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Reactores de flujo ultrasónico – Diseño, aplicaciones y ventajas

Los reactores ultrasónicos permiten un tratamiento continuo en línea de líquidos y lodos aplicando potentes ondas ultrasónicas. Los reactores ultrasónicos se utilizan para homogeneizar, mezclar, emulsionar, dispersar, extraer, desintegrar células, pasteurizar, desgasificar, disolver e intensificar reacciones químicas como la síntesis o la catálisis. Más información sobre la tecnología de reactores ultrasónicos y las ventajas de la sonicación para su proceso.

¿Para qué se utilizan las celdas de flujo en los procesos de sonicación?

Una celda de flujo, también conocida como celda de flujo o reactor de flujo, es un dispositivo utilizado en diversas aplicaciones científicas y de ingeniería para permitir procesos de flujo continuo. Las celdas de flujo se utilizan habitualmente en procesos de sonicación, especialmente cuando se tratan grandes volúmenes con ultrasonidos de potencia. Una celda de flujo ultrasónica o reactor sonoquímico es una cámara o celda especializada diseñada para permitir que un líquido o lodos fluyan a través de ella mientras se someten a sonicación.

Las células de flujo se utilizan habitualmente en campos como la mezcla y la homogeneización, la química, la biología, la electroquímica y la biotecnología. Ofrecen varias ventajas con respecto a los procesos por lotes, como una sonicación más uniforme, un mayor control, una cinética de reacción mejorada, una transferencia de masa eficiente y la posibilidad de integrar el proceso de sonicación de forma eficaz en un proceso de producción en línea.

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Homogeneizador ultrasónico industrial con reactor de celda de flujo

El MultiSonoReactor MSR-4 es un reactor industrial de homogeneización en línea para la homogeneización industrial de líquidos de alto rendimiento.

Aplicaciones de las celdas de flujo ultrasónicas y los reactores sonoquímicos

Los reactores ultrasónicos de Hielscher pueden ser útiles para una amplia gama de reacciones químicas en las que intervienen interfaces líquido-sólido, líquido-líquido o líquido-gas. Algunos ejemplos de reacciones que pueden mejorarse utilizando reactores ultrasónicos incluyen:

  • Homogeneización de emulsiones: Los reactores ultrasónicos pueden ayudar a romper y dispersar las partículas de las emulsiones, dando lugar a productos más estables y uniformes.
  • Cristalización: La irradiación ultrasónica puede inducir la cristalización en soluciones, dando lugar a la formación de cristales pequeños y uniformes de gran pureza.
  • Desgasificación: La irradiación ultrasónica puede utilizarse para eliminar los gases disueltos de los líquidos, lo que puede mejorar la calidad y la estabilidad de los productos.
  • Extracción: Los reactores ultrasónicos pueden aumentar la eficacia de los procesos de extracción favoreciendo la difusión de solutos a través de membranas o interfaces.
  • Polimerización: La irradiación ultrasónica puede favorecer el inicio y la propagación de las reacciones de polimerización, lo que da lugar a velocidades de reacción más rápidas y pesos moleculares más elevados.
  • Síntesis de nanopartículas: Los reactores ultrasónicos pueden utilizarse para sintetizar nanopartículas con tamaño, forma y propiedades superficiales controlados.
  • Sonocatálisis: La irradiación ultrasónica puede potenciar la actividad catalítica de determinados materiales, lo que da lugar a velocidades de reacción más rápidas y a una mayor selectividad.

 

Ultrasonicador UIP6000hdT con reactor de celda de flujo ultrasónico y cabina insonorizada para procesos industriales de alto rendimiento.

El sonicador industrial UIP6000hdT con reactor de célula de flujo ultrasónico y cabina insonorizada.

Este vídeo muestra un cambio de color en un líquido inducido por cavitación ultrasónica. El tratamiento de sonicación intensifica la reacción oxidativa redox.

Cambio de color inducido por cavitación con el Sonicator UP400St

Vídeo en miniatura

Sofisticado diseño del reactor ultrasónico para unos resultados de proceso superiores

Cuando se trata de reactores en línea para el procesamiento de líquidos, deben tenerse en cuenta varios factores importantes. Los reactores ultrasónicos Hielscher se diseñan y fabrican Estos factores pueden variar en función de la aplicación y los requisitos específicos, pero a continuación se exponen algunas consideraciones relevantes:

  • Diseño del reactor: El diseño de un reactor es uno de los factores que más influyen en el éxito del tratamiento en línea por ultrasonidos. Factores como el tamaño, la geometría, la posición del sonotrodo y el material de construcción deben tenerse en cuenta para garantizar la compatibilidad con el líquido que se está sonicando, así como las condiciones de reacción deseadas (por ejemplo, intensidad del ultrasonido, temperatura, presión).
  • Mezcla y agitación: La sonicación proporciona una micromezcla muy eficaz. En el caso de reactores con tanques más grandes, puede resultar beneficioso un mezclado y agitación adicionales para obtener una buena macromezcla. Un mezclador de palas o un impulsor contribuyen a una transferencia de masa óptima, ya que todo el material se desplaza a la zona de cavitación ultrasónica. Por lo tanto, el diseño de los reactores Hielscher permite la incorporación de macromezcladores, como impulsores o agitadores.
  • Tiempo de residencia: El tiempo de permanencia en el reactor sonoquímico, que se refiere al tiempo que el líquido pasa dentro del reactor, es un parámetro crítico: Es el tiempo durante el cual el material está expuesto a la vibración ultrasónica, la cavitación y las fuerzas de cizallamiento. Afecta al alcance de la reacción y a la productividad del proceso. Los reactores ultrasónicos Hielscher están diseñados para controlar y ajustar de forma fácil y fiable el tiempo de permanencia deseado, manteniendo al mismo tiempo un caudal adecuado.
  • Control de temperatura: Para muchos materiales y reacciones, es esencial un control preciso de la temperatura. Por ello, los reactores ultrasónicos de Hielscher están equipados con dispositivos para controlar y mantener la temperatura deseada. Esto se consigue por diversos medios, como el encamisado o los sistemas externos de calefacción/refrigeración.
  • Control de la presión: Algunas reacciones se benefician de condiciones de presión específicas. En general, los efectos de la sonicación se intensifican a presiones elevadas. El reactor debe ser capaz de manejar el rango de presión deseado con seguridad y eficacia. Por supuesto, Hielscher ofrece mecanismos de control de la presión, como válvulas de alivio o reguladores de presión, para sus reactores ultrasónicos.
  • Consideraciones de seguridad: Un funcionamiento sencillo y la seguridad son de vital importancia en el diseño de los reactores. De acuerdo con las normas industriales y las más altas consideraciones de seguridad, los reactores ultrasónicos de Hielscher se diseñan y operan con las características de seguridad adecuadas, como válvulas de alivio de presión, sistemas de control de presión y temperatura, registro automático de datos y capacidad de purga de gas inerte en caso necesario.
  • Potencial de ampliación: Si se prevé que las necesidades de procesamiento de líquidos aumenten en el futuro, es importante tener en cuenta el potencial de escalado del reactor. Los reactores ultrasónicos de Hielscher están diseñados para facilitar la escalabilidad y adaptarse a mayores volúmenes de producción manteniendo la eficiencia del proceso.
  • Mantenimiento y limpieza: Los reactores sonoquímicos de Hielscher son muy robustos y están diseñados para facilitar el mantenimiento, la inspección y la limpieza. Las superficies internas lisas, las conexiones accesibles y rápidamente extraíbles, así como la buena drenabilidad y la función de limpieza in situ (CIP) ayudan a minimizar el tiempo de inactividad y garantizan una higiene adecuada.
  • Compatibilidad y resistencia a la corrosión: Teniendo en cuenta la compatibilidad de los materiales del reactor con el líquido que se procesa, Hielscher ofrece reactores sonoquímicos personalizados. La compatibilidad química es crucial para evitar la corrosión, la contaminación o reacciones no deseadas.
  • Supervisión y control de procesos: Incorpora sensores de presión y temperatura, velocidad ajustable de alimentación y flujo y dispositivos de monitorización relacionados, así como protocolling automático de datos de las condiciones del proceso ultrasónico que proporcionan datos en tiempo real sobre los parámetros críticos del proceso. Esta información permite el máximo control, optimización y estandarización del proceso.
  • Integración con equipos de proceso: Los reactores ultrasónicos de Hielscher pueden integrarse fácil y cómodamente en el sistema global de procesamiento de líquidos. La compatibilidad y las conexiones adecuadas con los equipos anteriores y posteriores, como bombas, filtros, intercambiadores de calor y unidades de recogida/almacenamiento de productos, pueden implementarse fácilmente y adaptarse posteriormente a los cambios en la línea de producción.
    • Ultrasonido en línea UIP4000hdT de Hielscher con célula de flujo para procesos de homogeneización y mezcla en línea

    Homogeneizador ultrasónico industrial de 4 kW UIP4000hdT con reactor de flujo continuo para mezcla y homogeneización en línea

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    Sonicadores y reactores sonoquímicos para procesos de flujo en línea

    Hielscher Ultrasonics ofrece sonicadores y reactores de ultrasonidos de alto rendimiento para el procesamiento de líquidos de cualquier tamaño.

    Diseño, fabricación y consultoría – Calidad Made in Germany

    El reactor de flujo ultrasónico cumple las normas industriales para procesos de gran volumen, como mezclado, dispersión, homogeneización, emulsificación y reacciones químicas.Los sonicadores y reactores sonoquímicos de Hielscher son conocidos por su máxima calidad y estándares de diseño. Su robustez y fácil manejo permiten integrar sin problemas nuestros sonicadores y celdas de flujo ultrasónicas en las instalaciones industriales. Los sonicadores de Hielscher soportan sin problemas condiciones duras y entornos exigentes.

    Hielscher Ultrasonics es una empresa con certificación ISO y pone especial énfasis en los ultrasonidos de alto rendimiento con tecnología punta y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonidos de Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.
     
    En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

    Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
    0,5 a 1,5 mL n.a. VialTweeter
    1 a 500 mL 10 a 200 mL/min. UP100H
    10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
    0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
    10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000hdT
    15 a 150L De 3 a 15 l/min UIP6000hdT
    n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
    n.a. mayor Grupo de UIP16000

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    Los homogeneizadores ultrasónicos de alto cizallamiento se utilizan en procesos de laboratorio, de sobremesa, piloto e industriales.

    Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.

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    Literatura? Referencias

    Ultrasonidos de alto rendimiento La gama de productos de Hielscher cubre todo el espectro, desde el ultrasonicador compacto de laboratorio, pasando por las unidades de sobremesa, hasta los sistemas de ultrasonidos totalmente industriales.

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