Υπερήχων υποβοηθούμενη καταλυτική εκχύλιση

Hielscher υπερήχων αντιδραστήρες χρησιμοποιούνται σε πολλές βιομηχανίες για να βοηθήσει και να βελτιώσει την καταλυτική επεξεργασία εκχύλισης (CEP) ή λεγόμενη εκχύλιση μεταφοράς φάσης (PTE). Η καταλυτική εκχύλιση περιλαμβάνει ένα ετερογενές σύστημα μη αναμίξιμων φάσεων, όπως υγρό-υγρό ή υγρό-στερεό. Υπερήχων υψηλή διάτμηση και σπηλαίωση δυνάμεις βελτιώνουν τα ποσοστά διάλυσης των διαλυμένων ουσιών σημαντικά οδηγεί σε ταχύτερη και πληρέστερη εκχύλιση. Επιπλέον, αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μείωση της ποσότητας διαλύτη ή οξέος που χρησιμοποιείται. Ως αποδεδειγμένη τεχνική, η υπερηχητικά υποβοηθούμενη εκχύλιση χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο λόγω της αυξανόμενης ζήτησης για φιλικές προς το περιβάλλον τεχνικές εκχύλισης με μειωμένο χρόνο εκχύλισης και μειωμένη κατανάλωση οργανικών διαλυτών.

Καταλυτική Εκχύλιση/Εκχύλιση Μεταφοράς Φάσης – Βασικές αρχές

Ο όρος “Η επεξεργασία καταλυτικής εκχύλισης (CEP) ή η εκχύλιση μεταφοράς φάσης (PTE) περιγράφει την κατανομή υγρού-υγρού ή στερεού-υγρού όταν εστιάζεται η εκχύλιση και η απομάκρυνση των αναλυτέων ουσιών. Επομένως, το υγρό ή στερεό αραιωτικό πρέπει να διασπείρεται/γαλακτωματοποιείται στο διαλύτη (υγρή φάση). Με τον όρο “εκχυλιστικό” περιγράφεται μόνο η δραστική ουσία του διαλύτη (δηλαδή η ομοιογενής «οργανική φάση»’ που περιλαμβάνει το εκχυλιστικό μέσο, το αραιωτικό ή/και τον τροποποιητή) που είναι κυρίως υπεύθυνο για τη μεταφορά διαλελυμένης ουσίας από το «υδατικό’ στο «βιολογικό’ φάση. [IUPAC]. Η ύλη-στόχος, η οποία εξάγεται ονομάζεται εκχύλισμα.
Οι παραδοσιακές μέθοδοι εκχύλισης, όπως η εκχύλιση με soxhlet, η διαβροχή, τα μικροκύματα, η διήθηση, η εκχύλιση υπό παλινδρόμηση και απόσταξη ατμού ή η εκχύλιση με στροβιλοκινητήρα, είναι συχνά αργές και αναποτελεσματικές και/ή απαιτούν υψηλή ποσότητα επικίνδυνων διαλυτών, με αποτέλεσμα μια δαπανηρή και χρονοβόρα διαδικασία που είναι επιβλαβής για το περιβάλλον.
Ο υπέρηχος είναι μια αποδεδειγμένη εναλλακτική λύση στις συμβατικές μεθόδους εκχύλισης που παρέχει ταχύτερη και πληρέστερη εκχύλιση με λιγότερους ή καθόλου επικίνδυνους διαλύτες! Ο υπέρηχος είναι μια ισχυρή τεχνική για πράσινη, φιλική προς το περιβάλλον επεξεργασία.

Αρχή της υπερηχητικά υποβοηθούμενης καταλυτικής εκχύλισης

Για την εκχύλιση μιας ουσίας, οι μη αναμίξιμες φάσεις πρέπει να αναμειγνύονται έτσι ώστε η προς εκχύλιση ουσία να μπορεί να διαλυθεί από τη φάση-φορέα στη φάση του διαλύτη. Συνηθέστερα, οι εκχυλίσεις μεταφοράς φάσης εκτελούνται από μια φάση διασποράς σε μια συνεχή φάση, πράγμα που σημαίνει ότι τα σταγονίδια και τα σωματίδια πρέπει να διασκορπιστούν ομοιογενώς στον διαλύτη.
Ο υπερηχογράφος ισχύος είναι μια γνωστή τεχνολογία ανάμειξης και εκχύλισης που έχει πολλά θετικά αποτελέσματα στη διαδικασία εκχύλισης:

Οφέλη από την εκχύλιση με υπερήχους:

• Κατάργηση οριακών επιπέδων
• να ξεπεράσουν τις δυνάμεις του van-der-Waals
• μετακινήστε ακόρεστο υγρό στην επιφάνεια επαφής
• Μειώστε ή εξαλείψτε την ανάγκη για πράκτορες μεταφοράς
• μείωση του χρόνου, της θερμοκρασίας και/ή της συγκέντρωσης
• λιγότερη περίσσεια σε σύγκριση με τον όγκο που απαιτείται για πλήρη κορεσμό
• μικρότερος όγκος προς εξευγενισμό (π.χ. με απόσταξη, εξάτμιση, ξήρανση)
• χωρίς αντιδραστήρες συνεχούς ανάδευσης (CSR)
• εξοικονόμηση ενέργειας
• Χωρίς ομαδοποίηση αλλά ενσωματωμένη επεξεργασία
• χρησιμοποιήστε λιγότερο όξινο ή φθηνότερο διαλύτη
• αποφύγετε τους διαλύτες, χρησιμοποιήστε υδατικά αντ 'αυτού
• επεξεργάζονται υψηλές συγκεντρώσεις στερεών ή πολτούς υψηλού ιξώδους
• Πράσινη επεξεργασία: φιλική προς το περιβάλλον
• χρησιμοποιούν οργανικά οξέα, όπως μηλικό οξύ ή κιτρικό οξύ
• Αποφύγετε τις διαδικασίες εκχύλισης πολλαπλών σταδίων

εκχύλιση υγρού-υγρού

Συμβατική διαδικασία: Η εκχύλιση υγρού-υγρού είναι μια μέθοδος κατανομής για την εκχύλιση ουσιών από μια υγρή φάση σε μια άλλη υγρή φάση με βάση τις σχετικές διαλυτότητες των ουσιών στις δύο διαφορετικές μη αναμίξιμες υγρές φάσεις. Η χρήση υπερήχων βελτιώνει το ρυθμό με τον οποίο η διαλυμένη ουσία μεταφέρεται μεταξύ των δύο φάσεων με υψηλή απόδοση μίξη, Γαλακτωματοποίησηκαι διάλυση!
Η εκχύλιση υγρού-υγρού είναι μια τεχνική διαχωρισμού για την απομόνωση και τη συμπύκνωση πολύτιμων συστατικών από ένα υδατικό διάλυμα με τη χρήση οργανικού διαλύτη. Η εκχύλιση υγρού-υγρού εφαρμόζεται συχνά όταν άλλες τεχνικές διαχωρισμού (π.χ. απόσταξη) είναι αναποτελεσματικές. Η εκχύλιση υγρού-υγρού χρησιμοποιείται στη φαρμακευτική & καλλυντικά (δραστικές ενώσεις, API, αρώματα), καθώς και βιομηχανία τροφίμων και γεωργίας, για οργανική και ανόργανη χημεία, πετροχημική βιομηχανία και υδρομεταλλουργία.

Πρόβλημα: Ένα κοινό πρόβλημα είναι η αναμειξιμότητα των υγρών φάσεων (ο διαλύτης και το αραιωτικό είναι μη αναμίξιμα), έτσι ώστε να απαιτείται μια σωστή μέθοδος ανάμιξης. Καθώς η ομοιόμορφη ανάμειξη και των δύο υγρών φάσεων προάγει τη μεταφορά φάσης μεταξύ αραιωτικού και διαλύτη, μια αξιόπιστη μέθοδος διασποράς ή γαλακτωματοποίησης είναι ζωτικής σημασίας. Όσο λεπτότερο είναι το μείγμα και όσο υψηλότερη είναι η περιοχή επαφής μεταξύ των δύο φάσεων, τόσο καλύτερα το διαλυτικό μπορεί να ταξιδέψει από τη μία υγρή φάση στην άλλη υγρή φάση. Οι συμβατικές διαδικασίες εκχύλισης ως επί το πλείστον υστερούν στην προώθηση της μεταφοράς μάζας, έτσι ώστε η διαδικασία εκχύλισης να είναι αργή και συχνά ατελής. Για τη βελτίωση της εκχύλισης, συχνά χρησιμοποιούνται υπερβολικές ποσότητες διαλύτη, γεγονός που καθιστά τη διαδικασία δαπανηρή και περιβαλλοντικά ρυπογόνα.
 

 
Λύση: Υπερήχων υγρό-υγρό εκχύλιση υπερέχει παραδοσιακές τεχνικές εκχύλισης υγρού-υγρού σε διάφορα σημεία:
Ο υπέρηχος ισχύος αναμιγνύει δύο ή περισσότερες υγρές φάσεις αξιόπιστες και εύκολα μαζί. Με υπερήχους, σταγονίδια μπορούν να μειωθούν σε νανο-μέγεθος, έτσι ώστε πρόστιμο μικρο- και νανογαλακτώματα λαμβάνονται. Με αυτόν τον τρόπο, οι παραγόμενες δυνάμεις σπηλαίωσης προάγουν τη μεταφορά μάζας μεταξύ των υγρών φάσεων. Καθώς η υπερήχηση μπορεί να εκτελεστεί σε ένα συνεχές ενσωματωμένο σύστημα, μεγάλους όγκους και Εξαιρετικά ιξώδη υγρά μπορεί να αντιμετωπιστεί χωρίς προβλήματα.
Αλλά και μικρο εκχύλιση, π.χ. για αναλυτικούς σκοπούς, μπορεί να βελτιωθεί με υπερήχους, πάρα πολύ (π.χ. ιοντική υγρή βάση μικρο-εκχύλιση με υπερήχων γαλακτωματοποίηση).

Οφέλη από την εκχύλιση με υπερήχους:
Ισχυρές υπερηχητικές δυνάμεις – παράγεται από υπερήχους χαμηλής συχνότητας / υψηλής ισχύος – βοηθά

• ανασχηματισμός σταγονιδίων
• Αποφύγετε τους παράγοντες μεταφοράς γαλακτώματος ή τους αμφίφιλους καταλύτες
• Αποφύγετε τη χρήση απορρυπαντικών ή επιφανειοδραστικών ουσιών
• Αποφύγετε τους αμφιφιλικούς καταλύτες, τα απορρυπαντικά ή τις επιφανειοδραστικές ουσίες
• παράγουν τυρβώδη ασταθή γαλακτώματα χωρίς επιφανειοδραστικές στιβάδες

Στερεά-υγρό εκχύλιση βελτιωμένη από υπερήχους

Στόχος της εκχύλισης στερεού-υγρού ή της εκχύλισης στερεάς φάσης (SPE) είναι ο διαχωρισμός των αναλυτέων ουσιών, οι οποίες διαλύονται ή εναιωρούνται σε υγρό μείγμα, και η απομόνωσή τους από μια μήτρα σύμφωνα με τις φυσικές και χημικές τους ιδιότητες. Επομένως, το απομόνωμα εκλούεται από τα sorbens με τη βοήθεια κατάλληλου διαλύτη. Η εκχυλισμένη ουσία ονομάζεται έκλουσμα.
Οι συμβατικές τεχνικές SPE είναι η διαβροχή, η εκχύλιση soxhlet, η διήθηση, ο συνδυασμός παλινδρόμησης και απόσταξης ατμού ή η ανάμιξη υψηλής ταχύτητας / turbo-extraction. Η εκχύλιση στερεού-υγρού είναι μια κοινή διαδικασία διαχωρισμού ενώσεων στη βιολογία, τη χημεία καθώς και στη βιομηχανία τροφίμων, φαρμάκων και καλλυντικών. Η εξόρυξη μετάλλων είναι επίσης γνωστή ως έκπλυση.
Πρόβλημα: Οι συμβατικές τεχνικές SPE είναι γνωστές ως χρονοβόρες και απαιτούν σχετικά μεγάλες ποσότητες διαλυτών που είναι κυρίως επικίνδυνοι για το περιβάλλον και ρυπογόνοι. Οι υψηλές θερμοκρασίες διεργασίας μπορούν ακόμη και να οδηγήσουν στην καταστροφή θερμικά ευαίσθητων εκχυλισμάτων.
Λύση: Με μια υπερηχητικά υποβοηθούμενη εκχύλιση στερεού-υγρού, τα κοινά προβλήματα της παραδοσιακής SPE μπορούν κανονικά να ξεπεραστούν. Καθώς η υπερήχηση παρέχει μια λεπτή κατανομή των στερεών στη φάση του διαλύτη, είναι διαθέσιμο ένα μεγαλύτερο διεπιφανειακό όριο έτσι ώστε να βελτιωθεί η μεταφορά μάζας της ουσίας-στόχου στο διαλύτη. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια ταχύτερη και πληρέστερη εκχύλιση, ενώ η χρήση διαλύτη μειώνεται ή αποφεύγεται εντελώς (χρησιμοποιήστε νερό ως υγρή φάση αντ 'αυτού). Με την εφαρμογή υπερήχων ισχύος, η εκχύλιση στερεάς φάσης μπορεί να πραγματοποιηθεί πιο αποτελεσματική, οικονομική και φιλική προς το περιβάλλον. Λόγω της μείωσης ή της αποφυγής ρυπογόνων ή επικίνδυνων διαλυτών, υπερήχων εκχύλιση μπορεί να θεωρηθεί ως φιλικό προς το περιβάλλον Πράσινη διαδικασία. Οικονομικά, το κόστος της διαδικασίας μειώνεται λόγω της εξοικονόμησης ενέργειας, διαλύτη και χρόνου.

Εκχύλιση με διαλύτη υπερήχων

Σε περίπτωση εκχύλισης με διαλύτη, χρησιμοποιείται διαλύτης (π.χ. οργανικός διαλύτης) για τη διάλυση και τον διαχωρισμό μιας ένωσης από ένα άλλο υγρό (π.χ. υδατική φάση). Γενικά, οι περισσότερες πολικές διαλυμένες ουσίες διαλύονται στον πιο πολικό διαλύτη και οι λιγότερες πολικές διαλυμένες ουσίες στον λιγότερο πολικό διαλύτη. Χρησιμοποιώντας εκχύλιση με διαλύτη, είναι δυνατόν να διαχωριστούν οξειδωμένα θειοφένια (σουλφοξείδια, σουλφόνες) από μια φάση ελαίου χρησιμοποιώντας ακετονιτρίλιο ή άλλους πολικούς διαλύτες. Η εκχύλιση με διαλύτη χρησιμοποιείται επίσης για την εκχύλιση υλικών, όπως το ουράνιο, το πλουτώνιο ή το θόριο από όξινα διαλύματα σε τρι- οργανοφωσφορικάN-φωσφορικός βουτυλεστέρας (μέθοδος PUREX).
Μειώστε τη χρήση διαλυτών: Η χρήση υπερήχων ελαχιστοποιεί τη χρήση διαλυτών στη διαδικασία και βελτιστοποιεί το φορτίο του προϊόντος στο διαλύτη. Οδηγεί επίσης σε ταχύτερη και πληρέστερη εκχύλιση.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με την υπερηχητικά υποβοηθούμενη οξειδωτική αποθείωση!

Υπερήχων-υποβοηθούμενη εκχύλιση Soxhlet

Η εκχύλιση Soxhlet είναι μια τεχνική εκχύλισης στερεού-υγρού που χρησιμοποιείται συχνά συνθετικά και αναλυτικά εργαστήρια. Η εκχύλιση με Soxhlet εφαρμόζεται κυρίως όταν μια ουσία έχει περιορισμένη μόνο διαλυτότητα σε διαλύτη και η πρόσμειξη είναι αδιάλυτη σε αυτόν τον διαλύτη.
Ο υπέρηχος μπορεί να συνδυαστεί με μεγάλη επιτυχία με την εκχύλιση Soxhlet με αποτέλεσμα αυξημένες αποδόσεις και μικρότερο χρόνο εκχύλισης.
Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την υπερηχητικά υποβοηθούμενη εκχύλιση Soxhlet!

Εκχύλιση σε τήγματα χρησιμοποιώντας κατεργασία με υπερήχους

Οι εκχυλίσεις υγρού-υγρού μπορούν να πραγματοποιηθούν σε μείγματα όπου τήκεται είτε η μία είτε και οι δύο υγρές φάσεις, όπως τετηγμένα άλατα ή τετηγμένα μέταλλα, όπως ο υδράργυρος. Ισχυρή ενσωματωμένη υπερήχηση σε υπερηχητικούς αντιδραστήρες κυττάρων ροής επιτρέπει την επεξεργασία ακόμη και υγρών με υψηλό ιξώδες όπως τήγματα.

Υπερήχων υποβοηθούμενη έκπλυση

Η έκπλυση περιγράφει τη χρήση οξέων, διαλυτών ή ζεστού νερού για την επιλεκτική διάλυση μιας διαλελυμένης ουσίας από έναν αδρανή αδιάλυτο στερεό φορέα. Η έκπλυση χρησιμοποιείται συχνά στην εξόρυξη για την εξόρυξη μετάλλων από μεταλλεύματα.
Οφέλη από την υπερηχητική έκπλυση:

• πλύνετε μικρά στόμια από πορώδη υλικά
• να ξεπεραστούν οι επιλεκτικότητα των μεμβρανών
• καταστρέφουν τα στερεά, αποκολλούν και αποσυσσωματώνουν στερεά
• αφαίρεση παθητικών στρωμάτων
• αφαίρεση των στρωμάτων οξειδίου
• Βρέξτε όλη την επιφάνεια του υλικού, ιδίως για υγρά υψηλής επιφανειακής τάσης
• αραίωση διάτμησης

Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την έκπλυση με υπερήχους!

Hielscher υπερήχων για κάθε όγκο παραγωγής

Κατεργασία με υπερήχους στο εργαστήριο, πάγκος-κορυφή και κλίμακα παραγωγής: Όλες οι συσκευές υπερήχων Hielscher είναι κατασκευασμένες για να τρέχουν 24h / 7d, ακόμη και οι ομογενοποιητές εργαστηρίου υπερήχων μπορούν να επεξεργαστούν σημαντικούς όγκους είτε σε παρτίδα είτε σε ροή. Οι πάγκοι και οι βιομηχανικοί υπερήχων σχεδιάζονται και κατασκευάζονται σε βιομηχανική ποιότητα, έτσι ώστε οι υψηλοί όγκοι και τα υψηλά ιξώδη να μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία χωρίς προβλήματα – ακόμη και υπό απαιτητικές συνθήκες, όπως υψηλές πιέσεις και υψηλές θερμοκρασίες (π.χ. σε συνδυασμό με υπερκρίσιμο CO2, για διεργασίες εξώθησης κ.λπ.). Οι ισχυροί υπερήχων της Hielscher είναι ικανοί να χειρίζονται διαλύτες, λειαντικά υγρά και διαβρωτικά. Τα κατάλληλα εξαρτήματα καθιστούν δυνατή τη βέλτιστη προσαρμογή του συστήματος υπερήχων στις απαιτήσεις της διαδικασίας εκχύλισης. Για εγκατάσταση σε επικίνδυνα περιβάλλοντα, με βαθμολογία ATEX ή FM αντιεκρηκτικά συστήματα υπερήχων είναι διαθέσιμα.
Με αυτόν τον τρόπο, Hielscher ισχυρή και ισχυρή υπερήχων και το ευρύ φάσμα των εξαρτημάτων επιτρέπει να υπερήχων υλικά όπως ζεστό νερό / υγρά, οξέα, τήγματα μετάλλων, τήγματα άλατος, διαλύτες (π.χ. μεθανόλη, εξάνιο; οργανικά, πολικούς διαλύτες π.χ. ακετονιτρίλιο).

Διάγραμμα ροής: Στάδια εκχύλισης μεταφοράς φάσης υπερήχων