Ефективни биорафинерии чрез ултразвукова интензификация на процесите

Ултразвукът е техника за усилване на процеса, която се прилага в различни процеси в биорафинериите. Типични процеси, които се възползват значително от ултразвуковата обработка, са екстракцията, бавните хетерогенни реакции, както и други приложения, които включват интензивно смесване, хомогенизиране и диспергиране. Ултразвукът ускорява процесите и реакциите и ги прави по-ефективни. Резултатите от ултразвуковите процеси са по-високи добиви/изходи и по-високи проценти на преобразуване.

Какво представляват биорафинериите?

Биорафинерията е производствено съоръжение, което интегрира процеси на преобразуване на биомаса и оборудване за преработка за производство на горива, енергия и други полезни продукти, като химикали от суровината от биомаса. Типичната биомаса, преработена в биорафинериите, включва суровини като селскостопански отпадъци и странични продукти, която се рециклира в различни продукти с добавена стойност на биологична основа, например храни, фуражи, химикали, биоенергия (биогорива, електроенергия и/или топлинна енергия). Производствените процеси на биорафинерията са предназначени да бъдат устойчиви и екологични. Подобно на конвенционалните рафинерии, биорафинериите могат да осигурят множество химикали чрез фракциониране на първоначалната суровина (биомаса) на множество междинни продукти (въглехидрати, протеини, триглицериди), които могат да бъдат допълнително превърнати в продукти с добавена стойност. Ключова характеристика на биорафинериите е валоризацията и рециклирането/рециклирането на отпадъци като селскостопански, градски и промишлени отпадъци чрез превръщане на безполезната биомаса в ценни материали.

Биорафинерии с ултразвукова интензивност

Чрез интегрирането на ултразвука много процеси като екстракция, храносмилане, дезинтеграция, трансестерификация и много други могат да се изпълняват значително по-ефективно. Ултразвуковата интензификация на процесите в биорафинерията има за цел главно да подобри добивите, да направи процесите по-ефективни във времето и енергията и да подобри чистотата и качеството на крайния продукт. Ултразвукът може да допринесе за различни процеси на биорафинерия.

Как работи Sonication? – Принципът на работа на ултразвука

За високоефективна ултразвукова обработка високоинтензивният, нискочестотен ултразвук се генерира от ултразвуков генератор и се предава чрез ултразвукова сонда (сонотрод в течност. Ултразвукът с висока мощност се счита за ултразвук в диапазона 16-30kHz. Ултразвуковата сонда се разширява и свива например при 20kHz, като по този начин предава съответно 20 000 вибрации в секунда в средата. Когато ултразвуковите вълни преминават през течността, редуващите се цикли на високо налягане (компресия) / ниско налягане (разреждане или разширяване) създават миниатюрни вакуумни мехурчета или кухини, които растат в продължение на няколко цикъла на налягане. По време на фазата на компресия на течността и мехурчетата налягането е положително, докато фазата на разреждане произвежда вакуум (отрицателно налягане). По време на циклите на компресия-разширяване кухините в течността растат, докато достигнат размер, при който не могат да абсорбират повече енергия. В този момент те се взривяват насилствено. Имплозията на тези кухини води до различни високоенергийни ефекти, които са известни като феномен акустична / ултразвукова кавитация. Акустичната кавитация се характеризира с многобройни високоенергийни ефекти, които въздействат върху течности, твърди/течни системи, както и газови/течни системи. Енергийно плътната зона или кавитационната зона е известна като така наречената зона на гореща точка, която е най-енергийно плътна в непосредствена близост до ултразвуковата сонда и намалява с увеличаване на разстоянието от сонотрода. Снимката вляво показва интензивна кавитация на ултразвукова сонда с мощност 1kW във вода. Основните характеристики на ултразвуковата кавитация включват локално срещащи се много високи температури и налягания и съответните диференциали, турбуленции и поток на течности. По време на имплозията на ултразвукови кухини в ултразвукови горещи точки могат да бъдат измерени температури до 5000 Келвина, налягане до 200 атмосфери и течни струи със скорост до 1000 км/ч. Тези изключителни енергоемки условия допринасят за сономеханични и сонохимични ефекти, които засилват биомасата и химичните системи по различни начини.
Основното въздействие на ултарсоникацията върху биомасата е резултат от следните ефекти:

• Високо срязване: Ултразвуковите сили на срязване разрушават течностите и системите течност-твърдо вещество, причинявайки интензивно разбъркване, хомогенизиране и пренос на маса.
• Въздействие: Течните струи и струите, генерирани от ултразвукова кавитация, ускоряват твърдите вещества в течностите, което впоследствие води до междупартикуларен сблъсък. Когато частиците се сблъскат с много високи скорости, те ерозират, разбиват се и се смилат и разпръскват фино, често до наноразмер. За биологични вещества като растителна тъкан и биологични отпадъци, високоскоростните течни струи и променливите цикли на налягане нарушават клетъчните стени и освобождават вътреклетъчния материал. Това води до високоефективна екстракция на биоактивни съединения и хомогенно смесване на биомасата.
• Възбуда: Ултразвукът причинява интензивни турбуленции, сили на срязване и микродвижение в течността или суспензията. По този начин ултразвукът винаги засилва преноса на маса и по този начин ускорява реакциите и процесите.

Високопроизводителни ултразвукови процесори за биорафинерии

Hielscher Ultrasonic произвежда и разпространява ултразвукови смесители с висока степен на срязване за високоефективни приложения като хомогенизиране, смесване, разрушаване на клетките, разпадане, екстракция, диспергиране, дегазификация и иницииране на химични реакции. Ултразвуковите реактори се внедряват в биорафинерии по целия свят, за да се увеличи ефективността, добивите и скоростта на преобразуване на различни процеси.
Високопроизводителното ултразвуково оборудване за биорафинерични процеси е лесно достъпно за настолни, пилотни и промишлени инсталации. Тъй като ултразвуковите приложения като екстракция, разпадане, разтваряне, подобряване на преноса на маса, хомогенизация и деаерация са вече установени процеси, преходът от първите изпитвания, оптимизацията към вашите специфични изисквания към процеса и инсталирането на напълно индустриална ултразвукова система за разделяне и/или извличане е бърз и лесен.
Hielscher Ultrasonics доставя високоефективни ултразвукови апарати с всякакъв размер и капацитет. С UIP16000 (16kW) Hielscher произвежда най-мощния ултразвуков процесор в света. UIP16000, както и всички други индустриални ултразвукови системи, могат лесно да бъдат групирани до необходимия капацитет за обработка. Всички ултразвукови уреди на Hielscher са създадени за работа 24/7 при пълно натоварване и в взискателни среди.

Ултразвукови сонди и сонореактори за всякакъв обем

Продуктовата гама на Hielscher Ultrasonics обхваща пълния спектър от ултразвукови процесори от компактни лабораторни ултразвукови процесори през настолни и пилотни системи до напълно индустриални ултразвукови процесори с капацитет за обработка на камиони на час. Пълната продуктова гама ни позволява да ви предложим най-подходящото ултразвуково оборудване за вашето приложение, технологичен капацитет и производствени цели.

Прецизно контролирани амплитуди за оптимални резултати

Всички ултразвукови процесори на Hielscher са прецизно управляеми и по този начин надеждни работни коне в R&D и производство. Амплитудата е един от ключовите параметри на процеса, които влияят върху ефективността и ефективността на сонохично и сономеханично индуцираните реакции. Всички ултразвукови уреди на Hielscher’ Процесорите позволяват прецизна настройка на амплитудата. Сонотродите и усилващите клаксони са аксесоари, които позволяват да се променя амплитудата в още по-широк диапазон. Индустриалните ултразвукови процесори на Hielscher могат да осигурят много високи амплитуди и да осигурят необходимия ултразвуков интензитет за взискателни приложения. Амплитуди до 200 μm могат лесно да работят непрекъснато в режим на работа 24/7.
Прецизните настройки на амплитудата и постоянното наблюдение на параметрите на ултразвуковия процес чрез интелигентен софтуер ви дават възможност да обработвате биомаса при най-ефективните ултразвукови условия. Оптимална ултразвук за най-ефективно рециклиране на биомаса!
Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява 24/7 работа при тежки натоварвания и в взискателни среди. Това прави ултразвуковото оборудване на Hielscher надежден работен инструмент, който отговаря на вашите изисквания за процес на биорафиниране.

Най-високо качество – Проектиран и произведен в Германия

Като семеен и семеен бизнес, Hielscher дава приоритет на най-високите стандарти за качество на своите ултразвукови процесори. Всички ултразвукови апарати са проектирани, произведени и щателно тествани в централата ни в Телтов близо до Берлин, Германия. Здравината и надеждността на ултразвуковото оборудване на Hielscher го правят работен кон във вашето производство. Работата 24/7 при пълно натоварване и в взискателни среди е естествена характеристика на високопроизводителните ултразвукови сонди и реактори на Hielscher. Нашият квалифициран екип е готов да ви помогне с познания за процеса, обучение и поддръжка.

Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати: