MultiPhaseCavitator-Insert za ultrazvučnu protočnu ćeliju

MultiPhaseCavitator Insert (InsertMPC48) je dizajniran da poboljša ultrazvučnu obradu mješavina tekućina/tečnost ili tekućina/gas. 48 veoma finih kanila ubrizgavaju tečnost ili gas u tečnu fazu tačno u zoni kavitacije. Ovo stvara vrlo male suspendirane kapljice ili mjehuriće plina koji daju vrlo visoku specifičnu površinu.

Ovaj umetak je posebno koristan za hemiju emulzija, kao što su reakcije prenosa faza, Faza-transfer-kataliza (PTC) ili Liquid-Liquid-Extraction. Još jedno zanimljivo polje primjene je taloženje čestica iz dva tečna prekursora ili sono-kristalizacija. Ovaj umetak je dizajniran za Hielscher reaktore sa protočnim ćelijama i omogućava serijsku ili kontinuiranu obradu.

Jedan i 48 portova za ubrizgavanje

Ultrazvuk je efikasno sredstvo za emulgiranje i miješanje. Za razliku od konvencionalnog podešavanja, gdje se odvojene faze kombinuju prije nego što uđu u protočnu ćeliju i kavitaciju, ovaj umetak protočne ćelije poboljšava kombinaciju dvije faze. Kada se tečnost ubrizgava kroz 48 finih kanila, ona ulazi u protočnu ćeliju u vrlo uskim nitima. Uložak koristi 48 finih medicinskih kanila sa unutrašnjim prečnikom od 0,3 mm do 1,2 mm. Ove kanile se mogu lako zamijeniti i jeftin su potrošni materijal (sterilni, cca. 2ct/kom). Ultrazvučna kavitacija (na 20 kHz) seče 48 dolaznih tečnih niti na male kapljice kada uđu u tečnu fazu u protočnoj ćeliji.
Dizajn primjenjuje isti pritisak iz jednog dovoda na svih 48 kanila kako bi se izravnao protok između kanila.

48 ulaznih otvora u ultrazvučni reaktor za reakcije tečnost-tečnost

Upotreba i aplikacije

Hielscher ultrazvučni reaktori se često koriste za emulgiranje, za poboljšanje kinetike procesa prijenosa faze ili brzine otapanja u sistemima tekuće-tekuće faze. Primjeri za takve procese su oksidativno odsumporavanje vodonik peroksidom i naknadna ekstrakcija rastvaračem ili transesterifikacija triglicerida katalizirana bazom.
Ograničena rastvorljivost jedne faze reagensa u drugoj fazi reagensa je značajan problem u hemiji procesne emulzije jer obe faze reaguju jedna sa drugom samo u međufazi. Bez ultrazvuka, ovo rezultira niskim stopama reakcije i sporom kinetikom konverzije u dvofaznim sistemima.
Koristeći umetak sa ultrazvučnim reaktorom, kavitacija proizvodi visok hidraulični smicanje i razbija ubrizganu fazu na submikronske i nanozne kapljice. Kako je specifična površina granice faze utjecajna na kemijsku brzinu reakcije, ovo značajno smanjenje promjera kapljica poboljšava kinetiku reakcije i može smanjiti ili eliminirati potrebu za agensima za prijenos faze. Volumenski postotak ubrizgane faze može biti smanjen, jer je finijim emulzijama potreban manji volumen da bi se obezbijedila ista kontaktna površina sa drugom fazom reagensa.
Upotreba ovog umetka može smanjiti potrebnu količinu katalizatora amfifilne emulzije ili katalizatori faznog prijenosa (PTC), kao što su kvarterne amonijum soli sa njihovom jedinstvenom sposobnošću da se otapaju i u vodenim i u organskim tečnostima.

Poboljšani prijenos mase za kemijske reakcije

Kada dvije faze reagensa reagiraju na granici faze, produkti reakcije se akumuliraju na površini kapljice i blokiraju interakciju faza reagensa na granici. Hidraulično smicanje uzrokovano ultrazvučnom kavitacijom rezultira turbulentnim strujanjem i transportom materijala od i do površina kapljica i dovodi do ponovljene koalescencije i naknadnog stvaranja novih kapljica. Kako reakcija napreduje tokom vremena, ultrazvuk maksimizira izloženost i interakciju reagensa.
Ovaj efekat se koristi u mnogim procesima, kao što je transesterifikacija biljnih ulja u biodizel ili sinteza poliestera transesterifikacijom diestera sa diolima da bi se formirale makromolekule.

Emulgiranje / Emulzifikacija

Ovaj umetak protočne ćelije poboljšava emulzifikaciju pri miješanju tekućina koje se ne miješaju. To dovodi do manjih veličina kapljica i uže distribucije veličine – ključni faktor za stabilnost emulzije. Sa ovim dizajnom možete ubrizgavati i emulgovati tečnosti niske i srednje viskoznosti čak i u tečnosti visokog viskoziteta, kao što su teška loživa ulja (HFO), polimeri ili gelovi. Neke formulacije mogu zahtijevati dodavanje emulgatora ili stabilizatora. U ovom slučaju pomaže ravnomjerno miješanje emulgatora. Prilagođeni dizajni za ubrizgavanje više od jedne faze iako su kanile dostupne na zahtjev.

ekstrakcija tečnost-tečnost

Ovaj umetak pojačava procese ekstrakcije tekućina-tečnost tako što pravi turbulentnu emulziju fine veličine, npr. faze rastvarača u uljnoj fazi. Opet, ovo povećava kontaktnu površinu faze i rezultira boljom ekstrakcijom i smanjenom upotrebom rastvarača.

Aqua-Fuels za čistije sagorevanje

Loživa ulja niskog kvaliteta, kao što je teško lož ulje koje se koriste na brodovima ili za proizvodnju električne energije, mogu se emulgirati s vodom. Ovo dovodi do efikasnijeg sagorevanja i do značajnog smanjenja NO_x emisije i čađi.
Pročitajte više o ultrazvučnom emulgiranju vodenih goriva (emulzionih goriva)!

Precipitacija / Sono-kristalizacija

Pigmenti ili nanočestice mogu se generisati odozdo prema gore taloženjem u tečnostima. U tom slučaju, prezasićena mješavina počinje formirati čvrste čestice ili kristale iz visoko koncentriranog materijala. Ove čestice će narasti do određene tačke i konačno će se taložiti. Da bi se kontrolisala veličina i morfologija čestica/kristala, neophodna je kontrola mešanja prekursora/reagensa.
Općenito, proces precipitacije uključuje: miješanje, prezasićenje, nukleaciju, rast čestica i aglomeraciju. Ovo posljednje se izbjegava niskom koncentracijom čvrste tvari ili stabilizirajućim agensima. Miješanje je kritično; kao i za većinu taložnih procesa brzina reakcije je vrlo velika. InsertMPC48 kombinuje brze uske ubrizgane mlaznice sa jakim ultrazvučnim kavitacionim smicanjem. Ovo maksimizira brzinu miješanja i performanse stvarajući više i manje čestica.

Od laboratorijskog testiranja do pilot skale i proizvodnje

Hielscher Ultrasonics nudi opremu za testiranje, provjeru i korištenje ove tehnologije u bilo kojoj mjeri. Koncept je lako ugraditi u postojeće procese.

1. Ubacite fazu A u ulazni otvor za tečnost na dnu protočne ćelije
2. Ubacite fazu B u manji ulaz(ove) za tečnost sa strane protočne ćelije. Ova hrana će se ubrizgavati u kavitacijsko područje kroz 48 finih cijevi
3. Podesite pritisak u reaktoru pomoću ventila za povratni pritisak na izlaznom otvoru protočne ćelije

Na nivou klupe a UIP1000hd (1kW) može obraditi brzine protoka od 100 do 1000 L/h (25 do 250 gal/h) za demonstraciju procesa i za optimizaciju parametara sonikacije. Hielscher ultrazvučni procesori dizajnirani su za linearno povećanje do većih obima obrade u pilot ili proizvodnoj skali. U tabeli ispod su navedene količine obrade i preporučene veličine opreme.