MultiPhaseCavitator-Insert til ultralydsflowcelle

MultiPhaseCavitator Insert (InsertMPC48) er designet til at forbedre ultralydsbehandlingen af væske / væske eller væske / gasblandinger. 48 meget fine kanyler sprøjter væske eller gas ind i en væskefase lige i kavitationszonen. Dette skaber meget små suspenderede dråber eller gasbobler, der giver et meget højt specifikt overfladeareal.

Denne indsats er især nyttig til emulsionskemi, såsom faseoverførselsreaktioner, Fase-overførsel-katalyse (PTC) eller væske-væske-ekstraktion. Et andet interessant anvendelsesområde er udfældning af partikler fra to flydende forløbere eller sono-krystallisation. Denne indsats er designet til Hielscher flowcellereaktorer og giver mulighed for batch- eller kontinuerlig behandling.

En og 48 indsprøjtningsporte

Ultralydbehandling er et effektivt middel til emulgering og blanding. Til forskel fra den konventionelle opsætning, hvor separate faser kombineres, før de kommer ind i flowcellen og kavitationen, forbedrer denne flowcelleindsats kombinationen af de to faser. Når en væske sprøjtes ind gennem de 48 fine kanyler, kommer den ind i flowcellen i meget smalle tråde. Indsatsen bruger meget 48 fine medicinske kanyler med indvendige diametre fra 0,3 mm til 1,2 mm. Disse kanyler kan nemt udskiftes og er et billigt forbrugsmateriale (sterilt, ca. 2ct/stk.). Ultralydskavitationen (ved 20kHz) skærer de 48 indkommende væskestrenge i små dråber, når de kommer ind i væskefasen i flowcellen.
Designet anvender det samme fødetryk fra én forsyning til alle 48 kanyler for at udjævne flowet mellem kanylerne.

48 indgangsporte til ultralydsreaktor til væske-væske-reaktioner

Anvendelser og applikationer

Hielscher ultralydsreaktorer bruges ofte til at emulgere, for at forbedre faseoverførselskinetik eller opløsningshastigheder i væske-væske-fasesystemer. Eksempler på sådanne processer er oxidativ afsvovling med hydrogenperoxid og efterfølgende opløsningsmiddelekstraktion eller basekatalyseret transesterificering af triglycerider.
Begrænset opløselighed af en reagensfase i en anden reagensfase er et væsentligt problem i processens emulsionskemi, da begge faser kun reagerer med hinanden ved interfasen. Uden ultralyd resulterer dette i lave reaktionshastigheder og en langsom konverteringskinetik i tofasesystemer.
Ved hjælp af indsatsen med en ultralydsreaktor producerer kavitationen høj hydraulisk forskydning og bryder den injicerede fase i dråber under mikron og nanostørrelse. Da det specifikke overfladeareal af fasegrænsen har indflydelse på den kemiske reaktionshastighed, forbedrer denne signifikante reduktion i dråbediameter reaktionskinetik og kan reducere eller eliminere behovet for faseoverførselsmidler. Volumenprocenten af den injicerede fase kan sænkes, fordi finere emulsioner har brug for mindre volumen for at give den samme kontaktflade med den anden reagensfase.
Anvendelsen af denne indsats kan reducere den nødvendige mængde amfifile emulsionskatalysatorer eller faseoverførselskatalysatorer (PTC), såsom kvaternære ammoniumsalte med deres unikke evne til at opløses i både vandige og organiske væsker.

Forbedret masseoverførsel til kemiske reaktioner

Når to reagensfaser reagerer ved en fasegrænse, akkumuleres reaktionsprodukterne ved dråbeoverfladen og blokerer reagensfaserne fra at interagere ved grænsefladen. Den hydrauliske forskydning forårsaget af ultralydskavitationen resulterer i turbulent strømning og materialetransport fra og til dråbeoverflader og fører til gentagen koalescens og efterfølgende dannelse af nye dråber. Efterhånden som reaktionen skrider frem over tid, maksimerer sonikering eksponeringen og interaktionen mellem reagenserne.
Denne effekt bruges i mange processer, såsom transesterificering af vegetabilske olier til biodiesel eller syntese af polyestere ved transesterificering af diestere med dioler for at danne makromolekyler.

Emulgering / emulgering

Denne flowcelleindsats forbedrer emulgeringen ved blanding af ikke-blandbare væsker. Dette fører til mindre dråbestørrelser og en smallere størrelsesfordeling – nøglefaktor for stabiliteten af en emulsion. Med dette design kan du injicere og emulgere væsker med lav og medium viskositet i væsker med høj viskositet, såsom tunge brændselsolier (HFO'er), polymerer eller geler. Nogle formuleringer kan kræve, at emulgatorer eller stabilisatorer tilsættes. I dette tilfælde hjælper det at blande emulgatoren ensartet. Skræddersyede designs til injektion af mere end én fase gennem kanylerne er tilgængelige på forespørgsel.

væske-væske ekstraktion

Denne indsats booster væske-væske-ekstraktionsprocesser ved at lave en turbulent emulsion i fin størrelse, f.eks. af en opløsningsmiddelfase i en oliefase. Igen øger dette fasekontaktfladen og resulterer i bedre ekstraktion og reduceret brug af opløsningsmidler.

Aqua-brændstoffer til renere forbrænding

Brændselsolier af lav kvalitet, såsom svær brændselsolie, der bruges på skibsfartøjer eller til elproduktion, kan emulgeres med vand. Dette resulterer i en mere effektiv forbrænding og i en betydelig reduktion af NO_x emissioner og sod.
Læs mere om ultralydsemulgering af akva-brændstoffer (emulsionsbrændstoffer)!

Nedbør / Sono-krystallisation

Pigmenter eller nanopartikler kan genereres nedefra og op ved udfældning i væsker. I dette tilfælde begynder en overmættet blanding at danne faste partikler eller krystaller ud af det stærkt koncentrerede materiale. Disse partikler vil vokse til et vist punkt og til sidst udfældes. For at kontrollere partikel-/krystalstørrelsen og morfologien er det vigtigt at kontrollere blandingen af prækursor/reagens.
Generelt involverer nedbørsprocessen: Blanding, overmætning, kimdannelse, partikelvækst og agglomeration. Sidstnævnte undgås ved en lav fast koncentration eller ved stabiliseringsmidler. Blandingen er kritisk; Som for de fleste nedbørsprocesser er reaktionshastigheden meget høj. InsertMPC48 kombinerer hurtige smalle injicerede stråler med stærk ultralydskavitationsforskydning. Dette maksimerer blandingshastigheden og ydeevnen og skaber flere og mindre partikler.

Fra laboratorietest til pilotskala og produktion

Hielscher Ultrasonics tilbyder udstyr til at teste, verificere og bruge denne teknologi i enhver skala. Konceptet er let at indarbejde i eksisterende processer.

1. Før fase A ind i væskeindgangsporten i bunden af flowcellen
2. Før fase B ind i mindre væskeindgangsport(e) på siden af flowcellen. Dette foder vil blive sprøjtet ind i kavitationsområdet gennem 48 fine rør
3. Juster reaktortrykket ved hjælp af en modtryksventil ved flowcellens udløbsport

På bordniveau a UIP1000hd (1kW) kan behandle strømningshastigheder fra 100 til 1000L / time (25 til 250 gal / time) til procesdemonstration og til optimering af sonikeringsparametrene. Hielscher ultralydsprocessorer er designet til lineær opskalering til større behandlingsmængder i pilot- eller produktionsskala. Tabellen nedenfor viser behandlingsmængder og anbefalede udstyrsstørrelser.