Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

MultiPhaseCavitator: Accesorio para el reactor de flujo ultrasónico

El MultiPhaseCavitator Insert (InsertMPC48) está diseñado para mejorar el procesamiento ultrasónico de líquido / líquido o mezclas de líquido / gas. 48 muy finas cánulas inyectar líquido o gas en una fase líquida a la derecha en la zona de cavitación. Esto crea gotitas suspendidas o burbujas de gas que producen una muy alta área de superficie específica muy pequeña.
Este inserto es particularmente útil para la química de la emulsión, tales como fase-Transfer-Reactions, Fase-Transfer-Catálisis (PTC) o Líquido-Líquido-extracción. Otro campo de aplicación interesante es la precipitación de partículas a partir de dos precursores líquidos o sono-cristalización. Este inserto está diseñado para reactores celda de flujo Hielscher y permite por lotes o proceso continuo.
Muestra el detalle de inyección fase de multi-fase-cavitador

La inyección en multiphasecavitator ultrasónico

Uno y 48 puertos de inyección

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

InsertMPC48 para Reactor celda de flujo

48 puertos de entrada en el reactor ultrasónico para reacciones líquido-líquido

Usos y Aplicaciones

Ultrasónico de mezcla de Química Emulsiónreactores de ultrasonidos Hielscher se utilizan a menudo para emulsionar, para mejorar la cinética del proceso de transferencia de fase o las tasas de disolución en los sistemas de fases líquido-líquido. Ejemplos de tales procesos son la desulfuración oxidativa con peróxido de hidrógeno y la extracción con disolvente posterior o la transesterificación catalizada por base de los triglicéridos.
La solubilidad limitada de una fase de reactivo en otra fase de reactivo es un problema significativo en la química de la emulsión del proceso ya que ambas fases reaccionan entre sí solo en la interfase. Sin ultrasonidos, esto da como resultado velocidades de reacción bajas y una cinética de conversión lenta en sistemas de dos fases.
Utilizando la pieza de inserción con un reactor de ultrasonidos, la cavitación produce de alto cizallamiento hidráulico y rompe la fase inyectado en sub-micrométrico y de tamaño nanométrico gotitas. Como el área superficial específica del límite de fase es influyente para la tasa química de reacción de esta reducción significativa en diámetro de gota mejora la cinética de reacción y puede reducir o eliminar la necesidad de agentes de transferencia de fase. El porcentaje en volumen de la fase inyectado puede ser bajado, porque las emulsiones más finas necesitan menos volumen para proporcionar la misma superficie de contacto con la otra fase de reactivo.
El uso de este inserto puede disminuir la cantidad necesaria de catalizadores de emulsión anfifílicos o catalizadores de transferencia de fase (PTC), Tales como sales de amonio cuaternario con su capacidad única para disuelven en ambos líquidos acuosos y orgánicos.

Enhanced transferencia de masa para las reacciones químicas

Cuando dos fases de reactivos reaccionan en un límite de fase, los productos de reacción se acumulan en la superficie de la gota y bloquean las fases de reactivos de la interacción en la interfase. La cizalla hidráulica causada por los resultados cavitación ultrasónica en el flujo turbulento y transporte de material desde y hacia gotita superficies y conduce a la coalescencia repetida y posterior formación de nuevas gotitas. A medida que la reacción progresa con el tiempo, sonicación maximiza la exposición y la interacción de los reactivos.
Este efecto se utiliza en muchos procesos, tales como la transesterificación de aceites vegetales en biodiesel o la síntesis de poliésteres mediante la transesterificación de diésteres con dioles para formar macromoléculas.

Emulsionante / Emulsificación

Este inserto celda de flujo mejora la emulsificación cuando se mezclan líquidos inmiscibles. Esto conduce a tamaños de gotas más pequeñas y una distribución de tamaño más estrecho – factor clave para la estabilidad de una emulsión. Con este diseño se puede inyectar y emulsionar líquidos de baja y media viscosidad en líquidos incluso de alta viscosidad, tales como aceites pesados ​​de combustible (HFO), polímeros o geles. Algunas formulaciones pueden requerir emulsionantes o estabilizadores que se añaden. En este caso ayuda a mezclar el emulsionante de manera uniforme. diseños personalizados para la inyección de más de una fase a pesar de las cánulas están disponibles bajo petición.

Extracción Líquido-Líquido

Esta inserción aumenta procesos de extracción líquido-líquido haciendo una emulsión turbulento de tamaño fino, por ejemplo de una fase de disolvente en una fase de aceite. De nuevo, esto aumenta la superficie de contacto de fase y resulta en una mejor extracción y uso reducido de disolvente.

Aqua-carburantes para una combustión más limpia

aceites combustibles de bajo grado, tales como aceite combustible pesado utilizados en embarcaciones marinas o para la generación de energía se pueden emulsionar con agua. Esto da como resultado una combustión más eficiente y en una reducción significativa de NOx emisiones y hollín.
Lea más sobre la emulsificación ultrasónica de los combustibles acuáticos (emulsión-combustibles)!

InsertMPC48 con 48 finas cánulas

InsertarMPC48 – 48 finas cánulas terminan en la zona de cavitación

FC100L1K-1S con InsertMPC48

Celda de flujo ultrasónico Reactor FC100L1K-1S con InsertMPC48

Mejor diseño crea mejores resultados!

Precipitación / Sono-Cristalización

Los pigmentos o nanopartículas se pueden generar de abajo hacia arriba mediante la precipitación en líquidos. En este caso, una mezcla sobresaturada comienza a formar partículas sólidas o cristales del material altamente concentrado. Estas partículas crecerán hasta cierto punto y finalmente se precipitarán. Para controlar el tamaño y la morfología de la partícula / cristal, es esencial controlar la mezcla del precursor / reactivo.
En general, el proceso de precipitación implica: Dispersar, sobresaturación, la nucleación, crecimiento de partículas, y aglomeración. Este último se evita una concentración de sólidos baja o por agentes estabilizantes. La mezcla es crítica; como para la mayoría de los procesos de precipitación de la velocidad de la reacción es muy alta. El InsertMPC48 combina rápidos chorros inyectados estrechas con fuerte cizalladura cavitacional ultrasónica. Esto maximiza la velocidad de mezclado y el rendimiento crear más y más pequeñas partículas.

distribución de tamaño de partículas de Fe3O4

De partículas de distribución de tamaño de partículas (Fe3O4 magnetita) generados en una reacción de precipitación de ultrasonidos continua (Banert et al., 2004).

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De la prueba de laboratorio a la escala piloto y la producción

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

  1. Alimentación de la fase A en el puerto de entrada de líquido en la parte inferior de la celda de flujo
  2. Alimentación de la fase B en el puerto de entrada de líquido más pequeño (s) en el lado de la celda de flujo. Esta alimentación se inyecta en la zona cavitacional a través de 48 tubos finos
  3. Ajustar la presión de reactor usando una válvula de contrapresión en el orificio de salida de la celda de flujo

En sobremesa nivel de una UIP1000hd (1 kW) puede procesar caudales de 100 a 1000L / h (25 a 250 gal / h) para la demostración de procesos y para la optimización de los parámetros de sonicación. procesadores de ultrasonidos Hielscher están diseñados para lineal escala-hasta volúmenes de procesamiento más grandes en piloto o de producción escala. La siguiente tabla muestra los volúmenes de procesamiento y tamaños de equipos recomendados.

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
0.2L 00,25 a 2 m3/h UIP1000hd, UIP2000hd
0.2L 1 a 8m3/h UIP4000
n.a. 4 a 30m3/h UIP16000
n.a. 30 m por encima3/h Grupo de UIP10000 o UIP16000