Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

MultiPhaseCavitator: Accesorio para el reactor de flujo ultrasónico

El inserto del MultiPhaseCavitator (InsertMPC48) está diseñado para mejorar el procesamiento ultrasónico de mezclas de líquido/líquido o líquido/gas. 48 cánulas muy finas inyectan líquido o gas en una fase líquida justo en la zona de cavitación. Esto crea gotas suspendidas muy pequeñas o burbujas de gas que producen una superficie específica muy alta.
Este inserto es particularmente útil para la química de emulsión, como las reacciones de transferencia de fase, Catálisis por transferencia de fase (PTC) o Líquido-Líquido-Extracción. Otro campo de aplicación interesante es la precipitación de partículas de dos precursores líquidos o la sono-cristalización. Este inserto está diseñado para reactores de células de flujo de Hielscher y permite el procesamiento por lotes o continuo.
Muestra el detalle de la inyección de fase del transportador multifásico

Inyección en el multifasecavitador ultrasónico

Uno y 48 puertos de inyección

La ultrasonicación es un medio eficaz para emulsionar y mezclar. A diferencia de la configuración convencional, en la que se combinan fases separadas antes de que entren en la celda de flujo y la cavitación, este inserto de celda de flujo mejora la combinación de las dos fases. Cuando se inyecta un líquido a través de las 48 cánulas finas, entra en la celda de flujo en filamentos muy estrechos. El inserto utiliza 48 cánulas médicas muy finas con diámetros interiores de 0,3 mm a 1,2 mm. Estas cánulas se pueden reemplazar fácilmente y son un consumible de bajo costo (estéril, aprox. 2ct/pc). La cavitación ultrasónica (a 20kHz) corta las 48 hebras de líquido entrantes en pequeñas gotas cuando entran en la fase líquida en la celda de flujo.
El diseño aplica la misma presión de alimentación de un suministro a las 48 cánulas para nivelar el flujo entre las cánulas.

InsertarMPC48 para reactor de celda de flujo

48 puertos de entrada al reactor ultrasónico para reacciones líquido-líquido

Usos y aplicaciones

Mezcla ultrasónica para química de emulsiónLos reactores ultrasónicos de Hielscher se utilizan a menudo para emulsionar, mejorar la cinética del proceso de transferencia de fase o las tasas de disolución en sistemas de fase líquido-líquido. Ejemplos de estos procesos son la desulfurización oxidativa con peróxido de hidrógeno y la subsiguiente extracción con disolvente o la transesterificación de triglicéridos con base catalizada.
La solubilidad limitada de una fase del reactivo en otra fase del reactivo es un problema significativo en la química de la emulsión del proceso, ya que ambas fases reaccionan entre sí sólo en la interfase. Sin ultrasonidos, esto resulta en bajas tasas de reacción y una cinética de conversión lenta en sistemas bifásicos.
Usando el inserto con un reactor ultrasónico, la cavitación produce un alto cizallamiento hidráulico y rompe la fase inyectada en gotas submicrónicas y de tamaño nano. Como la superficie específica del límite de fase influye en la tasa química de reacción, esta reducción significativa en el diámetro de las gotas mejora la cinética de la reacción y puede reducir o eliminar la necesidad de agentes de transferencia de fase. El porcentaje de volumen de la fase inyectada puede reducirse, porque las emulsiones más finas necesitan menos volumen para proporcionar la misma superficie de contacto con la otra fase del reactivo.
El uso de este inserto puede reducir la cantidad requerida de catalizadores de emulsión anfifílica o catalizadores de transferencia de fase (PTC)como las sales de amonio cuaternario con su capacidad única de disolverse en líquidos acuosos y orgánicos.

Transferencia de masa mejorada para reacciones químicas

Cuando dos fases del reactivo reaccionan en un límite de fase, los productos de reacción se acumulan en la superficie de la gota y bloquean la interacción de las fases del reactivo en la interfaz. El cizallamiento hidráulico causado por la cavitación ultrasónica produce un flujo turbulento y transporte de material desde y hacia las superficies de las gotas y conduce a la coalescencia repetida y a la formación subsiguiente de nuevas gotas. A medida que la reacción progresa con el tiempo, la sonicación maximiza la exposición e interacción de los reactivos.
Este efecto se utiliza en muchos procesos, como la transesterificación de aceites vegetales en biodiesel o la síntesis de poliésteres mediante la transesterificación de diésteres con dioles para formar macromoléculas.

Emulsionado / Emulsionado

Este inserto de celda de flujo mejora la emulsificación cuando se mezclan líquidos inmiscibles. Esto conduce a tamaños de gota más pequeños y a una distribución de tamaño más estrecha. – factor clave para la estabilidad de una emulsión. Con este diseño se pueden inyectar y emulsionar líquidos de baja y media viscosidad incluso en líquidos de alta viscosidad, como aceites combustibles pesados (HFOs), polímeros o geles. Algunas formulaciones pueden requerir la adición de emulsionantes o estabilizadores. En este caso ayuda a mezclar el emulsionante uniformemente. Diseños personalizados para la inyección de más de una fase, aunque las cánulas están disponibles bajo pedido.

Extracción líquido-líquido

Este inserto potencia los procesos de extracción líquido-líquido al hacer una emulsión turbulenta de tamaño fino, por ejemplo, de una fase de disolvente en una fase oleosa. Una vez más, esto aumenta la superficie de contacto de las fases y resulta en una mejor extracción y un menor uso de disolventes.

Aqua-Fuels para una combustión más limpia

Los fuelóleos de baja calidad, como el fuelóleo pesado utilizado en embarcaciones marítimas o para la generación de energía, pueden emulsionarse con agua. Esto resulta en una combustión más eficiente y en una reducción significativa de las emisiones de NOx y el hollín.
Lea más sobre la emulsificación ultrasónica de los combustibles acuáticos (emulsión-combustibles)!

InsertarMPC48 con 48 cánulas finas

InsertarMPC48 – 48 cánulas finas terminan en la zona de cavitación

FC100L1K-1S con insertoMPC48

Reactor ultrasónico de celda de flujo FC100L1K-1S con insertoMPC48

Un mejor diseño crea mejores resultados!

Precipitación / Sono-Cristalización

Los pigmentos o nanopartículas pueden generarse de abajo hacia arriba por precipitación en líquidos. En este caso, una mezcla sobresaturada comienza a formar partículas sólidas o cristales a partir del material altamente concentrado. Estas partículas crecerán hasta cierto punto y finalmente se precipitarán. Para controlar el tamaño y la morfología de las partículas/cristales, es esencial controlar la mezcla de precursores y reactivos.
En general, el proceso de precipitación implica: Mezcla, supersaturación, nucleación, crecimiento de partículas y aglomeración. Esto último se evita con una baja concentración de sólidos o con agentes estabilizantes. La mezcla es crítica; como en la mayoría de los procesos de precipitación, la velocidad de reacción es muy alta. El InsertMPC48 combina chorros inyectados rápidos y estrechos con un fuerte cizallamiento cavitacional ultrasónico. Esto maximiza la velocidad y el rendimiento de la mezcla creando más y más pequeñas partículas.

Distribución granulométrica del Fe3O4

Distribución granulométrica de las partículas de Fe3O4 (magnetita) generadas en una reacción de precipitación ultrasónica continua (Banert et al., 2004).

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Infórmenos sobre los requerimientos de su proceso. Le recomendaremos tanto el equipo como los parámetros de funcionamiento más adecuados para su proyecto.





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De las pruebas de laboratorio a la escala piloto y a la producción

Hielscher Ultrasonics ofrece equipos para probar, verificar y utilizar esta tecnología a cualquier escala. El concepto es fácil de incorporar en los procesos existentes.

  1. Alimentar la fase A en el puerto de entrada de líquido en la parte inferior de la celda de flujo.
  2. Alimente la fase B en los puertos de entrada de líquido más pequeños en el lado de la celda de flujo. Esta alimentación se inyecta en el área cavitacional a través de 48 tubos finos.
  3. Ajustar la presión del reactor mediante una válvula de contrapresión en la conexión de salida de la celda de flujo.

En el nivel de la mesa de trabajo a UIP1000hd (1kW) puede procesar caudales de 100 a 1000L/hr (25 a 250 gal/hr) para la demostración del proceso y para la optimización de los parámetros de sonicación. Los procesadores ultrasónicos de Hielscher están diseñados para el escalado lineal a grandes volúmenes de procesamiento a escala piloto o de producción. La siguiente tabla enumera los volúmenes de procesamiento y los tamaños de equipos recomendados.

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
0.2L 0.25 a 2m3/h UIP1000hd, UIP2000hd
0.2L de 1 a 8 m3/h UIP4000
n.a. 4 a 30m3/h UIP16000
n.a. por encima de 30m3/h Grupo de UIP10000 o UIP16000