Ultraschall-Zentrifugalreaktor für die Phasentrennung

Hielscher Ultrasonics entwickelt individuelle Ultraschallreaktoren für spezielle Prozesse. Der Zentrifugalreaktor wird für ultraschall-gestützte Trennverfahren eingesetzt. Dazu zählt u.a. die Abtrennung von Gas oder Feststoffen aus Flüssigkeiten.

Das flüssige Medium tritt mit hoher Geschwindigkeit tangential an einem Ende in den Reaktor ein. Dadurch entsteht eine Hochgeschwindigkeitskreisbewegung mit Zentrifugalkraft. Daraus resultiert der Druckanstieg, welcher von der Reaktormitte in Richtung Außenwand zunimmt.

Die ultraschall-gestützte Entgasung und Entlüftung

Eine der Hauptanwendung des Zentrifugalreaktors ist das ultraschall-gestützte Entgasen und Entlüften von flüssigen Medien. Dabei werden die Ultraschallschwingungen in der Regel über die Außenwand des Reaktors eingekoppelt. Bei der Beschallung der Hochdruckbereiche zeigen sich die größten Effekte. Durch den Ultraschallwellen koaleszieren die Lufteinschlüsse und bilden kleine Gasblasen. Die ultraschall-generierten Gasblasen wandern in die Mitte des Reaktors. Durch die erhöhte Gasblasenkonzentration in der Nähe des Niederdruckzentrums des Reaktors koaleszieren die kleinen Gasblasen und bilden größere Gasblasen.

Waschen und Abtrennen von Partikeln

Mittels Hochleistungs-Ultraschall können Partikelagglomerate getrennt, Partikeloberflächen gereinigt und die Viskosität von scherverdünnenden bzw. thixotropen Flüssigkeiten reduziert werden. Diese Ultraschalleffekte kommen bei der ultraschall-gestützten Waschung und Abtrennung von Partikeln zum Einsatz. Für diesen Prozess können die Ultraschallschwingungen entweder über eine Sonotrode in der Mitte des Reaktors und/oder die Reaktoraußenwand eingekoppelt werden.
Durch die Zentrifugalkraft sammeln sich die schwereres Partikel im äußeren Bereich des Reaktors an. Da in diesem Bereich ein höherer Druck herrscht, ist dort die Ultraschallintensität stärker. Die Ultraschallschwingungen und die Kavitation erzeugen Scherkräfte, welche die Viskosität von scherverdünnenden bzw. thixotropen Slurries senkt. Dadurch wird das Abtrennen von Partikeln deutlich vereinfacht.

Von Labortests zur Pilotanlage und Produktion

Der Zentrifugalreaktor ist mit allen Hielscher Ultraschallgeräten der UIP-Serie kompatibel. Für die Erprobung von Anwendungen empfehlen wir den UIP2000hdT. Dieses Gerät kann den Ultraschall sowohl über eine Sonotrode in der Reaktormitte als auch über die äußere Reaktorwand einkoppeln. Typische Durchflussmengen für diesen Reaktor liegen zwischen 1 und 80 m3 pro Stunde. Hielscher Ultraschallsysteme sind für das linear Scale-Up auf größere Verarbeitungsvolumen auf Pilot- oder Produktionanlagen konzipiert. Hielscher Installationen werden nachweislich seit vielen Jahren eingesetzt, um hohe Durchflussraten mit großer Zuverlässigkeit zu verarbeiten. Die folgende Tabelle listet Verarbeitungsvolumina und die dementsprechend empfohlene Größe des Ultraschallsystems auf.