Efektivní biorafinerie prostřednictvím ultrazvukové intenzifikace procesů

Ultrazvuku je technika zesilující proces, která je implementována do různých procesů v biorafinériích. Typickými procesy, které významně těží z ultrazvukového ošetření, jsou extrakce, pomalé heterogenní reakce a další aplikace, které zahrnují intenzivní míchání, homogenizaci a dispergaci. Ultrazvuku urychluje procesy a reakce a zefektivňuje je. Výsledkem ultrazvukem podporovaných procesů jsou vyšší výnosy/výstupy a vyšší konverzní poměry.

Co jsou biorafinérie?

Biorafinérie je výrobní zařízení, které integruje procesy přeměny biomasy a zpracovatelské zařízení na výrobu paliv, energie a dalších prospěšných produktů, jako jsou chemikálie ze suroviny biomasy. Typická biomasa zpracovávaná v biorafinériích zahrnuje suroviny, jako je zemědělský odpad a vedlejší produkty, které se upcyklují na různé biologické produkty s přidanou hodnotou, např. potraviny, krmiva, chemické látky, bioenergie (biopaliva, elektřina a/nebo teplo). Výrobní procesy biorafinérie mají být udržitelné a šetrné k životnímu prostředí. Podobně jako konvenční rafinérie mohou biorafinerie poskytovat více chemikálií frakcionací výchozí suroviny (biomasy) na více meziproduktů (sacharidy, bílkoviny, triglyceridy), které lze dále přeměnit na produkty s přidanou hodnotou. Klíčovou charakteristikou biorafinérií je zhodnocování a recyklace/upcyklace odpadu, jako je zemědělský, městský a průmyslový odpad, prostřednictvím přeměny nepotřebné biomasy na cenné materiály.

Ultrazvukem zesílené biorafinerie

Integrací ultrazvuku lze mnoho procesů, jako je extrakce, trávení, dezintegrace, transesterifikace a mnoho dalších, provádět výrazně efektivněji. Intenzifikace ultrazvukového procesu v biorafinérii má za cíl především zlepšit výnosy, zefektivnit procesy z časového a energetického hlediska a zvýšit čistotu a kvalitu konečného produktu. Ultrazvuku může přispět k různým biorafinérským procesům.

Jak funguje ultrazvuk? – Princip fungování ultrazvuku

Pro vysoce výkonné ultrazvukové zpracování je ultrazvuk s vysokou intenzitou a nízkou frekvencí generován ultrazvukovým generátorem a přenášen pomocí ultrazvukové sondy (sonotrody do kapaliny. Za ultrazvuk s vysokým výkonem se považuje ultrazvuk v rozsahu 16-30kHz. Ultrazvuková sonda se roztahuje a smršťuje např. při 20 kHz, čímž do média přenáší 20 000 vibrací za sekundu. Když ultrazvukové vlny procházejí kapalinou, střídání vysokotlakých (kompresních) / nízkotlakých (zředění nebo expanze) cyklů vytváří nepatrné vakuové bubliny nebo dutiny, které rostou v průběhu několika tlakových cyklů. Během fáze komprese kapaliny a bublin je tlak kladný, zatímco fáze zředění vytváří vakuum (podtlak). Během cyklů komprese a expanze se dutiny v kapalině zvětšují, dokud nedosáhnou velikosti, při které nemohou absorbovat více energie. V tomto okamžiku se prudce zhroutí. Imploze těchto dutin má za následek různé vysoce energetické účinky, které jsou známé jako jev akustické / ultrazvukové kavitace. Akustická kavitace se vyznačuje rozmanitými vysoce energetickými účinky, které působí na kapaliny, systémy pevná látka/kapalina a také na systémy plyn/kapalina. Energeticky hustá zóna nebo kavitační zóna je známá jako takzvaná zóna horkého místa, která je energeticky nejhustší v těsné blízkosti ultrazvukové sondy a klesá s rostoucí vzdáleností od sonotrody. Obrázek vlevo ukazuje intenzivní kavitaci na ultrazvukové sondě o výkonu 1 kW ve vodě. Mezi hlavní charakteristiky ultrazvukové kavitace patří lokálně se vyskytující velmi vysoké teploty a tlaky a příslušné diferenciály, turbulence a proudění kapaliny. Při implozi ultrazvukových dutin v ultrazvukových horkých místech lze měřit teploty až 5000 Kelvinů, tlaky až 200 atmosfér a trysky kapaliny o rychlosti až 1000 km/h. Tyto vynikající energeticky náročné podmínky přispívají k sonomechanickým a sonochemickým účinkům, které různými způsoby zesilují biomasu a chemické systémy.
Hlavní dopad ultarsonicace na biomasu vyplývá z následujících účinků:

• Vysoké smykové napětí: Ultrazvukové síly s vysokým smykovým třením narušují kapaliny a systémy kapalina-pevná látka, což způsobuje intenzivní míchání, homogenizaci a přenos hmoty.
• Dopad: Kapalné trysky a proudění generované ultrazvukovou kavitací urychlují pevné látky v kapalinách, což následně vede k interpartikulární kolizi. Když se částice srážejí velmi vysokou rychlostí, erodují, tříští se a jsou rozemlety a jemně rozptýleny, často až do nanovelikosti. U biologické hmoty, jako jsou rostlinné tkáně a biologický odpad, vysokorychlostní trysky kapaliny a cykly střídavého tlaku narušují buněčné stěny a uvolňují intracelulární materiál. Výsledkem je vysoce účinná extrakce bioaktivních sloučenin a homogenní promíchání biomasy.
• Agitace: Ultrazvuku způsobuje intenzivní turbulence, smykové síly a mikropohyb v kapalině nebo kejdě. Tímto způsobem sonikace vždy zintenzivňuje přenos hmoty a tím urychluje reakce a procesy.

Vysoce výkonné ultrazvukové procesory pro biorafinerie

Hielscher Ultrasonic vyrábí a distribuuje ultrazvukové mixéry s vysokým smykem pro vysoce výkonné aplikace, jako je homogenizace, míchání, narušení buněk, dezintegrace, extrakce, disperze, odplynění a iniciace chemických reakcí. Ultrazvukové reaktory jsou implementovány v biorafinériích po celém světě za účelem zvýšení účinnosti, výtěžnosti a konverzního poměru různých procesů.
Vysoce výkonné ultrazvukové zařízení pro biorafinérské procesy je snadno dostupné pro stolní, pilotní a průmyslovou instalaci. Vzhledem k tomu, že ultrazvukové aplikace, jako je extrakce, dezintegrace, rozpouštění, zlepšení přenosu hmoty, homogenizace a odvzdušnění, jsou již zavedenými procesy, přechod od prvních zkoušek, optimalizace k vašim specifickým procesním požadavkům a instalaci plně průmyslového ultrazvukového separačního a/nebo louhovacího systému je rychlý a jednoduchý.
Hielscher Ultrasonics dodává vysoce výkonné ultrazvukové přístroje jakékoli velikosti a kapacity. S UIP16000 (16kW) vyrábí Hielscher nejvýkonnější ultrazvukový procesor na světě. UIP16000, stejně jako všechny ostatní průmyslové ultrazvukové systémy, lze snadno seskupit na požadovanou zpracovatelskou kapacitu. Všechny Hielscher ultrasonicators jsou konstruovány pro provoz 24/7 při plném zatížení a v náročných prostředích.

Ultrazvukové sondy a sono-reaktory pro jakýkoli objem

Produktová řada Hielscher Ultrasonics pokrývá celé spektrum ultrazvukových procesorů od kompaktních laboratorních ultrasonicators přes stolní a pilotní systémy až po plně průmyslové ultrazvukové procesory s kapacitou pro zpracování nákladních automobilů za hodinu. Kompletní sortiment produktů nám umožňuje nabídnout vám nejvhodnější ultrazvuková zařízení pro vaši aplikaci, kapacitu procesu a výrobní cíle.

Přesně regulovatelné amplitudy pro optimální výsledky

Všechny ultrazvukové procesory Hielscher jsou přesně ovladatelné, a tím spolehlivé pracovní koně v R&D a výroba. Amplituda je jedním z klíčových procesních parametrů, které ovlivňují účinnost a účinnost sonochemicky a sonomechanicky indukovaných reakcí. Všechny Hielscher Ultrazvuk’ Procesory umožňují přesné nastavení amplitudy. Sonotrody a posilovací rohy jsou příslušenství, které umožňuje upravit amplitudu v ještě širším rozsahu. Hielscherovy průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy a dodávat požadovanou ultrazvukovou intenzitu pro náročné aplikace. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7.
Přesné nastavení amplitudy a trvalé sledování parametrů ultrazvukového procesu pomocí inteligentního softwaru vám dává možnost zpracovávat biomasu za nejefektivnějších ultrazvukových podmínek. Optimální sonikace pro nejúčinnější upcyklaci biomasy!
Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročném provozu a v náročných prostředích. Díky tomu je ultrazvukové zařízení Hielscher spolehlivým pracovním nástrojem, který splňuje vaše požadavky na proces biorafinace.

Nejvyšší kvalita – Navrženo a vyrobeno v Německu

Jako rodinný podnik Hielscher upřednostňuje nejvyšší standardy kvality svých ultrazvukových procesorů. Všechny ultrasonicators jsou navrženy, vyrobeny a důkladně testovány v našem sídle v Teltow poblíž Berlína v Německu. Robustnost a spolehlivost ultrazvukového zařízení Hielscher z něj činí pracovního koně ve vaší výrobě. Provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu při plném zatížení a v náročných prostředích je přirozenou charakteristikou vysoce výkonných ultrazvukových sond a reaktorů Hielscher. Náš kvalifikovaný tým je připraven vám pomoci znalostmi procesů, školením a podporou.

Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators: