Vícefázový kavitátor-vložka pro ultrazvukovou průtočnou celu

Vložka MultiPhaseCavitator (InsertMPC48) je navržena tak, aby zlepšila ultrazvukové zpracování kapalina/kapalina nebo směsi kapalina/plyn. 48 velmi jemných kanyl vstřikuje kapalinu nebo plyn do kapalné fáze přímo v kavitační zóně. Vznikají tak velmi malé suspendované kapičky nebo plynové bubliny, které poskytují velmi vysoký specifický povrch.

Tato vložka je zvláště užitečná pro chemii emulze, jako jsou reakce přenosu fáze, Fázový přenos-katalýza (PTC) nebo extrakce kapalina-kapalina. Další zajímavou oblastí použití je srážení částic ze dvou kapalných prekurzorů nebo sonokrystalizace. Tato vložka je určena pro reaktory s průtokovými buňkami Hielscher a umožňuje dávkové nebo kontinuální zpracování.

Jeden a 48 vstřikovacích portů

Ultrazvuku je účinným prostředkem pro emulgaci a míchání. Na rozdíl od konvenčního nastavení, kde jsou oddělené fáze kombinovány před vstupem do průtokové cely a kavitace, tato vložka průtokové cely zlepšuje kombinaci těchto dvou fází. Když je kapalina vstřikována přes 48 jemných kanyl, vstupuje do průtokové cely ve velmi úzkých pramenech. Vložka používá velmi 48 jemných lékařských kanyl s vnitřním průměrem od 0,3 mm do 1,2 mm. Tyto kanyly jsou snadno vyměnitelné a jsou cenově výhodným spotřebním materiálem (sterilní, cca 2ct/ks). Ultrazvuková kavitace (při 20 kHz) rozřeže 48 příchozích kapalných pramenů na malé kapičky, když vstoupí do kapalné fáze v průtokové cele.
Konstrukce aplikuje stejný podávací tlak z jednoho přívodu na všech 48 kanyl, aby se vyrovnal průtok mezi kanylami.

48 vstupních portů do ultrazvukového reaktoru pro reakce kapalina-kapalina

Použití a aplikace

Hielscher ultrazvukové reaktory se často používají k emulgaci, ke zlepšení kinetiky procesu přenosu fází nebo rychlosti rozpouštění v systémech kapalina-kapalina. Příkladem takových procesů je oxidační odsíření peroxidem vodíku a následná extrakce rozpouštědlem nebo bází katalyzovaná transesterifikace triglyceridů.
Omezená rozpustnost jedné reagenční fáze v jiné reagenční fázi je významným problémem v chemii procesní emulze, protože obě fáze spolu reagují pouze v mezifázi. Bez ultrazvuku to má za následek nízké reakční rychlosti a pomalou kinetiku přeměny ve dvoufázových systémech.
Při použití vložky s ultrazvukovým reaktorem kavitace vytváří vysoký hydraulický smyk a rozbíjí vstřikovanou fázi na submikronové a nanočástice. Vzhledem k tomu, že specifický povrch fázového rozhraní má vliv na chemickou rychlost reakce, toto významné snížení průměru kapek zlepšuje kinetiku reakce a může snížit nebo eliminovat potřebu činidel pro přenos fází. Objemové procento vstřikované fáze může být sníženo, protože jemnější emulze potřebují menší objem, aby zajistily stejný kontaktní povrch s druhou reagenční fází.
Použití této vložky může snížit požadované množství amfifilních emulzních katalyzátorů nebo Katalyzátory s fázovým přenosem (PTC), jako jsou kvartérní amoniové soli s jejich jedinečnou schopností rozpouštět se ve vodných i organických kapalinách.

Vylepšený přenos hmoty pro chemické reakce

Když dvě fáze činidla reagují na fázovém rozhraní, reakční produkty se hromadí na povrchu kapek a blokují interakci reagenciálních fází na rozhraní. Hydraulické smyky způsobené ultrazvukovou kavitací mají za následek turbulentní proudění a transport materiálu z a na povrchy kapek a vedou k opakované koalescenci a následné tvorbě nových kapek. Jak reakce postupuje v průběhu času, sonikace maximalizuje expozici a interakci činidel.
Tento efekt se využívá v mnoha procesech, jako je transesterifikace rostlinných olejů na bionaftu nebo syntéza polyesterů transesterifikací diesterů s dioly za vzniku makromolekul.

Emulgace / Emulgace

Tato vložka průtokové cely zlepšuje emulgaci při míchání nemísitelných kapalin. To vede k menší velikosti kapek a užší distribuci velikosti – klíčový faktor pro stabilitu emulze. S touto konstrukcí můžete vstřikovat a emulgovat kapaliny s nízkou a střední viskozitou i do kapalin s vysokou viskozitou, jako jsou těžké topné oleje (HFO), polymery nebo gely. Některé formulace mohou vyžadovat přidání emulgátorů nebo stabilizátorů. V tomto případě pomáhá emulgátor rovnoměrně promíchat. Zakázkové provedení pro injekci více než jedné fáze, i když kanyly jsou k dispozici na vyžádání.

extrakce kapalina-kapalina

Tato vložka podporuje procesy extrakce kapalina-kapalina tím, že vytváří jemně velkou turbulentní emulzi, např. z rozpouštědlové fáze v olejové fázi. To opět zvyšuje fázovou kontaktní plochu a vede k lepší extrakci a snížení spotřeby rozpouštědla.

Vodní paliva pro čistší spalování

Topné oleje nízké kvality, jako je těžký topný olej používaný na námořních plavidlech nebo pro výrobu energie, lze emulgovat vodou. To má za následek účinnější spalování a výrazné snížení NO_x emise a saze.
Přečtěte si více o ultrazvukové emulgaci vodních paliv (emulzních paliv)!

Srážky / sonokrystalizace

Pigmenty nebo nanočástice mohou být generovány zdola nahoru srážením v kapalinách. V tomto případě začne přesycená směs z vysoce koncentrovaného materiálu tvořit pevné částice nebo krystaly. Tyto částice dorostou do určitého bodu a nakonec se vysráží. Aby bylo možné kontrolovat velikost a morfologii částic/krystalů, je nezbytná kontrola míchání prekurzorů a činidel.
Obecně platí, že proces srážení zahrnuje: míchání, přesycení, nukleaci, růst částic a aglomeraci. Tomu druhému se zabrání nízkou koncentrací pevných látek nebo stabilizačními činidly. Míchání je kritické; Stejně jako u většiny srážecích procesů je rychlost reakce velmi vysoká. InsertMPC48 kombinuje rychlé úzké vstřikované trysky se silným ultrazvukovým kavitačním smykem. Tím se maximalizuje rychlost míchání a výkon a vytváří se více a menších částic.

Od laboratorního testování až po pilotní provoz a výrobu

Hielscher Ultrasonics nabízí zařízení pro testování, ověřování a využití této technologie v jakémkoli měřítku. Tento koncept lze snadno začlenit do stávajících procesů.

1. Přivádějte fázi A do vstupního otvoru kapaliny ve spodní části průtočné cely
2. Přivádějte fázi B do menšího vstupního otvoru (portů) kapaliny na straně průtočné cely. Toto krmivo bude vstřikováno do kavitační oblasti přes 48 jemných trubek
3. Upravte tlak v reaktoru pomocí protitlakého ventilu na výstupním portu průtokové cely

Na úrovni stolního počítače a UIP1000hd řekl: (1kW) může zpracovávat průtoky od 100 do 1000 l / h (25 až 250 gal / h) pro demonstraci procesu a pro optimalizaci parametrů sonikace. Ultrazvukové procesory Hielscher jsou navrženy pro lineární škálování až do větších objemů zpracování v pilotním nebo výrobním měřítku. V níže uvedené tabulce jsou uvedeny objemy zpracování a doporučené velikosti zařízení.