Bioetanol istehsalı üçün ultrasəslə dəstəklənən fermentasiya

Ultrasonik yardımlı fermentasiya mürəkkəb karbohidratların daha sadə şəkərlərə parçalanmasını təşviq edərək bioetanol istehsalını artıra bilər və onları mayaların etanola çevrilməsi üçün daha asan əldə edə bilər. Eyni zamanda, sonikasiya maya hüceyrə divarının keçiriciliyinin səmərəliliyini də artırır, etanolun daha sürətli buraxılmasına və ümumi istehsalın artmasına imkan verir. Beləliklə, ultrasəs köməyi ilə bioetanol fermentasiyası daha yüksək konversiya dərəcələri və yüksək məhsuldarlıqla nəticələnir.

fermentasiya

Fermentasiya aerob (= oksidləşdirici fermentasiya) və ya anaerob proses ola bilər, üzvi materialı bakterial, göbələk və ya digər bioloji hüceyrə mədəniyyətləri və ya fermentlər vasitəsilə çevirmək üçün biotexnoloji tətbiqlər üçün istifadə olunur. Fermentasiya yolu ilə enerji üzvi birləşmələrin, məsələn, karbohidratların oksidləşməsindən əldə edilir.
Şəkər fermentasiyanın ən çox yayılmış substratıdır və laktik turşu, laktoza, etanol və hidrogen kimi məhsullarda fermentasiyadan sonra yaranır. Spirtli fermentasiya üçün, etanol - xüsusilə yanacaq kimi istifadə üçün, həm də spirtli içkilər üçün – fermentasiya yolu ilə əmələ gəlir. kimi müəyyən maya suşları zaman saccharomyces cerevisiae şəkəri metabolizə edir, maya hüceyrələri başlanğıc materialı etanola və karbon qazına çevirir.

Aşağıdakı kimyəvi tənliklər çevrilməni ümumiləşdirir:

Ümumi bioetanol istehsalında şəkər fermentasiya yolu ilə laktik turşu, laktoza, etanola və hidrogenə çevrilir.

Kimyəvi tənliklər bioetanola çevrilməni ümumiləşdirir.

Başlanğıc material nişastadırsa, məsələn, qarğıdalı, ilk növbədə nişasta şəkərə çevrilməlidir. Yanacaq kimi istifadə edilən bioetanol üçün nişastanın çevrilməsi üçün hidroliz tələb olunur. Tipik olaraq, hidroliz turşu və ya enzimatik müalicə və ya hər ikisinin birləşməsi ilə sürətləndirilir. Normalda fermentasiya təxminən 35-40 ° C temperaturda aparılır.
Müxtəlif fermentasiya proseslərinə ümumi baxış:

Qida:

  • istehsal & qorunma
  • süd məhsulları (laktik turşu fermentasiyası), məsələn, qatıq, ayran, kefir
  • laktik fermentləşdirilmiş tərəvəzlər, məsələn, kimchi, miso, natto, tsukemono, duzlu kələm
  • aromatik maddələrin inkişafı, məsələn, soya sousu
  • aşılayıcı maddələrin parçalanması, məsələn, çay, kakao, qəhvə, tütün
  • spirtli içkilər, məsələn, pivə, şərab, viski

Dərmanlar:

  • tibbi birləşmələrin istehsalı, məsələn, insulin, hialuron turşusu

Bioqaz/Etanol:

  • bioqaz/bioetanol istehsalının təkmilləşdirilməsi

Müxtəlif tədqiqat sənədləri və tezgah üstü və pilot ölçülü testlər göstərdi ki, ultrasəs fermentasiya prosesini fermentasiya üçün daha çox biokütlə təmin etməklə yaxşılaşdırır. Növbəti hissədə ultrasəsin mayedəki təsiri ətraflı izah ediləcək.

Ultrasəs reaktorları biodizel məhsuldarlığını və emal səmərəliliyini artırır!

Bioetanol günəbaxan sapı, qarğıdalı, şəkər qamışı və s.

Ultrasonik Maye Emalının Təsirləri

Yüksək güclü/aşağı tezlikli ultrasəs vasitəsilə yüksək amplitüdlər yaradıla bilər. Beləliklə, yüksək güclü/aşağı tezlikli ultrasəs, qarışdırma, emulsiyalaşdırma, dispersiya və deaglomerasiya və ya frezeleme kimi mayelərin emalı üçün istifadə edilə bilər.
Mayeləri yüksək intensivlikdə səsləyərkən, maye mühitə yayılan səs dalğaları, tezlikdən asılı olaraq, yüksək təzyiq (sıxılma) və aşağı təzyiq (nadir olma) dövrlərinin dəyişməsi ilə nəticələnir. Aşağı təzyiq dövrü zamanı yüksək intensivlikli ultrasəs dalğaları mayedə kiçik vakuum qabarcıqları və ya boşluqlar yaradır. Baloncuklar enerjini artıq qəbul edə bilməyəcək bir həcmə çatdıqda, yüksək təzyiq dövrü zamanı şiddətlə çökürlər. Bu fenomen kavitasiya adlanır. kavitasiya, yəni “mayedə baloncukların əmələ gəlməsi, böyüməsi və partlayıcı şəkildə çökməsi. Kavitasiyanın çökməsi intensiv yerli isitmə (~5000 K), yüksək təzyiqlər (~1000 atm) və böyük istilik və soyutma sürətləri yaradır (~>109 K/san)” və maye reaktiv axınları (~400 km/saat)”. (Suslick 1998)

Etanolun kimyəvi quruluşu

Etanolun struktur formulu

Yüksək təzyiqli nozzilər, rotor-stator mikserləri və ya ultrasəs prosessorları kimi kavitasiya yaratmaq üçün müxtəlif vasitələr var. Bütün bu sistemlərdə giriş enerjisi sürtünmə, turbulentlik, dalğa və kavitasiyaya çevrilir. Giriş enerjisinin kavitasiyaya çevrilən hissəsi mayedə kavitasiya yaradan avadanlığın hərəkətini təsvir edən bir neçə amildən asılıdır. Sürətlənmənin intensivliyi enerjinin kavitasiyaya səmərəli çevrilməsinə təsir edən ən mühüm amillərdən biridir. Daha yüksək sürətlənmə daha yüksək təzyiq fərqləri yaradır. Bu da öz növbəsində maye vasitəsilə yayılan dalğaların yaranması əvəzinə vakuum qabarcıqlarının yaranma ehtimalını artırır. Beləliklə, sürətlənmə nə qədər yüksəkdirsə, kavitasiyaya çevrilən enerjinin bir hissəsi bir o qədər yüksəkdir.
Bir ultrasəs çeviricisi vəziyyətində, salınmanın amplitudası sürətlənmənin intensivliyini təsvir edir. Daha yüksək amplitüdlər kavitasiyanın daha effektiv yaradılması ilə nəticələnir. İntensivliyə əlavə olaraq maye turbulentlik, sürtünmə və dalğa əmələ gəlməsi baxımından minimal itkilər yaradacaq şəkildə sürətləndirilməlidir. Bunun üçün optimal yol hərəkətin birtərəfli istiqamətidir. Sonikasiya prosesinin intensivliyini və parametrlərini dəyişdirərək, ultrasəs çox sərt və ya çox yumşaq ola bilər. Bu, ultrasəsi müxtəlif tətbiqlər üçün çox yönlü bir vasitədir.
Compact and powerful ultrasonic lab devices allow for simple testings in small scale to evaluate process feasibility

Şəkil 1 – ultrasəs laboratoriya cihazı UP100H (100 vatt) texniki-iqtisadi sınaqlar üçün

Yumşaq şəraitdə yumşaq sonikasiya tətbiq edən yumşaq tətbiqlər daxildir deqazasiya, Emulsiyalaşdırıcı, və fermentlərin aktivləşdirilməsi. Yüksək intensivlikli/yüksək güclü ultrasəs (əsasən yüksək təzyiq altında) olan sərt tətbiqlərdir yaş frezeleme, deaqlomerasiya & hissəcik ölçüsünün azalması və Dağılmaq. kimi bir çox proqramlar üçün Çıxarma, parçalanma və ya Sonokimya, tələb olunan ultrasəs intensivliyi sonikasiya ediləcək xüsusi materialdan asılıdır. Fərdi prosesə uyğunlaşdırıla bilən müxtəlif parametrlərə görə, ultrasəs hər bir fərdi proses üçün şirin nöqtəni tapmağa imkan verir.
Mükəmməl güc dönüşümü ilə yanaşı, ultrasəsləmə ən vacib parametrlər üzərində tam nəzarətin böyük üstünlüyü təklif edir: Amplituda, Təzyiq, Temperatur, Özlülük və Konsentrasiya. Bu, hər bir xüsusi material üçün ideal emal parametrlərini tapmaq məqsədi ilə bütün bu parametrləri tənzimləmək imkanı verir. Bu, daha yüksək effektivliyə və optimallaşdırılmış səmərəliliyə səbəb olur.

Fermentasiya proseslərini yaxşılaşdırmaq üçün ultrasəs, bioetanol istehsalı ilə nümunəvi şəkildə izah olunur

Bioetanol biokütlənin və ya bioloji parçalana bilən tullantıların anaerob və ya aerob bakteriyalar tərəfindən parçalanmasının məhsuludur. İstehsal olunan etanol əsasən bioyanacaq kimi istifadə olunur. Bu, bioetanolun təbii qaz kimi qalıq yanacaqlar üçün bərpa oluna bilən və ekoloji cəhətdən təmiz alternativə çevrilməsinə səbəb olur.
Biokütlədən etanol istehsal etmək üçün xammal kimi şəkər, nişasta və liqnoselülozik materialdan istifadə edilə bilər. Sənaye istehsalı ölçüsü üçün şəkər və nişasta iqtisadi cəhətdən əlverişli olduğundan hazırda üstünlük təşkil edir.
Ultrasəsin verilmiş şərtlərdə xüsusi xammal ilə müştəri-fərdi prosesi necə təkmilləşdirdiyini texniki-iqtisadi sınaqlarla çox sadə şəkildə sınamaq olar. İlk addımda, ultrasəs ilə az miqdarda xammalın sonikasiyası laboratoriya cihazı ultrasəsin xammalı təsir edib-etmədiyini göstərəcək.

Fizibilite Testi

Birinci sınaq mərhələsində kiçik həcmli mayeyə nisbətən yüksək miqdarda ultrasəs enerjisi daxil etmək məqsədəuyğundur, beləliklə, hər hansı nəticənin əldə oluna biləcəyini görmək şansı artır. Kiçik bir nümunə həcmi də laboratoriya cihazından istifadə müddətini qısaldır və ilk sınaqlar üçün xərcləri azaldır.
Ultrasəs dalğaları sonotrode səthi tərəfindən mayeyə ötürülür. Sonotrode səthinin altında, ultrasəs intensivliyi ən sıxdır. Beləliklə, sonotrode və sonicated material arasında qısa məsafələrə üstünlük verilir. Kiçik bir maye həcmi məruz qaldıqda, sonotroddan olan məsafə qısa saxlanıla bilər.
Aşağıdakı cədvəl optimallaşdırmadan sonra sonikasiya prosesləri üçün tipik enerji/həcm səviyyələrini göstərir. İlk sınaqlar optimal konfiqurasiyada aparılmayacağından, sonikasiya intensivliyi və tipik dəyərin 10-50 dəfə vaxtı sonikləşdirilmiş materiala hər hansı təsirin olub-olmadığını göstərəcəkdir.

Proses

Enerji/

həcm

Nümunə Həcmi

Güc

Vaxt

sadə

< 100Ws/ml

10 ml

50W

< 20 san

Orta

100Ws/mL - 500Ws/ml

10 ml

50W

20 ilə 100 saniyə

Çətin

> 500Ws/ml

10 ml

50W

>100 san

Cədvəl 1 – Prosesin optimallaşdırılmasından sonra tipik sonication dəyərləri

Test sınaqlarının faktiki enerji girişi inteqrasiya olunmuş məlumat qeydi vasitəsilə qeyd edilə bilər (UP200Ht və UP200St), PC-interfeysi və ya gücölçən ilə. Amplituda qəbulu və temperaturun qeydə alınmış məlumatları ilə birlikdə hər bir sınaqın nəticələri qiymətləndirilə və enerji/həcm üçün alt xətt müəyyən edilə bilər.
Əgər sınaqlar zamanı optimal konfiqurasiya seçilibsə, bu konfiqurasiya performansı optimallaşdırma mərhələsi zamanı yoxlana bilər və nəhayət kommersiya səviyyəsinə qədər genişləndirilə bilər. Optimallaşdırmanı asanlaşdırmaq üçün sonikasiyanın hədlərini, məsələn, xüsusi formulalar üçün temperatur, amplituda və ya enerji/həcmi yoxlamaq çox tövsiyə olunur. Ultrasəs hüceyrələrə, kimyəvi maddələrə və ya hissəciklərə mənfi təsirlər yarada bildiyindən, mənfi təsirlərin müşahidə olunmadığı parametrlər diapazonu ilə aşağıdakı optimallaşdırmanı məhdudlaşdırmaq üçün hər bir parametr üçün kritik səviyyələr araşdırılmalıdır. Texniki-iqtisadi əsaslandırma üçün belə sınaqlarda avadanlıq və nümunələr üçün xərcləri məhdudlaşdırmaq üçün kiçik laboratoriya və ya dəzgah üstü qurğular tövsiyə olunur. Ümumiyyətlə, 100 ilə 1000 Vatt arasında olan vahidlər texniki-iqtisadi əsaslandırmanın məqsədlərinə çox yaxşı xidmət edir. (bax. Hielscher 2005)

Ultrasonic processes are easy to optimize and to scale up. This turns ultrasonication into an highly potential processing alternative to high pressure homogenizers, pearl and bead mills or three-roll mills.

Cədvəl 1 – Prosesin optimallaşdırılmasından sonra tipik sonication dəyərləri

optimallaşdırma

Texniki-iqtisadi əsaslandırmalar zamanı əldə edilən nəticələr, işlənmiş kiçik həcmdə kifayət qədər yüksək enerji istehlakını göstərə bilər. Lakin texniki-iqtisadi testin məqsədi ilk növbədə ultrasəsin materiala təsirini göstərməkdir. Əgər texniki-iqtisadi sınaq zamanı müsbət təsirlər baş verərsə, enerji/həcm nisbətini optimallaşdırmaq üçün əlavə səylər göstərilməlidir. Bu, prosesi iqtisadi cəhətdən ən ağlabatan və səmərəli etmək üçün mümkün olan daha az enerjidən istifadə edərək ən yüksək məhsuldarlığa nail olmaq üçün ultrasəs parametrlərinin ideal konfiqurasiyasını araşdırmaq deməkdir. Optimal parametr konfiqurasiyasını tapmaq üçün – minimum enerji sərfi ilə nəzərdə tutulan faydaları əldə etmək – ən vacib parametrlər arasında korrelyasiya amplituda, təzyiq, temperatur maye tərkibi araşdırılmalıdır. Bu ikinci addımda toplu sonikasiyadan axın hüceyrə reaktoru ilə davamlı sonikasiya qurğusuna dəyişiklik tövsiyə olunur, çünki təzyiqin vacib parametri toplu sonication üçün təsir edə bilməz. Partiyada sonikasiya zamanı təzyiq ətraf mühitin təzyiqi ilə məhdudlaşır. Əgər sonikasiya prosesi təzyiqli bir axın hüceyrə kamerasından keçərsə, təzyiq ümumiyyətlə ultrasəsə təsir edən yüksəldilə (və ya azaldıla bilər) kavitasiya kəskin şəkildə. Bir axın hüceyrəsindən istifadə edərək, təzyiq və prosesin səmərəliliyi arasında korrelyasiya müəyyən edilə bilər. arasında ultrasəs prosessorları 500 vat2000 vat Güc bir prosesi optimallaşdırmaq üçün ən uyğundur.

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

Şəkil 2 – Ultrasəs prosesinin optimallaşdırılması üçün axın qrafiki

Kommersiya İstehsalı üçün Ölçəyin

Optimal konfiqurasiya tapılıbsa, ultrasəs prosesləri kimi daha da böyüdülməsi sadədir xətti miqyasda tam təkrarlana bilir. Bu o deməkdir ki, eyni emal parametri konfiqurasiyası altında eyni maye formuluna ultrasəs tətbiq edildikdə, emal miqyasından asılı olmayaraq eyni nəticə əldə etmək üçün hər həcm üçün eyni enerji tələb olunur. (Hielscher 2005). Bu, ultrasəsin optimal parametr konfiqurasiyasını tam miqyaslı istehsal ölçüsünə tətbiq etməyə imkan verir. Faktiki olaraq, ultrasəs ilə emal edilə bilən həcm məhdudiyyətsizdir. qədər kommersiya ultrasəs sistemləri 16.000 vatt vahid başına mövcuddur və klasterlərdə quraşdırıla bilər. Ultrasəs prosessorlarının bu cür qrupları paralel və ya sıra ilə quraşdırıla bilər. Yüksək güclü ultrasəs prosessorlarının klaster-müdrik quraşdırılması ilə ümumi güc demək olar ki, qeyri-məhduddur ki, yüksək həcmli axınlar problemsiz işlənə bilsin. Həmçinin ultrasəs sisteminin uyğunlaşdırılması tələb olunarsa, məsələn, parametrləri dəyişdirilmiş maye formulasına uyğunlaşdırmaq üçün bu, əsasən sonotrode, gücləndirici və ya axın hüceyrəsini dəyişdirməklə edilə bilər. Ultrasəsin xətti miqyaslılığı, təkrar istehsal qabiliyyəti və uyğunlaşma qabiliyyəti bu yenilikçi texnologiyanı səmərəli və qənaətcil edir.

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

Şəkil 3 – Sənaye ultrasəs prosessoru UIP16000 16.000 vatt gücü ilə

Ultrasonik emal parametrləri

Ultrasonik maye emalı bir sıra parametrlərlə təsvir olunur. Ən vacibləri amplituda, təzyiq, temperatur, özlülük və konsentrasiyadır. Müəyyən bir parametr konfiqurasiyası üçün hissəcik ölçüsü kimi proses nəticəsi emal olunan həcmə düşən enerjinin funksiyasıdır. Fərdi parametrlərdə dəyişikliklərlə funksiya dəyişir. Bundan əlavə, ultrasəs vahidinin sonotrodunun səth sahəsinə düşən faktiki güc çıxışı parametrlərdən asılıdır. Sonotrotun səth sahəsinə düşən güc çıxışı səthin intensivliyidir (I). Səthin intensivliyi amplitudadan (A), təzyiqdən (p), reaktorun həcmindən (VR), temperaturdan (T), özlülükdən (η) və başqalarından asılıdır.

Ultrasonik emalın ən vacib parametrlərinə amplituda (A), təzyiq (p), reaktorun həcmi (VR), temperatur (T) və özlülük (η) daxildir.

Ultrasəs emalının kavitasiya təsiri amplituda (A), təzyiq (p), reaktorun həcmi (VR), temperatur (T), özlülük (η) və başqaları ilə təsvir olunan səth intensivliyindən asılıdır. Artı və mənfi işarələri sonikasiya intensivliyinə xüsusi parametrin müsbət və ya mənfi təsirini göstərir.

Yaranan kavitasiyanın təsiri səthin intensivliyindən asılıdır. Eyni şəkildə, proses nəticəsi korrelyasiya olunur. Ultrasəs qurğusunun ümumi gücü səth intensivliyi (I) və səth sahəsinin (S) məhsuludur:

səh [w] I [w / mm²]* s[mm²]

amplituda

Salınma amplitudası, sonotrode səthinin müəyyən bir zamanda (məsələn, 20kHz-də 1/20,000s) getdiyi yolu (məsələn, 50 µm) təsvir edir. Amplituda nə qədər böyükdürsə, hər vuruşda təzyiqin azalma və artması sürəti bir o qədər yüksəkdir. Bundan əlavə, hər vuruşun həcminin yerdəyişməsi artır və nəticədə daha böyük bir kavitasiya həcmi (baloncuk ölçüsü və/yaxud sayı). Dispersiyalara tətbiq edildikdə, daha yüksək amplitüdlər bərk hissəciklərə daha yüksək dağıdıcılıq göstərir. Cədvəl 1 bəzi ultrasəs prosesləri üçün ümumi dəyərləri göstərir.

The ultrasound amplitude is an important process parameter.

Cədvəl 2 – Amplitüdlər üçün ümumi tövsiyələr

təzyiq

Bir mayenin qaynama nöqtəsi təzyiqdən asılıdır. Təzyiq nə qədər yüksək olsa, qaynama nöqtəsi bir o qədər yüksəkdir və əksinə. Yüksək təzyiq qaynama nöqtəsinə yaxın və ya yuxarı temperaturda kavitasiyaya imkan verir. O, həmçinin partlamanın intensivliyini artırır ki, bu da qabarcıq daxilində statik təzyiq və buxar təzyiqi arasındakı fərqlə bağlıdır (müq. Vercet et al. 1999). Ultrasəs gücü və intensivliyi təzyiqin dəyişməsi ilə tez dəyişdiyi üçün sabit təzyiqli nasosa üstünlük verilir. Axın hüceyrəsinə maye tədarük edərkən nasos uyğun təzyiqlərdə xüsusi maye axını idarə edə bilməlidir. Diafraqma və ya membran nasosları; çevik boru, şlanq və ya sıxma nasosları; peristaltik nasoslar; və ya piston və ya dalgıç nasos alternativ təzyiq dalğalanmaları yaradacaq. Davamlı sabit təzyiqdə sonikasiya ediləcək mayeni təmin edən mərkəzdənqaçma nasosları, dişli nasoslar, spiral nasoslar və mütərəqqi boşluqlu nasoslara üstünlük verilir. (Hielscher 2005)

temperatur

Bir mayenin sonikasiyası ilə güc mühitə ötürülür. Ultrasəslə yaradılan salınım turbulentliklərə və sürtünməyə səbəb olduğundan, sonik maye - termodinamika qanununa uyğun olaraq – isinəcək. İşlənmiş mühitin yüksək temperaturu material üçün dağıdıcı ola bilər və ultrasəs kavitasiyasının effektivliyini azalda bilər. İnnovativ ultrasəs axını hüceyrələri soyutma gödəkçəsi ilə təchiz edilmişdir (şəkilə bax). Bununla, ultrasəs emal zamanı materialın temperaturu üzərində dəqiq nəzarət verilir. Kiçik həcmli stəkanın sonikasiyası üçün istilik yayılması üçün bir buz vannası tövsiyə olunur.

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

Şəkil 3 – Ultrasəs çeviricisi UIP1000hd (1000 vat) soyuducu gödəkçə ilə təchiz olunmuş axın hüceyrəsi ilə - optimallaşdırma addımları və ya kiçik miqyaslı istehsal üçün tipik avadanlıq

Özlülük və Konsentrasiya

ultrasəs frezelemeDağılmaq maye proseslərdir. Hissəciklər suspenziyada, məsələn, suda, yağda, həlledicilərdə və ya qatranlarda olmalıdır. Ultrasonik axın sistemlərindən istifadə etməklə çox özlü, pasta kimi materialı sonikasiya etmək mümkün olur.
Yüksək güclü ultrasəs prosessoru kifayət qədər yüksək bərk konsentrasiyalarda işləyə bilər. Yüksək konsentrasiya ultrasəs emalının effektivliyini təmin edir, çünki ultrasəs freze effekti hissəciklərarası toqquşma nəticəsində yaranır. Tədqiqatlar göstərdi ki, silisium dioksidin qırılma dərəcəsi 50%-ə qədər olan bərk konsentrasiyadan asılı deyil. Yüksək konsentrasiyalı materialın nisbəti ilə master partiyaların emalı ultrasəsdən istifadə edərək ümumi istehsal prosedurudur.

Güc və İntensivlik Enerjiyə qarşı

Səthin intensivliyi və ümumi güc yalnız emal intensivliyini təsvir edir. Sonicated nümunənin həcmi və müəyyən intensivlikdə məruz qalma vaxtı, onu miqyaslana bilən və təkrarlana bilən etmək üçün bir sonication prosesini təsvir etmək üçün nəzərə alınmalıdır. Verilmiş parametr konfiqurasiyası üçün proses nəticəsi, məsələn, hissəcik ölçüsü və ya kimyəvi çevrilmə, hər həcmə düşən enerjidən (E/V) asılı olacaq.

Nəticə = F (E /V )

Burada enerji (E) çıxış gücü (P) və məruz qalma vaxtının (t) məhsuludur.

E[Ws] = səh[w]*t[s]

Parametr konfiqurasiyasındakı dəyişikliklər nəticə funksiyasını dəyişəcək. Bu, öz növbəsində, müəyyən bir nəticə dəyərini əldə etmək üçün verilmiş nümunə dəyəri (V) üçün tələb olunan enerji miqdarını (E) dəyişəcəkdir. Bu səbəbdən nəticə əldə etmək üçün bir prosesə ultrasəsin müəyyən gücünü tətbiq etmək kifayət deyil. Tələb olunan gücü və gücün proses materialına verilməli olduğu parametr konfiqurasiyasını müəyyən etmək üçün daha mürəkkəb yanaşma tələb olunur. (Hielscher 2005)

Bioetanolun ultrasəs köməyi ilə istehsalı

Artıq məlumdur ki, ultrasəs bioetanol istehsalını yaxşılaşdırır. Mayeni biokütlə ilə qatılaşdırmaq, hələ də pompalana bilən yüksək viskozlu məlhəm əldə etmək tövsiyə olunur. Ultrasəs reaktorları olduqca yüksək bərk konsentrasiyaları idarə edə bilər ki, sonikasiya prosesi ən səmərəli şəkildə həyata keçirilə bilər. Şlamın tərkibində nə qədər çox material varsa, sonikasiya prosesindən qazanc əldə etməyəcək daha az daşıyıcı maye müalicə olunacaq. Mayeyə enerjinin daxil edilməsi termodinamika qanunu ilə mayenin istiləşməsinə səbəb olduğundan, bu, ultrasəs enerjisinin mümkün qədər hədəf materiala tətbiq edilməsi deməkdir. Belə səmərəli proses dizaynı ilə artıq daşıyıcı mayenin israfçı qızdırılmasının qarşısı alınır.
Ultrasəs kömək edir Çıxarma hüceyrədaxili materialın tərkibinə daxil olur və bununla da onu enzimatik fermentasiya üçün əlçatan edir. Yüngül ultrasəs müalicəsi enzimatik aktivliyi artıra bilər, lakin biokütlənin çıxarılması üçün daha intensiv ultrasəs tələb olunacaq. Beləliklə, intensiv ultrasəs fermentləri təsirsiz hala gətirdiyindən, sonikasiyadan sonra fermentlər biokütlə şlamına əlavə edilməlidir, bu arzuolunmaz təsirdir.

Elmi tədqiqatların əldə etdiyi cari nəticələr:

Yoswathana və başqalarının tədqiqatları. (2010) düyü samanından bioetanol istehsalı ilə bağlı apardıqları araşdırmalar göstərmişdir ki, fermentativ müalicədən əvvəl turşudan qabaq müalicə və ultrasəs kombinasiyası şəkər məhsuldarlığının 44%-ə qədər artmasına səbəb olur (düyü samanı əsasında). Bu, liqnoselüloz materialının şəkərə enzimatik hidrolizindən əvvəl fiziki və kimyəvi ilkin müalicənin birləşməsinin effektivliyini göstərir.

Diaqram 2 düyü samanından bioetanol istehsalı zamanı ultrasəs şüalanmasının müsbət təsirlərini qrafik şəkildə göstərir. (Kömür turşu/fermentlə qabaqcadan müalicədən və ultrasəslə əvvəlcədən müalicədən keçmiş nümunələri zərərsizləşdirmək üçün istifadə edilmişdir.)

Ultrasəs köməyi ilə fermentasiya əhəmiyyətli dərəcədə yüksək etanol məhsuldarlığı ilə nəticələnir. Bioetanol düyü samanından istehsal edilmişdir.

Diaqram 2 – Fermentasiya zamanı etanol məhsuldarlığının ultrasəs gücləndirilməsi (Yoswathana et al. 2010)

Başqa bir son araşdırmada ultrasəslənmənin β-qalaktosidaza fermentinin hüceyrədənkənar və hüceyrədaxili səviyyələrinə təsiri araşdırılmışdır. Süleyman və başqaları. (2011) Kluyveromyces marxianus (ATCC 46537) maya artımını stimullaşdıran nəzarət olunan temperaturda ultrasəsdən istifadə edərək bioetanol istehsalının məhsuldarlığını əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər. Məqalə müəllifləri ≤20% vəzifə dövrlərində ultrasəs (20 kHz) ilə aralıq sonikasiyanın K. marxianusda biokütlə istehsalını, laktoza mübadiləsini və etanol istehsalını 11,8 Vtcm-lik nisbətən yüksək sonikasiya intensivliyində stimullaşdırdığını davam etdirir.2. Ən yaxşı şəraitdə sonikasiya son etanol konsentrasiyasını nəzarətə nisbətən təxminən 3,5 dəfə artırdı. Bu, etanol məhsuldarlığının 3,5 qat artmasına uyğundur, lakin sonikasiya vasitəsilə bulyonun hər kubmetri üçün 952 Vt əlavə güc tələb olunurdu. Enerjiyə olan bu əlavə tələb, şübhəsiz ki, bioreaktorlar üçün məqbul əməliyyat normaları daxilində idi və yüksək dəyərli məhsullar üçün məhsuldarlığın artması ilə asanlıqla kompensasiya oluna bilərdi.

Nəticə: Ultrasonik Yardımlı Fermentasiyanın Faydaları

Ultrasəs müalicəsi bioetanol məhsuldarlığını artırmaq üçün səmərəli və yenilikçi bir üsul kimi göstərilmişdir. Əsasən, ultrasəs qarğıdalı, soya, saman, ligno-selüloz material və ya bitki tullantıları kimi biokütlədən hüceyrədaxili material çıxarmaq üçün istifadə olunur.

  • Bioetanol məhsuldarlığının artması
  • Dezinterasiya/ Hüceyrə məhvi və hüceyrədaxili materialın sərbəst buraxılması
  • Təkmilləşdirilmiş anaerob parçalanma
  • Yüngül sonikasiya ilə fermentlərin aktivləşdirilməsi
  • Yüksək konsentrasiyalı şlamlar vasitəsilə prosesin səmərəliliyinin artırılması

Sadə sınaq, təkrarlana bilən genişləndirmə və asan quraşdırma (həmçinin artıq mövcud istehsal axınlarında) ultrasəsləri sərfəli və səmərəli texnologiya edir. Ticarət emal üçün etibarlı sənaye ultrasəs prosessorları mövcuddur və faktiki olaraq qeyri-məhdud maye həcmlərini sonikləşdirməyə imkan verir.

UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

Picure 4 – 1000W ultrasəs prosessoru ilə quraşdırma UIP1000hd, axın hüceyrəsi, tank və nasos

Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizdən soruşun!

Əlavə məlumat üçün müraciət edin

Zəhmət olmasa, ultrasəs prosessorları, ultrasəs köməyi ilə bioetanol fermentasiyası və qiymət haqqında əlavə məlumat tələb etmək üçün aşağıdakı formadan istifadə edin. Biz sizinlə bioetanol istehsal prosesinizi müzakirə etməkdən və prosesinizi təkmilləşdirən sonikator təklif etməkdən şad olarıq!









Bizim qeyd edin Gizlilik Siyasəti.


Ədəbiyyat / İstinadlar


Prosesinizi müzakirə etməkdən məmnun olarıq.

Let's get in contact.