Effektive bioraffinaderier via ultralydsprocesintensivering

Ultralydbehandling er en procesintensiverende teknik, der implementeres i forskellige processer i bioraffinaderier. Typiske processer, der drager stor fordel af ultralydsbehandling, er ekstraktion, langsomme heterogene reaktioner samt andre applikationer, der involverer intens blanding, homogenisering og dispergering. Ultralydbehandling fremskynder processer og reaktioner og gør dem mere effektive. Resultaterne af ultralydsfremmede processer er højere udbytter/output og højere konverteringsrater.

Hvad er bioraffinaderier?

Et bioraffinaderi er et produktionsanlæg, der integrerer biomassekonverteringsprocesser og procesudstyr til at producere brændstoffer, energi og andre gavnlige produkter såsom kemikalier fra biomasseråmaterialet. Typisk biomasse, der forarbejdes i bioraffinaderier, omfatter råvarer som landbrugsaffald og biprodukter, som upcycles til forskellige værdiskabende, biobaserede produkter, f.eks. fødevarer, foder, kemikalier, bioenergi (biobrændstoffer, strøm og/eller varme). Produktionsprocesserne på et bioraffinaderi er beregnet til at være bæredygtige og miljøvenlige. I lighed med konventionelle raffinaderier kan bioraffinaderier levere flere kemikalier ved at fraktionere et oprindeligt råmateriale (biomasse) til flere mellemprodukter (kulhydrater, proteiner, triglycerider), der kan omdannes yderligere til værdiskabende produkter. Et nøglekendetegn ved bioraffinaderier er valorisering og genanvendelse/upcycling af affald såsom landbrugs-, by- og industriaffald ved hjælp af omdannelse af ubrugelig biomasse til værdifulde materialer.

Ultralydsintensiverede bioraffinaderier

Ved integration af ultralydbehandling kan mange processer såsom ekstraktion, fordøjelse, opløsning, transesterificering blandt mange andre køres betydeligt mere effektivt. Ultralydsprocesintensivering i et bioraffinaderi sigter hovedsageligt mod at forbedre udbyttet, at gøre processer mere tids- og energieffektive og at forbedre renheden og kvaliteten af det endelige produkt. Ultralydbehandling kan bidrage til forskellige bioraffinaderiprocesser.

Hvordan fungerer sonikering? – Arbejdsprincippet for ultralyd

Til højtydende ultralydsbehandling genereres højintensiv, lavfrekvent ultralyd af en ultralydsgenerator og transmitteres via en ultralydssonde (sonotrode i en væske. Ultralyd med høj effekt betragtes som ultralyd i området 16-30kHz. Ultralydssonden udvider sig og trækker sig sammen f.eks. ved 20 kHz og sender derved henholdsvis 20.000 vibrationer i sekundet ind i mediet. Når ultralydsbølgerne bevæger sig gennem væsken, skaber skiftende højtryks- (kompression) / lavtrykscyklusser (sjældenhed eller ekspansion) små vakuumbobler eller hulrum, der vokser over flere trykcyklusser. Under kompressionsfasen af væsken og boblerne er trykket positivt, mens sjældenhedsfasen producerer et vakuum (undertryk.) Under kompressions-ekspansionscyklusserne vokser hulrummene i væsken, indtil de når en størrelse, hvor de ikke kan absorbere mere energi. På dette tidspunkt imploderer de voldsomt. Implosionen af disse hulrum resulterer i forskellige meget energiske effekter, som er kendt som fænomenet akustisk / ultralydskavitation. Akustisk kavitation er kendetegnet ved mangfoldige meget energiske effekter, som påvirker væsker, faste / væskesystemer samt gas/væskesystemer. Den energitætte zone eller kavitationszone er kendt som den såkaldte hot-spot zone, som er mest energitæt i umiddelbar nærhed af ultralydssonden og falder med stigende afstand fra sonotroden. Billedet til venstre viser intens kavitation ved en 1kW ultralydssonde i vand. De vigtigste egenskaber ved ultralydskavitation inkluderer lokalt forekommende meget høje temperaturer og tryk og respektive differentialer, turbulenser og væskestrøm. Under implosionen af ultralydshulrum i ultralyds-hot-spots kan temperaturer på op til 5000 Kelvin, tryk på op til 200 atmosfærer og flydende stråler med op til 1000 km / t måles. Disse enestående energiintensive forhold bidrager til sonomekaniske og sonokemiske effekter, der intensiverer biomasse og kemiske systemer på forskellige måder.
Den vigtigste indvirkning af ultarsonication på biomasse skyldes følgende virkninger:

• Høj forskydning: Ultralyds højforskydningskræfter forstyrrer væsker og væske-faste systemer, hvilket forårsager intens omrøring, homogenisering og masseoverførsel.
• Indvirkning: Væskestråler og streaming genereret af ultralydskavitation acceler faste stoffer i væsker, hvilket efterfølgende fører til interparticluar kollision. Når partikler kolliderer med meget høje hastigheder, eroderer, splintres de og bliver fræset og spredt fint, ofte ned til nanostørrelse. For biologisk materiale som plantevæv og bioaffald forstyrrer de højhastighedsvæskestråler og vekslende trykcyklusser cellevæggene og frigiver det intracellulære materiale. Dette resulterer i meget effektiv ekstraktion af bioaktive forbindelser og homogen blanding af biomasse.
• Agitation: Ultralydbehandling forårsager intense turbulenser, forskydningskræfter og mikrobevægelse i væsken eller opslæmningen. Derved intensiverer sonikering altid masseoverførsel og fremskynder derved reaktioner og processer.

Højtydende ultralydsprocessorer til bioraffinaderier

Hielscher Ultrasonic fremstiller og distribuerer ultralydsblandere med høj forskydning til højtydende anvendelse, såsom homogenisering, blanding, celleafbrydelse, opløsning, ekstraktion, dispersion, afgasning og initiering af kemiske reaktioner. Ultralydsreaktorer implementeres i bioraffinaderier over hele verden for at øge effektiviteten, udbyttet og konverteringshastigheden for forskellige processer.
Højtydende ultralydsudstyr til bioraffinaderiprocesser er let tilgængeligt til bord-top-, pilot- og industriel installation. Da ultralydsapplikationer såsom ekstraktion, opløsning, opløsning, forbedring af masseoverførsel, homogenisering og afluftning allerede er etablerede processer, er overgangen fra første forsøg, optimering til dine specifikke proceskrav og installation af et fuldt industrielt ultralydsseparations- og / eller udvaskningssystem hurtigt og enkelt.
Hielscher Ultrasonics leverer højtydende ultralydapparater i enhver størrelse og kapacitet. Med UIP16000 (16kW) fremstiller Hielscher den mest kraftfulde ultralydsprocessor på verdensplan. UIP16000 såvel som alle andre industrielle ultralydssystemer kan let klynges til den krævede behandlingskapacitet. Alle Hielscher ultralydapparater er bygget til 24/7 drift under fuld belastning og i krævende miljøer.

Ultralydssonder og sono-reaktorer til ethvert volumen

Hielscher Ultrasonics produktsortiment dækker hele spektret af ultralydsprocessorer fra kompakte laboratorieultralydapparater over bord- og pilotsystemer til fuldt industrielle ultralydsprocessorer med kapacitet til at behandle lastbiler i timen. Det fulde produktsortiment giver os mulighed for at tilbyde dig det bedst egnede ultralydsudstyr til din applikation, proceskapacitet og produktionsmål.

Præcist kontrollerbare amplituder for optimale resultater

Alle Hielscher ultralydsprocessorer er præcist kontrollerbare og dermed pålidelige arbejdsheste i R&D og produktion. Amplituden er en af de afgørende procesparametre, der påvirker effektiviteten og effektiviteten af sonokemisk og sonomekanisk inducerede reaktioner. Alle Hielscher ultralydsapparater’ Processorer giver mulighed for den præcise indstilling af amplituden. Sonotroder og boosterhorn er tilbehør, der gør det muligt at ændre amplituden i et endnu bredere område. Hielschers industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder og levere den krævede ultralydsintensitet til krævende applikationer. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift.
Præcise amplitudeindstillinger og permanent overvågning af ultralydsprocesparametrene via smart software giver dig mulighed for at behandle biomasse under de mest effektive ultralydsforhold. Optimal sonikering for mest effektiv biomasse upcycling!
Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tunge og krævende miljøer. Dette gør Hielschers ultralydsudstyr til et pålideligt arbejdsredskab, der opfylder dine krav til bioraffineringsprocessen.

Højeste kvalitet – Designet og fremstillet i Tyskland

Som en familieejet og familiedrevet virksomhed prioriterer Hielscher de højeste kvalitetsstandarder for sine ultralydsprocessorer. Alle ultralydapparater er designet, fremstillet og grundigt testet i vores hovedkvarter i Teltow nær Berlin, Tyskland. Robustheden og pålideligheden af Hielschers ultralydsudstyr gør det til en arbejdshest i din produktion. 24/7 drift under fuld belastning og i krævende miljøer er en naturlig egenskab ved Hielschers højtydende ultralydssonder og reaktorer. Vores dygtige team står klar til at hjælpe dig med procesviden, træning og support.

Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: