Efikasne biorafinerije putem ultrazvučnog intenziviranja procesa
Ultrazvuk je tehnika intenziviranja procesa, koja se implementira u različite procese u biorafinerijama. Tipični procesi koji imaju značajnu korist od ultrazvučnog tretmana su ekstrakcija, spore heterogene reakcije kao i druge primjene koje uključuju intenzivno miješanje, homogenizaciju i dispergiranje. Ultrazvuk ubrzava procese i reakcije i čini ih efikasnijim. Rezultati ultrazvučno promoviranih procesa su veći prinosi/izlazi i veće stope konverzije.
Šta su bio-rafinerije?
Biorafinerija je proizvodni objekat koji integriše procese konverzije biomase i opremu za preradu za proizvodnju goriva, energije i drugih korisnih proizvoda kao što su hemikalije iz sirovine biomase. Tipična biomasa prerađena u biorafinerijama uključuje sirovine kao što su poljoprivredni otpad i nusproizvodi, koji se recikliraju u različite proizvode na biološkoj bazi s dodanom vrijednošću, npr. hranu, hranu za životinje, kemikalije, bioenergiju (biogoriva, električna energija i/ili toplina ). Proizvodni procesi biorafinerije imaju za cilj da budu održivi i ekološki prihvatljivi. Slično konvencionalnim rafinerijama, biorafinerije mogu osigurati više kemikalija frakcioniranjem početne sirovine (biomase) u više međuproizvoda (ugljikohidrati, proteini, trigliceridi) koji se dalje mogu pretvoriti u proizvode s dodanom vrijednošću. Ključna karakteristika biorafinerija je valorizacija i reciklaža/prerada otpada poput poljoprivrednog, urbanog i industrijskog otpada putem pretvaranja beskorisne biomase u vrijedne materijale.
Ultrazvučno pojačane biorafinerije
Integracijom ultrazvučne obrade, mnogi procesi kao što su ekstrakcija, probava, dezintegracija, transesterifikacija između mnogih drugih mogu se pokrenuti znatno efikasnije. Ultrazvučno intenziviranje procesa u biorafineriji ima za cilj uglavnom poboljšanje prinosa, da procesi budu vremenski i energetski efikasniji i da se poboljša čistoća i kvalitet konačnog proizvoda. Ultrasonication može doprinijeti različitim procesima biorafinerije.
Ultrazvučna ekstrakcija i homogenizacija zelene biomase u cilju oslobađanja i izolacije vrijednih spojeva
Kako radi sonikacija? – Princip rada ultrazvuka
Za ultrazvučnu obradu visokih performansi, ultrazvuk visokog intenziteta, niske frekvencije generiše ultrazvučni generator i prenosi preko ultrazvučne sonde (sonotrode u tečnost. Ultrazvuk velike snage smatra se ultrazvukom u opsegu od 16-30 kHz. Ultrazvuk sonda se širi i skuplja, npr. na 20 kHz, prenoseći na taj način 20.000 vibracija u sekundi u medijum. Kada ultrazvučni talasi putuju kroz tečnost, naizmenični ciklusi visokog pritiska (kompresije) / niskog pritiska (razređivanja ili ekspanzije) stvaraju sitne vakuumske mehuriće. ili šupljine, koje rastu tokom nekoliko ciklusa pritiska Tokom faze kompresije tečnosti i mehurića, pritisak je pozitivan, dok faza razređivanja stvara vakuum (negativan pritisak). Tokom ciklusa kompresije-ekspanzije, šupljine u tečnosti rastu. sve dok ne dostignu veličinu, pri kojoj ne mogu da apsorbuju više energije. Akustičnu kavitaciju karakterišu višestruki visokoenergetski efekti, koji utiču na tečnosti, čvrste/tečne sisteme kao i na sisteme gas/tečnost. Energetski gusta zona ili kavitacijska zona poznata je kao zona vrućih tačaka, koja je energetski najgušća u neposrednoj blizini ultrazvučne sonde i opada sa povećanjem udaljenosti od sonotrode. Slika lijevo prikazuje intenzivnu kavitaciju na ultrazvučnoj sondi od 1kW u vodi. Glavne karakteristike ultrazvučne kavitacije uključuju lokalne vrlo visoke temperature i pritiske i odgovarajuće razlike, turbulencije i strujanje tekućine. Tokom implozije ultrazvučnih šupljina u ultrazvučnim žarištima mogu se mjeriti temperature do 5000 Kelvina, pritisci do 200 atmosfera i mlazovi tekućine do 1000 km/h. Ovi izvanredni energetski intenzivni uslovi doprinose sonomehaničkim i sonohemijskim efektima koji intenziviraju biomasu i hemijske sisteme na različite načine.
Glavni utjecaj ultrasonikacije na biomasu rezultat je sljedećih efekata:
- Visoko smicanje: Ultrazvučne sile visokog smicanja ometaju tečnosti i tečno-čvrste sisteme uzrokujući intenzivno mešanje, homogenizaciju i prenos mase.
- Uticaj: Mlazevi tekućine i strujanje generirani ultrazvučnom kavitacijom ubrzavaju čvrste tvari u tekućinama, što potom dovodi do interpartikularnog sudara. Kada se čestice sudaraju pri vrlo velikim brzinama, one erodiraju, razbijaju se i melju se i fino raspršuju, često do nano-veličine. Za biološke materije kao što su biljno tkivo i biootpad, mlaz tečnosti velike brzine i naizmenični ciklusi pritiska remete ćelijske zidove i oslobađaju unutarćelijski materijal. Ovo rezultira visoko efikasnom ekstrakcijom bioaktivnih jedinjenja i homogenim mešanjem biomase.
- agitacija: Ultrasonication uzrokuje intenzivne turbulencije, posmične sile i mikro-pokrete u tekućini ili kaši. Na taj način, sonikacija uvijek intenzivira prijenos mase i time ubrzava reakcije i procese.
Ultrazvuk visokih performansi je tehnika za intenziviranje procesa koja se primjenjuje u više industrija. Ultrazvučna obrada se koristi za obradu tekućina i suspenzija u cilju miješanja i homogenizacije, promoviranja prijenosa mase, ekstrakcije spojeva i/ili za pokretanje kemijskih reakcija.
Uobičajene primjene ultrazvučne obrade u biorafinerijama su:
- Proizvodnja bioetanola
- ekstrakcija vrijednih jedinjenja iz biomase (npr. proteini, pektini, škrobovi itd.)
- sinteza biodizela iz istrošenih biljnih ulja i životinjskih masti
- Biodizel iz ulja algi
- tretman lignocelulozom
- modifikacija skroba
UIP4000hdT – Ultrazvučni sistem snage 4kW za kontinuiranu inline ultrazvučnu obradu stajnjaka
Ultrazvučni procesori visokih performansi za biorafinerije
Hielscher Ultrasonic proizvodi i distribuira ultrazvučne miksere visokog smicanja za primjenu visokih performansi kao što su homogenizacija, miješanje, razbijanje ćelija, dezintegracija, ekstrakcija, disperzija, degasifikacija i iniciranje kemijskih reakcija. Ultrazvučni reaktori se implementiraju u biorafinerijama širom svijeta kako bi se povećala efikasnost, prinosi i stepen konverzije različitih procesa.
Ultrazvučna oprema visokih performansi za procese biorafinerije je lako dostupna za stolnu, pilotsku i industrijsku instalaciju. Budući da su ultrazvučne primjene kao što su ekstrakcija, dezintegracija, otapanje, poboljšanje prijenosa mase, homogenizacija i odzračivanje već uspostavljeni procesi, prijelaz sa prvih proba, optimizacija na vaše specifične zahtjeve procesa i instalacija potpuno industrijskog ultrazvučnog sistema za odvajanje i/ili ispiranje je brz i jednostavan.
Hielscher Ultrasonics isporučuje ultrasonikatore visokih performansi bilo koje veličine i kapaciteta. Sa UIP16000 (16kW), Hielscher proizvodi najmoćniji ultrazvučni procesor na svijetu. UIP16000 kao i svi drugi industrijski ultrazvučni sistemi mogu se lako grupirati do potrebnog kapaciteta obrade. Svi Hielscher ultrasonikatori su napravljeni za 24/7 rad pod punim opterećenjem iu zahtjevnim okruženjima.
Ultrazvučne sonde i sonoreaktori za bilo koju zapreminu
Asortiman proizvoda Hielscher Ultrasonics pokriva cijeli spektar ultrazvučnih procesora od kompaktnih laboratorijskih ultrasonikatora preko stolnih i pilot sistema do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora sa kapacitetom za obradu kamiona po satu. Cijeli asortiman proizvoda nam omogućava da vam ponudimo najprikladniju ultrazvučnu opremu za vašu primjenu, kapacitet procesa i proizvodne ciljeve.
Precizno kontrolisane amplitude za optimalne rezultate
Svi Hielscher ultrazvučni procesori su precizno upravljivi i time pouzdani radni konji u R&D i proizvodnja. Amplituda je jedan od ključnih parametara procesa koji utiču na efikasnost i efektivnost sonohemijski i sonomehanički izazvanih reakcija. Svi Hielscher Ultrasonics’ procesori omogućavaju precizno podešavanje amplitude. Sonotrode i buster rogovi su dodaci koji omogućavaju modificiranje amplitude u još širem rasponu. Hielscherovi industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude i isporučiti potreban ultrazvučni intenzitet za zahtjevne primjene. Amplitude do 200 µm mogu se lako raditi u kontinuitetu u radu 24/7.
Precizna podešavanja amplitude i trajno praćenje parametara ultrazvučnog procesa putem pametnog softvera daju vam mogućnost obrade biomase u najefikasnijim ultrazvučnim uslovima. Optimalna sonikacija za najefikasnije obnavljanje biomase!
Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućava 24/7 rad u teškim uslovima iu zahtjevnim okruženjima. Ovo čini Hielscherovu ultrazvučnu opremu pouzdanim radnim alatom koji ispunjava vaše zahtjeve procesa biorafiniranja.
Najviša kvaliteta – Dizajniran i proizveden u Njemačkoj
Kao porodično preduzeće koje vodi porodica, Hielscher daje prioritet najvišim standardima kvaliteta za svoje ultrazvučne procesore. Svi ultrasonikatori su dizajnirani, proizvedeni i temeljno testirani u našem sjedištu u Teltowu blizu Berlina, Njemačka. Robusnost i pouzdanost Hielscherove ultrazvučne opreme čine je radnim konjem u vašoj proizvodnji. 24/7 rad pod punim opterećenjem iu zahtjevnim okruženjima prirodna je karakteristika Hielscherovih ultrazvučnih sondi i reaktora visokih performansi. Naš stručni tim spreman je da vam pomogne znanjem o procesu, obukom i podrškom.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za primjene miješanja, disperzije, emulgiranja i ekstrakcije u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Literatura / Reference
- García, A., González Alriols, M., Wukovits, W. et al. (2014): Assessment of biorefinery process intensification by ultrasound technology. Clean Techn Environ Policy 16, 1403–1410 (2014).
- Velmuruga, Rajendran; Muthukumar, Karuppan (2011): Utilization of sugarcane bagasse for bioethanol production: Sono-assisted acid hydrolysis approach. Bioresource Technology Vol. 102, Issue 14; 2011. 7119-7123.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.