Многофазен кавитатор – Поставете MPC48 за ултразвуковата клетка за измерване на дебита
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.
Тази вложка е особено полезна за емулсионна химия, като например реакции на фазов трансфер, Фазов трансфер-катализа (PTC) или екстракция течност-течност. Друга интересна област на приложение е утаяването на частици от два течни прекурсора или сонокристализацията. Тази вложка е предназначена за реактори с поточни клетки на Hielscher и позволява партидна или непрекъсната обработка.
Един и 48 инжекционни порта
Ултразвукът е ефективно средство за емулгиране и смесване. За разлика от конвенционалната конфигурация, при която отделни фази се комбинират, преди да влязат в поточната клетка и кавитацията, тази вложка на поточната клетка подобрява комбинацията от двете фази. Когато течността се инжектира през 48-те фини канюли, тя навлиза в клетката на потока в много тесни нишки. Вложката използва много 48 фини медицински канюли с вътрешен диаметър от 0,3 мм до 1,2 мм. Тези канюли могат лесно да се сменят и са евтин консуматив (стерилен, приблизително 2ct/бр). Ултразвуковата кавитация (при 20kHz) разрязва 48-те входящи течни нишки на малки капчици, когато влязат в течната фаза в поточната клетка.
Дизайнът прилага едно и също налягане на подаване от едно захранване към всичките 48 канюли, за да изравни потока между канюлите.
48 входни отвора в ултразвуков реактор за реакции течност-течност
Инжектиране в ултразвуков многофазен кавитатор
ВложкаMPC48 – 48 фини канюли завършват в зоната на кавитация
Ултразвуков реактор с проточни клетки FC100L1K-1S с InsertMPC48
Употреби и приложения
Ултразвуковите реактори на Hielscher често се използват за емулгиране, за подобряване на кинетиката на процеса на фазов трансфер или скоростта на разтваряне в течно-течни фазови системи. Примери за такива процеси са окислителното десулфуризиране с водороден прекис и последваща екстракция с разтворител или катализираната от основата трансестерификация на триглицериди.
Ограничената разтворимост на една реагентна фаза в друга реагентна фаза е значителен проблем в химията на процесната емулсия, тъй като и двете фази реагират помежду си само в интерфазата. Без ултразвук това води до ниска скорост на реакция и бавна кинетика на преобразуване в двуфазни системи.
Използвайки вложката с ултразвуков реактор, кавитацията произвежда високо хидравлично срязване и разбива инжектираната фаза на субмикронни и наноразмерни капчици. Тъй като специфичната повърхност на фазовата граница влияе върху химическата скорост на реакцията, това значително намаляване на диаметъра на капката подобрява кинетиката на реакцията и може да намали или елиминира необходимостта от фазово-трансферни агенти. Обемният процент на инжектираната фаза може да бъде намален, тъй като по-фините емулсии се нуждаят от по-малък обем, за да осигурят същата контактна повърхност с другата фаза на реагента.
Използването на тази вложка може да намали необходимото количество катализатори за амфифилна емулсия или Катализатори за фазов трансфер (PTC), като кватернерни амониеви соли с тяхната уникална способност да се разтварят както във водни, така и в органични течности.
Подобрен пренос на маса за химични реакции
Когато две фази на реагента реагират на границата на фазата, продуктите на реакцията се натрупват на повърхността на капката и блокират взаимодействието на фазите на реагента на границата на границата. Хидравличното срязване, причинено от ултразвуковата кавитация, води до турбулентен поток и транспорт на материал от и до повърхностите на капките и води до многократно сливане и последващо образуване на нови капчици. С напредването на реакцията с течение на времето, ултразвукът максимизира експозицията и взаимодействието на реагентите.
Този ефект се използва в много процеси, като трансестерификацията на растителни масла до биодизел или синтеза на полиестери чрез трансестерификация на диестери с диоли за образуване на макромолекули.
Емулгиране / Емулгиране
Тази вложка на поточната клетка подобрява емулгирането при смесване на несмесващи се течности. Това води до по-малки размери на капките и по-тясно разпределение на размерите – ключов фактор за стабилността на емулсията. С този дизайн можете да инжектирате и емулгирате течности с нисък и среден вискозитет дори в течности с висок вискозитет, като тежки горива (HFO), полимери или гелове. Някои формулировки може да изискват добавяне на емулгатори или стабилизатори. В този случай помага за равномерното смесване на емулгатора. Персонализирани дизайни за инжектиране на повече от една фаза, въпреки че канюлите се предлагат при поискване.
течно-течна екстракция
Тази вложка засилва процесите на екстракция течност-течност чрез създаване на турбулентна емулсия с фин размер, например на разтворителна фаза в маслена фаза. Това отново увеличава контактната повърхност на фазата и води до по-добра екстракция и намалено използване на разтворител.
Аквагорива за по-чисто горене
Нискокачествените мазути, като мазут, използван на морски плавателни съдове или за производство на електроенергия, могат да бъдат емулгирани с вода. Това води до по-ефективно изгаряне и значително намаляване на NOx емисии и сажди.
Прочетете повече за ултразвуковата емулгиране на аквагорива (емулсионни горива)!
Утаяване / сонокристализация
Пигментите или наночастиците могат да се генерират отдолу нагоре чрез утаяване в течности. В този случай пренаситената смес започва да образува твърди частици или кристали от силно концентрирания материал. Тези частици ще растат до определена точка и накрая ще се утаят. За да се контролира размерът и морфологията на частиците/кристалите, контролът на смесването на прекурсор/реагент е от съществено значение.
Като цяло процесът на утаяване включва: смесване, пренасищане, нуклеация, растеж на частици и агломерация. Последното се избягва чрез ниска концентрация на твърдо вещество или чрез стабилизиращи агенти. Смесването е от решаващо значение; Както при повечето процеси на утаяване, скоростта на реакцията е много висока. InsertMPC48 комбинира бързи тесни инжекционни струи със силно ултразвуково кавитационно срязване. Това увеличава скоростта и производителността на смесването, създавайки повече и по-малки частици.
Разпределение на частиците по размер на частиците Fe3O4 (магнетит), генерирано в непрекъсната ултразвукова реакция на утаяване (Banert et al., 2004).
От лабораторни тестове до пилотен мащаб и производство
Hielscher Ultrasonics предлага оборудване за тестване, проверка и използване на тази технология във всякакъв мащаб. Концепцията е лесна за включване в съществуващите процеси.
- Подаване на фаза A във входния отвор за течност в долната част на проточната клетка
- Подайте фаза B в по-малки(те) входящ(и) отвор(и) за течност отстрани на проточната клетка. Този фураж ще се инжектира в кавитационната зона през 48 фини тръби
- Регулирайте налягането на реактора с помощта на клапан за обратно налягане на изходния отвор на проточната клетка
На лабораторно ниво соникаторът UIP1000hdT с мощност 1 kW могат да обработват дебити от 100 до 1000 л/ч (25 до 250 гал/ч) за демонстрация на процеса и за оптимизиране на параметрите на ултразвуковата обработка. Ултразвуковите процесори на Hielscher са проектирани за линейно мащабиране до по-големи обеми на обработка в пилотен или производствен мащаб. В таблицата по-долу са посочени обемите на обработка и препоръчителните размери на оборудването.
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 0.2л | 0.25 до 2м3/час | UIP1000hdT, UIP2000hdT |
| 0.2л | 1 до 8м3/час | UIP4000hdT |
| Н.А. | 4 до 30м3/час | UIP16000hdT |
| Н.А. | над 30 м3/час | Клъстер от UIP10000 или UIP16000hdT |
Често задавани въпроси относно MultiPhaseCavitator – Ултразвукова вложка за измерване на дебита MPC48
Какво представлява вложката MultiPhaseCavitator (вложката за проточна клетка MPC48)?
Вложката MultiPhaseCavitator (InsertMPC48) е вложката за проточна клетка, предназначена за подобряване на ултразвуковата обработка на смеси от тип течност/течност или течност/газ. Тя използва 48 много фини канюли, които впръскват течност или газ в течната фаза точно в зоната на кавитация, създавайки много малки суспендирани капчици или газови мехурчета с голяма специфична повърхност.
Какво означава MPC48?
MPC е съкращението от MultiPhaseCavitator. Числото 48 показва, че вложката разполага с 48 канюли като места за инжектиране. По заявка вложката за проточна клетка може да бъде оборудвана с повече или по-малко канюли.
Как функционира вложката за поточна клетка MPC48?
Когато течността се впръсква през 48-те фини медицински канюли (с вътрешен диаметър от 0,3 мм до 1,2 мм), тя навлиза в проточната клетка под формата на много тънки струи. Ултразвуковата кавитация при 20 kHz раздробява тези входящи струи на малки капчици, когато те преминат в течна фаза. Конструкцията осигурява еднакво налягане на подаване от един източник към всички 48 канюли, за да се изравни дебитът между тях.
За какви приложения е най-подходяща вложката MultiPhaseCavitator?
Тя е особено полезна за емулсионната химия, като например реакции с фазов пренос, катализа с фазов пренос (PTC) и течно-течна екстракция. Освен това е подходяща за утаяване на частици от два течни прекурсора, както и за сонокристализация. Вложката е проектирана за реактори с проточна клетка на Hielscher и позволява периодична или непрекъсната обработка.
Как вложката MPC48 подобрява реакциите с фазов пренос?
Тъй като ограничената разтворимост на една фаза на реагента в другата ограничава реакцията до междуфазовата зона, двуфазните системи често се характеризират с ниски реакционни скорости без използване на ултразвук. С помощта на вложката кавитацията създава силно хидравлично срязване и разбива инжектираната фаза на капчици с размер под микрона и наноразмерни. Това значително намаляване на диаметъра на капчиците подобрява реакционната кинетика и може да намали или елиминира необходимостта от агенти за фазов пренос.
Може ли вложката да намали необходимото количество катализатор?
Да. Тази добавка може да намали необходимото количество амфифилни емулгиращи катализатори или катализатори за фазов пренос (PTC), като например четвъртични амониеви соли, тъй като по-фините емулсии изискват по-малък обем, за да осигурят същата контактна повърхност с другата реагентна фаза.
Как това подобрява масообмена при химичните реакции?
Продуктите от реакцията могат да се натрупват по повърхността на капките и да блокират взаимодействието на реагентите на границата на раздела. Хидравличното срязване, предизвикано от ултразвуковата кавитация, създава турбулентно течение и пренос на материал към и от повърхностите на капките, което води до повтарящо се сливане и образуване на нови капки. С течение на времето ултразвуковата обработка осигурява максимална експозиция и взаимодействие на реагентите – използвани в процеси като трансестерификацията на растителни масла за получаване на биодизел или синтеза на полиестери.
Ефективен ли е този вложка за екстракция „течност-течност“?
Да. Вложката подобрява екстракцията „течност-течност“, като създава турбулентна емулсия с фини частици, например на разтворителна фаза в маслена фаза. Това увеличава повърхността на контакт между фазите и води до по-добра екстракция при по-малко използване на разтворител.
Може ли да се използва за производството на водни горива?
Да. Нискокачествените горива, като например тежкото гориво, използвано на морски плавателни съдове или за производство на електроенергия, могат да се емулгират с вода. Това води до по-ефективно изгаряне и значително намаляване на емисиите на NOx и саждите.
Открийте предимствата на ултразвуковата емулгиране на водни горива!
Как вложката спомага за утаяването и сонокристализацията?
Пигментите или наночастиците могат да се получават чрез метод „отдолу-нагоре“ чрез утаяване в течности. Вложката MPC48 комбинира бързи и тесни струи с силно ултразвуково кавитационно срязване, което увеличава до максимум скоростта и ефективността на смесването, създавайки повече и по-малки частици. Тъй като скоростта на много реакции на утаяване е много висока, контролирането на смесването на прекурсорите/реагентите е от съществено значение, а вложката помага за контролиране на размера и морфологията на частиците/кристалите.
Канюлите са ли консумативи?
Да. 48-те фини медицински канюли могат лесно да се заменят и са евтин консуматив (стерилни, приблизително 2 ct/бр.). Тези канюли са стандартни консумативи и могат лесно да се намерят на местния пазар. По заявка се предлагат индивидуални решения за впръскване на повече от една фаза през канюлите.
Как се настройва проточната клетка с InsertMPC48? Концепцията лесно се интегрира в съществуващите процеси: подайте фаза А в отвора за вход на течност в долната част на проточната клетка, подайте фаза Б в по-малкия(ите) отвор(и) за вход на течност отстрани (инжектира се в кавитационната зона чрез 48-те тънки тръбички) и регулирайте налягането в реактора с помощта на клапан за обратно налягане на изходния отвор на проточната клетка.
Какви възможности за разширяване и размери на оборудването се предлагат?
Hielscher предлага оборудване за тестване, проверка и прилагане на тази технология във всеки мащаб, с линейно мащабиране от лабораторни условия до пилотни и производствени. Например, моделът UIP1000hd (1 kW) може да обработва 100–1 000 л/час за демонстрационни цели и оптимизиране на параметрите; препоръчваните устройства варират от UIP1000hd/UIP2000hd до UIP4000 и UIP16000, като за дебити над 30 м³/ч се използват клъстери от UIP10000 или UIP16000.
Ултразвукова вложка за измерване на дебита MPC48 – Многофазен кавитатор