Ultrazvučni protočni reaktori – dizajn, primjene i prednosti

Ultrazvučni reaktori omogućavaju kontinuiranu inline obradu tekućina i suspenzija primjenom snažnih ultrazvučnih valova. Ultrazvučni reaktori koriste se za homogenizaciju, miješanje, emulgiranje, dispergiranje, ekstrakciju, razgradnju ćelija, pasterizaciju, otplinjavanje, otapanje i intenziviranje hemijskih reakcija, kao što su sinteza ili kataliza. Saznajte više o tehnologiji ultrazvučnih reaktora i kako vaš proces može imati koristi od ultrazvučne obrade (sonikacije)!

Za šta se protočne ćelije koriste u procesima ultrazvučne obrade (sonikacije)?

Protočna ćelija, poznata i kao protočna komora ili protočni reaktor, uređaj je koji se koristi u raznim naučnim i inženjerskim primjenama za omogućavanje procesa s kontinuiranim protokom. Protočne ćelije se uobičajeno koriste u procesima ultrazvučne obrade (sonikacije), posebno kada se velike količine obrađuju snažnim ultrazvukom. Ultrazvučna protočna ćelija ili sonohemijski reaktor specijalizirana je komora ili ćelija konstruirana tako da omogućava protok tekućine ili suspenzija kroz nju dok se podvrgavaju ultrazvučnoj obradi (sonikaciji).

Protočne ćelije se uobičajeno koriste u područjima kao što su miješanje i homogenizacija, hemija, biologija, elektrohemija i biotehnologija. Nude nekoliko prednosti u odnosu na šaržne procese, uključujući ravnomjerniju ultrazvučnu obradu (sonikaciju), poboljšanu kontrolu, poboljšanu kinetiku reakcija, efikasan prijenos mase i mogućnost efikasne integracije procesa ultrazvučne obrade (sonikacije) u inline proizvodni proces.

Industrijski ultrazvučni homogenizator s reaktorom s protočnom ćelijom

MultiSonoReactor MSR-4 je industrijski inline reaktor za homogenizaciju, za industrijsku homogenizaciju tekućina s visokim protocima.

Primjene ultrazvučnih protočnih ćelija i sonohemijskih reaktora

Hielscher ultrazvučni reaktori mogu biti korisni za širok spektar hemijskih reakcija koje uključuju granice faza tekuće–čvrsto, tekuće–tekuće ili tekuće–plinovito. Neki primjeri reakcija koje se mogu poboljšati primjenom ultrazvučnih reaktora uključuju:

Homogenizacija emulzija: ultrazvučni reaktori mogu pomoći u razbijanju i dispergiranju čestica u emulzijama, što dovodi do stabilnijih i ujednačenijih proizvoda.
Kristalizacija: Ultrazvučno zračenje može potaknuti kristalizaciju u otopinama, što dovodi do stvaranja malih i ujednačenih kristala visoke čistoće.
Otplinjavanje: Ultrazvučno zračenje može se koristiti za uklanjanje otopljenih plinova iz tekućina, što može poboljšati kvalitet i stabilnost proizvoda.
Ekstrakcija: Ultrazvučni reaktori mogu povećati efikasnost procesa ekstrakcije promoviranjem difuzije otopljenih tvari kroz membrane ili granice faza.
Polimerizacija: Ultrazvučno zračenje može potaknuti inicijaciju i propagaciju reakcija polimerizacije, što dovodi do bržih brzina reakcije i većih molekulskih masa.
Sinteza nanočestica: Ultrazvučni reaktori mogu se koristiti za sintezu nanočestica kontrolisane veličine, oblika i površinskih svojstava.
Sonokataliza: Ultrazvučno zračenje može pojačati katalitičku aktivnost određenih materijala, što dovodi do bržih brzina reakcije i poboljšane selektivnosti.

Ultrazvučni uređaj UIP6000hdT s ultrazvučnim reaktorom s protočnom ćelijom i zvučno izolirajućim kabinetom za industrijske procese visokog protoka.

Industrijski sonikator UIP6000hdT s ultrazvučnim reaktorom s protočnom ćelijom i zvučno izolirajućim kabinetom.

Promjena boje izazvana kavitacijom pomoću sonikatora UP400St

Sofisticiran dizajn ultrazvučnog reaktora za vrhunske rezultate procesa

Kada je riječ o inline reaktorima za obradu tekućina, treba uzeti u obzir nekoliko važnih faktora. Hielscher ultrazvučni reaktori su projektirani i proizvedeni. Ovi faktori mogu varirati ovisno o konkretnoj primjeni i zahtjevima, ali evo nekoliko relevantnih razmatranja:

Dizajn reaktora: Dizajn samog reaktora jedan je od najutjecajnijih faktora za uspješnu ultrazvučnu inline obradu. Faktori kao što su veličina, geometrija, položaj sonotrode i materijal izrade moraju se uzeti u obzir kako bi se osigurala kompatibilnost s tekućinom koja se podvrgava ultrazvučnoj obradi (sonikaciji), kao i željeni reakcijski uvjeti (npr. intenzitet ultrazvuka, temperatura, tlak).

Miješanje i agitacija: Ultrazvučna obrada (sonikacija) osigurava vrlo efikasno mikromiješanje. Za veće reaktore s tankom može biti korisno dodatno miješanje i agitacija kako bi se postiglo dobro makromiješanje. Lopatična miješalica ili impeler doprinosi optimalnom prijenosu mase jer se sav materijal pomiče u zonu ultrazvučne kavitacije. Stoga dizajn Hielscher reaktora omogućava ugradnju makromiješalica, kao što su impeleri ili mješači.

Vrijeme zadržavanja: Vrijeme zadržavanja u sonohemijskom reaktoru, koje se odnosi na vrijeme koje tekućina provede unutar reaktora, kritičan je parametar: to je vrijeme tokom kojeg je materijal izložen ultrazvučnim vibracijama, kavitaciji i smičnim silama. Ono utječe na opseg reakcije i produktivnost procesa. Hielscher ultrazvučni reaktori su konstruirani tako da jednostavno i pouzdano kontrolišu i podešavaju željeno vrijeme zadržavanja uz održavanje odgovarajućeg protoka.

Kontrola temperature: Za mnoge materijale i reakcije precizna kontrola temperature je ključna. Stoga su Hielscher ultrazvučni reaktori opremljeni mogućnostima za kontrolu i održavanje željene temperature. To se postiže raznim sredstvima, kao što su plašt ili vanjski sistemi za grijanje/hlađenje.

Kontrola tlaka: Neke reakcije imaju koristi od specifičnih tlačnih uvjeta. Općenito, efekti ultrazvučne obrade (sonikacije) pojačavaju se pri povišenom tlaku. Reaktor treba biti sposoban sigurno i efikasno podnijeti željeni raspon tlaka. Naravno, Hielscher za svoje ultrazvučne reaktore nudi mehanizme za kontrolu tlaka, kao što su sigurnosni ventili ili regulatori tlaka.

Sigurnosna razmatranja: Jednostavan rad i sigurnost od presudne su važnosti pri dizajniranju reaktora. U skladu s industrijskim standardima i najvišim sigurnosnim zahtjevima, Hielscher ultrazvučni reaktori su projektirani i rade s odgovarajućim sigurnosnim funkcijama, kao što su sigurnosni ventili za rasterećenje tlaka, sistemi za praćenje tlaka i temperature, automatsko bilježenje podataka i, po potrebi, mogućnost ispiranja inertnim plinom.

Potencijal za povećanje skale: Ako se očekuje da će se potrebe za obradom tekućina u budućnosti povećati, važno je razmotriti potencijal reaktora za povećanje skale. Hielscher ultrazvučni reaktori su projektirani za jednostavnu skalabilnost kako bi se prilagodili većim proizvodnim volumenima uz održavanje efikasnosti procesa.

Održavanje i mogućnost čišćenja: Hielscher sonohemijski reaktori su vrlo robusni i konstruirani za lako održavanje, pregled i čišćenje. Glatke unutrašnje površine, pristupačni i brzo uklonjivi priključci, kao i dobra mogućnost pražnjenja i funkcija čišćenja na mjestu (CIP) pomažu u minimiziranju zastoja i osiguravaju odgovarajuću higijenu.

Kompatibilnost i otpornost na koroziju: Uzimajući u obzir kompatibilnost materijala reaktora s tekućinom koja se obrađuje, Hielscher nudi sonohemijske reaktore prilagođene potrebama kupca. Hemijska kompatibilnost je ključna za sprječavanje korozije, kontaminacije ili neželjenih reakcija.

Praćenje i kontrola procesa: Ugradnja senzora tlaka i temperature, podesivog dovoda i brzine protoka kroz reaktor i povezanih uređaja za praćenje, kao i automatsko bilježenje podataka o uvjetima ultrazvučnog procesa pružaju podatke u stvarnom vremenu o kritičnim parametrima procesa. Ove informacije omogućavaju najvišu kontrolu procesa, optimizaciju i standardizaciju.

Integracija s procesnom opremom: Hielscher ultrazvučni reaktori mogu se jednostavno i udobno integrirati u cjelokupni sistem za obradu tekućina. Kompatibilnost i odgovarajući priključci s opremom uzvodno i nizvodno, kao što su pumpe, filteri, izmjenjivači topline i jedinice za prikupljanje/skladištenje proizvoda, mogu se jednostavno implementirati i naknadno prilagoditi promjenama u proizvodnoj liniji.

Hielscher UIP4000hdT inline ultrazvučni uređaj s protočnom ćelijom za inline procese homogenizacije i miješanja

Industrijski ultrazvučni homogenizator UIP4000hdT snage 4 kW s protočnim reaktorom za inline miješanje i homogenizaciju

Sonikatori i sonohemijski reaktori za inline protočne procese

Hielscher Ultrasonics nudi visokoučinkovite sonikatore i ultrazvučne reaktore za obradu tekućina u bilo kojoj veličini.

Dizajn, proizvodnja i savjetovanje – kvalitet proizveden u Njemačkoj

Hielscher sonikatori i sonohemijski reaktori poznati su po svom najvišem kvalitetu i standardima dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućavaju nesmetanu integraciju naših sonikatora i ultrazvučnih protočnih ćelija u industrijske pogone. Hielscher sonikatori lako se nose s teškim uvjetima i zahtjevnim okruženjima.

Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana kompanija i posebnu pažnju posvećuje visokoučinkovitim ultrazvučnim uređajima (ultrasonicatorima) s najsavremenijom tehnologijom i jednostavnošću korištenja. Naravno, Hielscher ultrazvučni uređaji su u skladu s CE oznakom i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.

Tabela u nastavku daje okvirnu naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Volumen šarže	Protok	Preporučeni uređaji
0,5 do 1,5mL	n.a.	VialTweeter
1 do 500mL	10 do 200mL/min	UP100H
10 do 2000mL	20 do 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 do 20L	0,2 do 4L/min	UIP2000hdT
10 do 100L	2 do 10L/min	UIP4000hdT
15 do 150L	3 do 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 do 100L/min	UIP16000
n.a.	veći	klaster od UIP16000

Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!

Ultrazvučni homogenizatori visokog smicanja koriste se u laboratorijskoj, stolnoj, pilot i industrijskoj obradi.

Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore za primjene miješanja, dispergiranja, emulgiranja i ekstrakcije u laboratorijskim, pilot i industrijskim razmjerima.

Povezane teme

Literatura / reference

Barrera-Salgado, Karen; Ramírez-Robledo, Gabriela; Alvarez-Gallegos, Alberto; Arellano, Carlos; Sierra, Fernando; Perez, J. A.; Silva Martínez, Susana (2016): Fenton Process Coupled to Ultrasound and UV Light Irradiation for the Oxidation of a Model Pollutant. Journal of Chemistry, 2016. 1-7.
Han N.S., Basri M., Abd Rahman M.B. Abd Rahman R.N., Salleh A.B., Ismail Z. (2012): Preparation of emulsions by rotor-stator homogenizer and ultrasonic cavitation for the cosmeceutical industry. Journal of Cosmetic Science Sep-Oct; 63(5), 2012. 333-44.
Antonia Tamborrino, Agnese Taticchi, Roberto Romaniello, Claudio Perone, Sonia Esposto, Alessandro Leone, Maurizio Servili (2021): Assessment of the olive oil extraction plant layout implementing a high-power ultrasound machine. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 73, 2021.

Ultrazvuk visokih performansi! Asortiman proizvoda kompanije Hielscher pokriva cijeli spektar, od kompaktnog laboratorijskog ultrazvučnog uređaja preko stolnih jedinica do potpuno industrijskih ultrazvučnih sistema.

Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore od laboratorijskih do industrijskih veličina.