Ultrazvukové průtokové reaktory – konstrukce, aplikace a výhody

Ultrazvukové reaktory umožňují kontinuální inline zpracování kapalin a suspenzí pomocí výkonných ultrazvukových vln. Ultrazvukové reaktory se používají k homogenizaci, míchání, emulgaci, dispergaci, extrakci, dezintegraci buněk, pasteraci, odplynění, rozpouštění a k intenzifikaci chemických reakcí, jako je syntéza nebo katalýza. Přečtěte si více o technologii ultrazvukových reaktorů a o tom, jak může sonikace prospět vašemu procesu!

K čemu se používají průtokové cely při sonikaci?

Průtoková cela, známá také jako průtočná cela nebo průtokový reaktor, je zařízení používané v různých vědeckých a technických aplikacích k umožnění kontinuálních průtokových procesů. Průtokové cely se běžně používají při sonikaci, zejména pokud se výkonovým ultrazvukem zpracovávají velké objemy. Ultrazvuková průtoková cela neboli sonochemický reaktor je specializovaná komora nebo cela navržená tak, aby jí mohla protékat kapalina nebo suspenze, zatímco je podrobována sonikaci.

Průtokové cely se běžně používají v oborech, jako je míchání a homogenizace, chemie, biologie, elektrochemie a biotechnologie. Oproti vsádkovým procesům nabízejí několik výhod, včetně rovnoměrnější sonikace, lepší kontroly, zlepšené reakční kinetiky, účinného přenosu hmoty a možnosti efektivně integrovat proces sonikace do inline výrobního procesu.

Průmyslový ultrazvukový homogenizátor s reaktorem s průtokovou celou

MultiSonoReactor MSR-4 je průmyslový inline homogenizační reaktor pro průmyslovou homogenizaci kapalin s vysokou kapacitou zpracování.

Aplikace ultrazvukových průtokových cel a sonochemických reaktorů

Ultrazvukové reaktory Hielscher mohou být užitečné pro širokou škálu chemických reakcí, které zahrnují rozhraní kapalina–pevná látka, kapalina–kapalina nebo kapalina–plyn. Mezi příklady reakcí, které lze pomocí ultrazvukových reaktorů podpořit, patří:

Homogenizace emulzí: Ultrazvukové reaktory mohou pomoci rozbít a dispergovat částice v emulzích, což vede ke stabilnějším a rovnoměrnějším produktům.
Krystalizace: Ultrazvukové ozařování může v roztocích vyvolat krystalizaci, což vede ke vzniku malých a rovnoměrných krystalů s vysokou čistotou.
Odplyňování: Ultrazvukové ozařování lze použít k odstranění rozpuštěných plynů z kapalin, což může zlepšit kvalitu a stabilitu produktů.
Extrakce: Ultrazvukové reaktory mohou zvýšit účinnost extrakčních procesů tím, že podporují difuzi rozpuštěných látek přes membrány nebo rozhraní.
Polymerace: Ultrazvukové ozařování může podpořit iniciaci a propagaci polymeračních reakcí, což vede k vyšším reakčním rychlostem a vyšším molekulovým hmotnostem.
Syntéza nanočástic: Ultrazvukové reaktory lze použít k syntéze nanočástic s řízenou velikostí, tvarem a povrchovými vlastnostmi.
Sonokatalýza: Ultrazvukové ozařování může zvýšit katalytickou aktivitu určitých materiálů, což vede k vyšším reakčním rychlostem a lepší selektivitě.

Ultrazvukový přístroj UIP6000hdT s reaktorem s ultrazvukovou průtokovou celou a protihlukovou skříní pro průmyslové procesy s vysokou kapacitou zpracování.

Průmyslový sonikátor UIP6000hdT s reaktorem s ultrazvukovou průtokovou celou a protihlukovou skříní.

Změna barvy vyvolaná kavitací pomocí sonikátoru UP400St

Propracovaná konstrukce ultrazvukových reaktorů pro vynikající výsledky procesů

U inline reaktorů pro zpracování kapalin je třeba zvážit několik důležitých faktorů. Ultrazvukové reaktory Hielscher jsou navrženy a vyráběny. Tyto faktory se mohou lišit v závislosti na konkrétní aplikaci a požadavcích, zde je však několik relevantních hledisek:

Konstrukce reaktoru: Samotná konstrukce reaktoru je jedním z nejvlivnějších faktorů pro úspěšné ultrazvukové inline zpracování. Faktory jako velikost, geometrie, poloha sonotrody a konstrukční materiál je nutné zvážit, aby byla zajištěna kompatibilita se sonikovanou kapalinou i s požadovanými reakčními podmínkami (např. intenzita ultrazvuku, teplota, tlak).

Míchání a agitace: Sonikace zajišťuje vysoce účinné mikromíchání. U větších nádržových reaktorů může být pro dosažení dobrého makromíchání přínosné dodatečné míchání a agitace. Lopatkové míchadlo nebo oběžné kolo přispívá k optimálnímu přenosu hmoty, protože veškerý materiál je přemisťován do zóny ultrazvukové kavitace. Konstrukce reaktorů Hielscher proto umožňuje začlenění makromíchadel, jako jsou oběžná kola nebo míchadla.

Doba zdržení: Doba zdržení v sonochemickém reaktoru, tedy doba, kterou kapalina stráví uvnitř reaktoru, je kritickým parametrem: je to doba, během níž je materiál vystaven ultrazvukovým vibracím, kavitaci a smykovým silám. Ovlivňuje rozsah reakce a produktivitu procesu. Ultrazvukové reaktory Hielscher jsou navrženy tak, aby bylo možné snadno a spolehlivě řídit a nastavovat požadovanou dobu zdržení při zachování vhodného průtoku.

Řízení teploty: Pro mnoho materiálů a reakcí je přesné řízení teploty zásadní. Ultrazvukové reaktory Hielscher jsou proto vybaveny prostředky pro řízení a udržování požadované teploty. Toho se dosahuje různými způsoby, například pláštěm nebo externími systémy ohřevu/chlazení.

Řízení tlaku: Některým reakcím prospívají specifické tlakové podmínky. Obecně platí, že účinky sonikace se za zvýšeného tlaku zesilují. Reaktor by měl být schopen bezpečně a účinně zvládat požadovaný rozsah tlaků. Hielscher samozřejmě nabízí pro své ultrazvukové reaktory mechanismy řízení tlaku, jako jsou pojistné ventily nebo regulátory tlaku.

Bezpečnostní hlediska: Jednoduchá obsluha a bezpečnost mají při konstrukci reaktorů prvořadý význam. V souladu s průmyslovými normami a nejvyššími bezpečnostními hledisky jsou ultrazvukové reaktory Hielscher navrženy a provozovány s odpovídajícími bezpečnostními prvky, jako jsou přetlakové ventily, systémy monitorování tlaku a teploty, automatický záznam dat a v případě potřeby možnost proplachování inertním plynem.

Potenciál pro zvětšení měřítka: Pokud se očekává, že potřeby zpracování kapalin v budoucnu vzrostou, je důležité zvážit potenciál reaktoru pro zvětšení měřítka. Ultrazvukové reaktory Hielscher jsou navrženy pro snadnou škálovatelnost, aby zvládly vyšší objemy výroby při zachování účinnosti procesu.

Údržba a čistitelnost: Sonochemické reaktory Hielscher jsou velmi robustní a navržené pro snadnou údržbu, kontrolu a čištění. Hladké vnitřní povrchy, přístupné a rychle odnímatelné přípojky, dobrá vypustitelnost a funkce čištění na místě (CIP) pomáhají minimalizovat prostoje a zajistit řádnou hygienu.

Kompatibilita a odolnost proti korozi: S ohledem na kompatibilitu materiálů reaktoru se zpracovávanou kapalinou nabízí Hielscher sonochemické reaktory na míru. Chemická kompatibilita je zásadní pro zamezení korozi, kontaminaci nebo nežádoucím reakcím.

Monitorování a řízení procesu: Začleněné tlakové a teplotní senzory, nastavitelná rychlost dávkování a průtoku a související monitorovací zařízení, stejně jako automatické protokolování dat o podmínkách ultrazvukového procesu poskytují data o kritických procesních parametrech v reálném čase. Tyto informace umožňují nejvyšší míru řízení, optimalizace a standardizace procesu.

Integrace s procesním zařízením: Ultrazvukové reaktory Hielscher lze snadno a pohodlně integrovat do celkového systému zpracování kapalin. Kompatibilitu a správné propojení s předřazenými a navazujícími zařízeními, jako jsou čerpadla, filtry, výměníky tepla a jednotky pro sběr/skladování produktu, lze snadno realizovat a následně přizpůsobit změnám ve výrobní lince.

Inline ultrazvukový přístroj Hielscher UIP4000hdT s průtokovou celou pro inline homogenizační a míchací procesy

Průmyslový 4kW ultrazvukový homogenizátor UIP4000hdT s průtokovým reaktorem pro inline míchání a homogenizaci

Sonikátory a sonochemické reaktory pro inline průtokové procesy

Hielscher Ultrasonics nabízí vysoce výkonné sonikátory a ultrazvukové reaktory pro zpracování kapalin v jakémkoli měřítku.

Konstrukce, výroba a poradenství – kvalita Made in Germany

Sonikátory a sonochemické reaktory Hielscher jsou známé svou nejvyšší kvalitou a konstrukčními standardy. Robustnost a snadná obsluha umožňují bezproblémovou integraci našich sonikátorů a ultrazvukových průtokových cel do průmyslových provozů. Sonikátory Hielscher snadno zvládají drsné podmínky a náročná prostředí.

Hielscher Ultrasonics je společnost s certifikací ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrazvukové přístroje s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Ultrazvukové přístroje Hielscher samozřejmě vyhovují požadavkům CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.

Níže uvedená tabulka vám poskytne představu o přibližné zpracovatelské kapacitě našich ultrazvukových přístrojů:

Objem vsádky	Průtok	Doporučená zařízení
0,5 až 1,5mL	n.a.	VialTweeter
1 až 500mL	10 až 200mL/min	UP100H
10 až 2000mL	20 až 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 až 20L	0,2 až 4L/min	UIP2000hdT
10 až 100L	2 až 10L/min	UIP4000hdT
15 až 150L	3 až 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 až 100L/min	UIP16000
n.a.	větší	klastr UIP16000

Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!

Ultrazvukové vysokosmykové homogenizátory se používají v laboratorním, stolním, pilotním a průmyslovém zpracování.

Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchací aplikace, dispergaci, emulgaci a extrakci v laboratorním, pilotním a průmyslovém měřítku.

Související témata

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.

Vysoce výkonný ultrazvuk! Produktová řada Hielscher pokrývá celé spektrum od kompaktních laboratorních ultrazvukových přístrojů přes stolní jednotky až po plně průmyslové ultrazvukové systémy.

Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorního po průmyslové měřítko.