MultiPhaseCavitator – Umetnite MPC48 za ultrazvučnu protočnu ćeliju
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.
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
Ubrizgavanje u ultrazvučni višefazni kavitator
InsertMPC48 – 48 finih kanila završava u zoni kavitacije
Ultrazvučni reaktor protočne ćelije FC100L1K-1S sa umetkomMPC48
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 NOx 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.
Distribucija veličine čestica Fe3O4 (magnetit) nastalih u kontinuiranoj reakciji ultrazvučne precipitacije (Banert et al., 2004).
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.
- Ubacite fazu A u ulazni otvor za tečnost na dnu protočne ćelije
- 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
- Podesite pritisak u reaktoru pomoću ventila za povratni pritisak na izlaznom otvoru protočne ćelije
Na vrhunskom nivou, sonikator od 1kW UIP1000hdT 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 na veće količine obrade u pilot ili proizvodnoj skali. U tabeli ispod su navedene količine obrade i preporučene veličine opreme.
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 0.2L | 0.25 do 2m3/hr | UIP1000hdT, UIP2000hdT |
| 0.2L | 1 do 8m3/hr | UIP4000hdT |
| N / A | 4 do 30m3/hr | UIP16000hdT |
| N / A | iznad 30m3/hr | klaster of UIP10000 ili UIP16000hdT |
Često postavljana pitanja o MultiPhaseCavitatoru – Ultrazvučni umetak za protočnu ćeliju MPC48
Šta je MultiPhaseCavitator Insert (Protočni umetak MPC48)?
MultiPhaseCavitator umetak (InsertMPC48) je umetak protočnog ćelijskog sistema dizajniran da poboljša ultrazvučnu obradu mješavina tečnost/tečnost ili tečnost/plin. Koristi 48 vrlo tankih kanila koje ubrizgavaju tečnost ili plin u tečnu fazu direktno u zoni kavitacije, stvarajući vrlo male suspenzovane kapljice ili plinske mjehuriće sa velikom specifičnom površinom.
Šta znači MPC48?
MPC je skraćenica za MultiPhaseCavitator. Broj 48 označava da umetak ima 48 kanila kao mjesta za ubrizgavanje. Na zahtjev, umetak protoka ćelijske stanice se može opremiti sa više ili manje kanila.
Kako funkcioniše Flow Cell Insert MPC48?
Kada se tečnost ubrizga kroz 48 finih medicinskih kanila (unutrašnji prečnici od 0,3 mm do 1,2 mm), ona ulazi u protoknu ćeliju u vrlo tankim trakama. Ultrazvučna kavitacija na 20 kHz lomi ove ulazne trake u male kapljice dok ulaze u tečnu fazu. Dizajn primjenjuje isti ulazni pritisak sa jednog izvora za sve 48 kanila kako bi se izjednačio protok između njih.
Za koje primjene je MultiPhaseCavitator Insert najbolje prikladan?
Ono je posebno korisno za hemiju emulzija kao što su reakcije prijenosa faza, kataliza prijenosa faza (PTC) i ekstrakcija tečnost-tečnost. Također je dobro prikladno za taloženje čestica iz dva tečna prekursora i za sono-kristalizaciju. Umetak je dizajniran za Hielscher reaktore sa protok ćelija i omogućava serijsku ili kontinuiranu obradu.
Kako MPC48 umetak poboljšava reakcije prijenosa faza?
Budući da ograničena rastvorljivost jedne faze reagensa u drugoj ograničava reakciju na međufazu, dvofazni sistemi često imaju niske stope reakcije bez ultrazvuka. Sa umetkom, kavitacija proizvodi visok hidraulični smicanje i razbija ubrizganu fazu na submikronske i nano-veličine kapljice. Ovo značajno smanjenje promjera kapljica poboljšava kinetiku reakcije i može smanjiti ili eliminirati potrebu za agensima za prijenos faze.
Može li umetak smanjiti količinu potrebnog katalizatora?
Da. Umetak može smanjiti potrebnu količinu katalizatora amfifilne emulzije ili katalizatora faznog prijenosa (PTC), kao što su kvaternarne amonijumove soli, jer je finijim emulzijama potreban manji volumen da bi se osigurala ista kontaktna površina s drugom fazom reagensa.
Kako poboljšava prenos mase u hemijskim reakcijama?
Produkt reakcije može se nakupiti na površini kapljice i blokirati interakciju reagensa na interfejsu. Hidrauličko smicanje usljed ultrazvučne kavitacije stvara turbulentni tok i transport materijala ka površinama kapljica i sa njih, što dovodi do ponovnog spajanja i formiranja novih kapljica. Vremenom, sonikacija maksimizira izlaganje i interakciju reagensa – koristi se u procesima kao što su transesterifikacija biljnog ulja u biodizel ili sinteza poliestera.
Da li je umetak efikasan za tečno-tečnu ekstrakciju?
Da. Umetak poboljšava ekstrakciju tečnost-tečnost stvaranjem finog turbulentnog emulzionog sloja, na primjer otopine u naftnoj fazi. To povećava površinu kontakta faza i rezultira boljom ekstrakcijom uz smanjenu potrošnju rastvarača.
Može li se koristiti za aqua-goriva?
Da. Niskokvalitetna lož ulja, poput teškog lož ulja koje se koristi na brodovima ili za proizvodnju električne energije, mogu se emulgovati s vodom. To dovodi do efikasnije izgaranja i značajnog smanjenja emisije NOx-a i čađi.
Otkrijte prednosti ultrazvučne emulzifikacije aqua-goriva!
Kako umetka pomaže kod precipitacije i sono-kristalizacije?
Pigments or nano-particles can be generated bottom-up by precipitation in liquids. The Insert MPC48 combines fast narrow injected jets with strong ultrasonic cavitational shear, which maximizes mixing speed and performance, creating more and smaller particles. Since the speed of many precipitation reactions is very high, controlling precursor/reagent mixing is essential, and the insert helps control particle/crystal size and morphology.
Are the cannulas consumables?
Yes. The 48 fine medical cannulas can be easily replaced and are a low-cost consumable (sterile, approx. 2 ct/pc). These cannulas are standard consumables and can be easily sourced locally. Customized designs for injecting more than one phase through the cannulas are available on request.
Kako postaviti protoknu ćeliju sa InsertMPC48? Koncept se lako može integrisati u postojeće procese: unesite fazu A u ulazni otvor za tečnost na dnu protokne ćelije, unesite fazu B u manji ulazni otvor(e) za tečnost sa strane (injektuje se u kavitacionu zonu kroz 48 tankih cijevi) i podesite pritisak u reaktoru koristeći ventil za povratni pritisak na izlaznom otvoru protokne ćelije.
Koje opcije za povećanje obima i veličine opreme su dostupne?
Hielscher nudi opremu za testiranje, verifikaciju i korištenje ove tehnologije na bilo kojoj skali, sa linearnim skaliranjem od stola do pilot i proizvodnje. Na primjer, UIP1000hd (1 kW) može obraditi 100–1.000 L/h za demonstraciju i optimizaciju parametara; preporučeni uređaji variraju od UIP1000hd/UIP2000hd do UIP4000 i UIP16000, sa klasterima od UIP10000 ili UIP16000 za protoke iznad 30 m³/h.
Ultrazvučni umetak za protočnu ćeliju MPC48 – MultiPhaseCavitator