلايا تدفق الموجات فوق الصوتية المبتكرة مع سترة التبريد (انظر الصورة). وبحلول ذلك، ونظرا لسيطرة دقيقة على درجة حرارة المواد خلال المعالجة بالموجات فوق الصوتية. ل sonication كوب من أحجام أصغر من المستحسن حمام الثلج لتبديد الحرارة.

Picture 3 – Ultrasonic transducer UIP1000hd (1000 watts) with flow cell equipped with cooling jacket – typical equipment for optimization steps or small scale production

صور 3 - بالموجات فوق الصوتية محول UIP1000hd (1000 واط) مع خلية تدفق مجهزة تبريد سترة - المعدات نموذجية للخطوات الأمثل أو الإنتاج على نطاق صغير

اللزوجة والتركيز

فوق صوتي طحن و تشتيت هي عمليات السائلة. الجزيئات يجب أن تكون في تعليق، على سبيل المثال في الماء والمذيبات والزيوت أو الراتنجات. من خلال استخدام أنظمة التدفق من خلال الموجات فوق الصوتية، يصبح من الممكن يصوتن لزجة جدا، المواد فطيرة.
يمكن تشغيل عالية الطاقة المعالج بالموجات فوق الصوتية في تركيز المواد الصلبة عالية إلى حد ما. يوفر نسبة عالية من فعالية المعالجة بالموجات فوق الصوتية، كما يحدث تأثير الطحن بالموجات فوق الصوتية عن طريق تصادم بين الجسيمات. وقد أظهرت التحقيقات أن نسبة الكسر من السيليكا مستقلة عن تركيز تصل الصلبة إلى 50٪ من وزنها. تجهيز دفعات رئيسية مع نسبة المواد عالية التركيز هو على إجراءات الإنتاج المشترك باستخدام ultrasonication.

السلطة وكثافة الطاقة مقابل

كثافة السطح والقوة الإجمالية لا يصف إلا شدة المعالجة. حجم العينة sonicated ووقت التعرض في كثافة معينة يتعين النظر لوصف عملية صوتنة من أجل جعلها قابلة للتطوير واستنساخه. لتكوين المعلمة في ضوء نتيجة عملية، على سبيل المثال حجم الجسيمات أو تحويل المواد الكيميائية، سوف تعتمد على الطاقة لكل وحدة التخزين (E / V).

النتيجة = F (ه /الخامس )

حيث الطاقة (E) هي نتاج انتاج الطاقة (P) ووقت التعرض (ر).

ه[WS] = ص[ث] *تي[الصورة]

والتغييرات في تكوين معلمة تغيير وظيفة نتيجة. وهذا بدوره سوف تختلف كمية الطاقة (E) المطلوبة لإعطاء قيمة عينة (V) للحصول على قيمة نتيجة محددة. لهذا السبب لا يكفي لنشر قوة معينة من الموجات فوق الصوتية لعملية للحصول على نتيجة لذلك. مطلوب نهج أكثر تطورا لتحديد الطاقة المطلوبة وتكوين المعلمة التي ينبغي أن توضع السلطة في المواد العملية. (HIELSCHER 2005)

بمساعدة بالموجات فوق الصوتية إنتاج الإيثانول الحيوي

ومن تعرف مسبقا أن الموجات فوق الصوتية يحسن إنتاج الإيثانول. ومن المفضل أن يغلف السائل مع الكتلة الحيوية إلى الطين عالية اللزوجة التي لا تزال القابلة للضخ. يمكن المفاعلات بالموجات فوق الصوتية التعامل مع تركيزات عالية نسبيا الصلبة بحيث يمكن تشغيل عملية صوتنة الأكثر كفاءة. ويرد المزيد من المواد في الطين، السائل الناقل أقل، والتي لن تستفيد من عملية صوتنة، سيتم التعامل. كما مدخلات الطاقة إلى سائل يؤدي إلى تسخين السائل بواسطة قوانين الديناميكا الحرارية، وهذا يعني أن يتم تطبيق الطاقة بالموجات فوق الصوتية للمواد المستهدفة، إلى أقصى حد ممكن. هؤلاء تصميم عملية فعالة، وتجنب الإسراف في التدفئة من السائل الناقل الزائد.
الموجات فوق الصوتية يساعد استخلاص المواد داخل الخلايا ويجعلها بالتالي متاحة للتخمير الأنزيمية. العلاج بالموجات فوق الصوتية خفيفة يمكن أن تعزز النشاط الأنزيمي، ولكن لاستخراج الكتلة الحيوية سوف تكون هناك حاجة الموجات فوق الصوتية أكثر كثافة. وبالتالي، يجب إضافة الإنزيمات إلى الطين الكتلة الحيوية بعد صوتنة كما الموجات فوق الصوتية الشديد يعطل الإنزيمات، وهو أثر غير مرغوب.

النتائج الحالية عن طريق البحث العلمي المحققة:

دراسات Yoswathana وآخرون. (2010) بشأن مع إنتاج الإيثانول الحيوي من قش الأرز أظهرت أن الجمع بين الحمضية قبل المعالجة والموجات فوق الصوتية قبل الرصاص العلاج الأنزيمية لمحصول السكر زيادة تصل إلى 44٪ (على أساس الأرز القش). وهذا يدل على فعالية الجمع بين المعالجة الفيزيائية والكيميائية قبل الإنزيمية من المواد lignocelluloses إلى السكر.

الرسم البياني 2 يوضح الآثار الإيجابية للأشعة بالموجات فوق الصوتية أثناء إنتاج الإيثانول الحيوي من قش الأرز بيانيا. (وقد استخدم الفحم لإزالة السموم من عينات سابقة التجهيز من حمض / المعالجة انزيم والمعالجة بالموجات فوق الصوتية).

والموجات فوق الصوتية النتائج التخمير ساعد في إنتاج الإيثانول أعلى كبير. وقد تم انتاج الإيثانول الحيوي من قش الأرز.

الرسم البياني 2 – تعزيز بالموجات فوق الصوتية من العائد الإيثانول خلال التخمير (Yoswathana وآخرون 2010)

في آخر دراسة أجريت مؤخرا، وقد تم فحص تأثير ultrasonication على خارج الخلية ومستويات الخلايا انزيم β غالاكتوزيداز. سليمان وآخرون. (2011) يمكن أن تحسن إنتاجية إنتاج الإيثانول الحيوي إلى حد كبير، وذلك باستخدام الموجات فوق الصوتية في درجة الحرارة للرقابة تحفيز نمو الخميرة من كليوفيرمايسس كليفيروميسيس (آي تي سي سي 46537). واضعو ورقة تستأنف أن صوتنة متقطعة مع الموجات فوق الصوتية الطاقة (20 كيلو هرتز) في دورات اجب ≤20٪ حفز إنتاج الكتلة الحيوية، والتمثيل الغذائي اللاكتوز وإنتاج الإيثانول في K. كليفيروميسيس في شدة صوتنة عالية نسبيا من 11.8Wcm^-². في ظل أفضل الظروف، وعززت صوتنة تركيز الإيثانول النهائي قريب ما يقرب من 3.5 أضعاف إلى السيطرة. تقابل هذه إلى تعزيز 3،5 أضعاف في الإنتاجية الإيثانول، ولكن المطلوب 952W من مدخلات الطاقة إضافي لكل متر مكعب من مرق من خلال صوتنة. وكان هذا شرط إضافي للطاقة بالتأكيد ضمن المعايير التشغيلية مقبولة لالمفاعلات الحيوية، وبالنسبة للمنتجات ذات القيمة العالية، يمكن تعويضها بسهولة عن طريق زيادة الإنتاجية.

الخلاصة: فوائد من التخمير بمساعدة فوق صوتي،

وقد تبين أن العلاج بالموجات فوق الصوتية كتقنية فعالة ومبتكرة لتعزيز العائد الإيثانول. في المقام الأول، ويستخدم الموجات فوق الصوتية لاستخراج المواد داخل الخلايا من الكتلة الحيوية، مثل الذرة وفول الصويا والقش ومواد ligno السليولوز أو مواد النفايات النباتية.

زيادة في العائد الإيثانول
Disinteration / distruction خلية وإطلاق المواد داخل الخلوية
تحسين التحلل اللاهوائي
تفعيل الانزيمات التي صوتنة معتدل
تحسين كفاءة العملية التي عجائن تركيز عالية

اختبار بسيط، استنساخه على نطاق المتابعة وسهلة التركيب (كما في تيارات الإنتاج القائمة بالفعل) يجعل الموجات فوق الصوتية تكنولوجيا مربحة وفعالة. يمكن الاعتماد عليها المعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية لتجهيز التجارية المتاحة وتجعل من الممكن ليصوتن كميات السائل غير محدودة تقريبا.

UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

Picure تم 4 - الإعداد مع 1000W المعالج بالموجات فوق الصوتية UIP1000hd، وتدفق الخلية، وخزان ومضخة

مراجع الادب

HIELSCHER، T. (2005): بالموجات فوق الصوتية إنتاج مستحلبات النانو الحجم والتفرق. في: وقائع المؤتمر الأوروبي نانوسيستيمس ENS’05- 5
Jomdecha، C؛ Prateepasen، A. (2006): إن بحوث منخفضة بالموجات فوق الصوتية الطاقة يؤثر على نمو الخميرة في عملية التخمير. على العنوان التالي: 12^عشر مؤتمر آسيا والمحيط الهادئ على NDT، 5. 2006/10/11، أوكلاند، نيوزيلندا.
Kuldiloke، J. (2002): تأثير الموجات فوق الصوتية، درجة الحرارة والضغط العلاج على أنزيم آخر على مؤشرات جودة الفاكهة والعصائر النباتية. شهادة الدكتوراة أطروحة في الجامعة التقنية. برلين، عام 2002.
Mokkila، M.، Mustranta، A.، Buchert، J.، Poutanen، K. (2004): الجمع بين الموجات فوق الصوتية على السلطة مع الانزيمات في تجهيز عصير التوت. في: كثافة العمليات 2ND. أسيوط. Biocatalysis الأغذية والمشروبات، 19.-2004/09/22، شتوتجارت، ألمانيا.
مولر، M. R. A .؛ ارمان، M. A .؛ فوغل، R. F. (2000): ملتيبليكس PCR للكشف عن الجسرية الملبنة واثنين من الأنواع ذات في العجين المخمر التخمير. مستعمل & علم الأحياء الدقيقة البيئي. 66/5 2000. ص 2113-2116.
نيكوليتش، S؛ Mojovic، L؛ Rakin، M .؛ Pejin، D؛ Pejin، J. (2010): الموجات فوق الصوتية بمساعدة إنتاج الإيثانول الحيوي من قبل تسكر simoultaneous والتخمير وجبة الذرة. في: كيمياء الأغذية 122/2010. ص. 216-222.
سليمان، A. Z؛ أجيت، A .؛ يونس، R. M .؛ Cisti، Y. (2011): التخمير بمساعدة الموجات فوق الصوتية يعزز الإنتاجية الإيثانول. الكيمياء الحيوية مجلة الهندسة 54/2011. ص. 141-150.
Suslick، K. S. (1998): كيرك-Othmer موسوعة التكنولوجيا الكيميائية. 4^عشر أد. وايلي & أبناء: نيويورك، 1998. ص 517-541.
Yoswathana، N؛ Phuriphipat، P .؛ Treyawutthiawat، P .؛ Eshtiaghi، M. N. (2010): الإيثانول الحيوي الإنتاج من قش الأرز. في: الطاقة مجلة البحوث 1/1 2010. ص 26-31.