MultiPhaseCavitator – Paigalda MPC48 ultrahelivooluanduri jaoks

The MultiPhaseCavitator Insert (Insert MPC48) is designed to improve the ultrasonic processing of liquid/liquid or liquid/gas mixes. 48 very fine cannulas inject liquid or gas into a liquid phase right in the cavitation zone. This creates very small suspended droplets or gas bubbles yielding a very high specific surface area.

See insert on eriti kasulik emulsioonikeemia jaoks, näiteks faasiülekande-reaktsioonid, Faasiülekanne-katalüüs (PTC) või vedelik-vedelik-ekstraheerimine. Teine huvitav rakendusala on osakeste sadestamine kahest vedelast prekursorist või sonokristallisatsioonist. See insert on mõeldud Hielscheri vooluraku reaktoritele ja võimaldab partii või pidevat töötlemist.

Üks ja 48 süstimisporti

Ultraheli on tõhus vahend emulgeerimiseks ja segamiseks. Erinevalt tavapärasest seadistusest, kus enne voolurakku ja kavitatsiooni sisenemist ühendatakse eraldi faasid, parandab see vooluraku sisend kahe faasi kombinatsiooni. Kui vedelikku süstitakse läbi 48 peene kanüüli, siseneb see voolurakku väga kitsastes ahelates. Sisetükis kasutatakse väga 48 peent meditsiinilist kanüüli siseläbimõõduga 0,3–1,2 mm. Neid kanüüle on lihtne vahetada ja need on odavad tarbekaubad (steriilsed, u. 2tk/tk). Ultraheli kavitatsioon (20 kHz juures) lõikab 48 sissetulevat vedelat ahelat väikesteks tilkadeks, kui nad sisenevad vooluraku vedelasse faasi.
Konstruktsioon rakendab kanüülide vahelise voolu tasandamiseks sama etteandesurvet ühest toitest kõigile 48 kanüülile.

48 sisenemisporti ultraheli reaktorisse vedelik-vedelate reaktsioonide jaoks

Näitab mitmefaasilise kavitaatori faasisisestuse üksikasju

Süstimine ultraheli mitmefaasilisse kavitaatorisse

SisestaMPC48 – 48 peent kanüüli lõpevad kavitatsioonitsoonis

Ultraheli voolu rakureaktor FC100L1K-1S koos InsertMPC48-ga

Kasutusalad ja rakendused

Ultraheli segamine emulsiooni keemia jaoks Hielscheri ultraheli reaktoreid kasutatakse sageli emulgeerimiseks, faasiülekandeprotsessi kineetika parandamiseks või vedeliku-vedeliku faasisüsteemide lahustamiseks. Selliste protsesside näited on oksüdatiivne desulfureerimine vesinikperoksiidiga ja sellele järgnev lahusti ekstraheerimine või triglütseriidide aluskatalüüsitud ümberesterdamine.
Ühe reaktiivifaasi piiratud lahustuvus teises reaktiivifaasis on protsessi emulsioonikeemias oluline probleem, kuna mõlemad faasid reageerivad üksteisega ainult interfaasis. Ilma ultrahelita põhjustab see madalaid reaktsioonikiirusi ja aeglast konversioonikineetikat kahefaasilistes süsteemides.
Kasutades ultraheli reaktoriga sisetükki, tekitab kavitatsioon kõrge hüdraulilise nihke ja purustab süstitud faasi submikroniteks ja nanosuurusteks tilkadeks. Kuna faasipiiri spetsiifiline pindala mõjutab reaktsiooni keemilist kiirust, parandab see piiskade läbimõõdu märkimisväärne vähenemine reaktsioonikineetikat ja võib vähendada või kõrvaldada vajaduse faasiülekandeainete järele. Süstitud faasi mahuprotsenti võib vähendada, kuna peenemad emulsioonid vajavad vähem mahtu, et tagada sama kontaktpind teise reaktiivifaasiga.
Selle inserdi kasutamine võib vähendada vajalikku kogust amfifiilseid emulsioonkatalüsaatoreid või faasiülekande katalüsaatorid (PTC), näiteks kvaternaarsed ammooniumsoolad, millel on ainulaadne võime lahustuda nii vesi- kui ka orgaanilistes vedelikes.

Täiustatud massiülekanne keemiliste reaktsioonide jaoks

Kui kaks reaktiivifaasi reageerivad faasipiiril, kogunevad reaktsioonisaadused piiskade pinnale ja blokeerivad reaktiivifaaside interaktsiooni liideses. Ultraheli kavitatsioonist põhjustatud hüdrauliline nihe põhjustab turbulentset voolu ja materjali transportimist piiskade pindadelt ja tilkadele ning viib korduva koalestsentsini ja sellele järgneva uute tilkade moodustumiseni. Kuna reaktsioon aja jooksul edeneb, maksimeerib ultrahelitöötlus reaktiivide kokkupuudet ja koostoimet.
Seda efekti kasutatakse paljudes protsessides, nagu taimeõlide ümberesterdamine biodiislikütuseks või polüestrite süntees diestrite ümberesterdamise teel dioolidega makromolekulide moodustamiseks.

Emulgeerimine / emulgeerimine

See vooluraku sisend parandab segunematute vedelike segamisel emulgeerimist. See toob kaasa väiksemad piiskade suurused ja kitsama suuruse jaotuse – emulsiooni stabiilsuse võtmetegur. Selle konstruktsiooniga saate süstida ja emulgeerida madala ja keskmise viskoossusega vedelikke isegi kõrge viskoossusega vedelikesse, nagu rasked kütteõlid, polümeerid või geelid. Mõned preparaadid võivad vajada emulgaatorite või stabilisaatorite lisamist. Sel juhul aitab see emulgaatorit ühtlaselt segada. Kohandatud kujundused rohkem kui ühe faasi süstimiseks kanüülide kaudu on soovi korral saadaval.

vedeliku-vedeliku ekstraheerimine

See insert hoogustab vedeliku-vedeliku ekstraheerimisprotsesse, tehes peene suurusega turbulentse emulsiooni, nt lahustifaasi õlifaasis. Jällegi suurendab see faasi kontaktpinda ja selle tulemuseks on parem ekstraheerimine ja lahusti kasutamise vähenemine.

Vesikütused puhtamaks põlemiseks

Madala kvaliteediga kütteõlisid, näiteks rasket kütteõli, mida kasutatakse merelaevadel või energia tootmiseks, saab veega emulgeerida. Selle tulemuseks on tõhusam põlemine ja NO märkimisväärne vähenemine_x heitmed ja tahm.
Loe lähemalt vee-kütuste (emulsioonkütused) ultraheli emulgeerimise kohta!

Sademed / sonokristallisatsioon

Pigmendid või nanoosakesed võivad tekkida alt-üles vedelikes sadestumisel. Sel juhul hakkab üleküllastunud segu moodustama väga kontsentreeritud materjalist tahkeid osakesi või kristalle. Need osakesed kasvavad teatud punktini ja lõpuks sadestuvad. Osakeste/kristallide suuruse ja morfoloogia kontrollimiseks on oluline kontrollida lähteaine/reaktiivi segamist.
Üldiselt hõlmab sadestamisprotsess järgmist: segamine, üleküllastumine, tuumastumine, osakeste kasv ja aglomeratsioon. Viimast välditakse madala tahke aine kontsentratsiooni või stabiliseerivate ainetega. Segamine on kriitiline; Nagu enamiku sademete protsesside puhul, on reaktsiooni kiirus väga suur. InsertMPC48 ühendab kiired kitsad süstitud joad tugeva ultraheli kavitatsioonilise nihkega. See maksimeerib segamiskiirust ja jõudlust, luues rohkem ja väiksemaid osakesi.

Fe3O4 (magnetiit) osakeste osakeste osakeste jaotus, mis on tekkinud pidevas ultraheli sademete reaktsioonis (Banert et al., 2004).

Alates laborikatsetest kuni pilootskaala ja tootmiseni

Hielscher Ultrasonics pakub seadmeid selle tehnoloogia testimiseks, kontrollimiseks ja kasutamiseks mis tahes skaalal. Kontseptsiooni on lihtne lisada olemasolevatesse protsessidesse.

Etteandefaas A voolukambri põhjas olevasse vedelikku sisenemise porti
Faas B juhitakse vooluküveti küljel asuva(te)sse väiksema(te)sse vedelikku siseneva(te)sse ava(de)sse. See sööt süstitakse kavitatsioonipiirkonda 48 peene toru kaudu
Reaktori rõhu reguleerimiseks kasutatakse vasturõhuklappi vooluelemendi väljalaskeavas

Laboratoorsel tasandil 1 kW võimsusega ultraheli seade UIP1000hdT suudab töödelda voolukiirusi vahemikus 100–1000 l/h (25–250 gal/h) protsessi demonstreerimiseks ja ultraheliparameetrite optimeerimiseks. Hielscheri ultraheliprotsessorid on kavandatud lineaarsele mastaapimisele suuremate töötlemismahu juurde piloot- või tootmismastaabis. Allpool olevas tabelis on loetletud töötlemismahud ja soovitatavad seadmete suurused.

Partii maht	Voolukiirus	Soovitatavad seadmed
0.2L	0.25 kuni 2m³/hr	UIP1000hdT, UIP2000hdT
0.2L	1 kuni 8 m³/hr	UIP4000hdT
mujal liigitamata	4 kuni 30 m³/hr	UIP16000hdT
mujal liigitamata	üle 30 m³/hr	klaster UIP10000 või UIP16000hdT

MultiPhaseCavitatorit käsitlevad korduma kippuvad küsimused – Ultraheli voolukambri sisekomponent MPC48

Mis on MultiPhaseCavitator-sisekomponent (voolukambri sisekomponent MPC48)?

MultiPhaseCavitator Insert (InsertMPC48) on voolukambri sisekomponent, mis on mõeldud vedeliku-vedeliku või vedeliku-gaasi segude ultrahelitöötluse parandamiseks. Selles kasutatakse 48 väga peent kanyüüli, mis süstivad vedeliku või gaasi vedelasse faasi otse kavitatsioonitsooni, tekitades väga väikeseid hõljuvaid tilka või gaasimulle, millel on suur eripindala.

Mida tähendab MPC48?

MPC on lühend sõnast „MultiPhaseCavitator”. Number 48 tähistab, et sisestuselemendis on 48 kanyüüli süstikohana. Soovi korral võib voolukambri sisestuselemendi varustada rohkemate või vähemate kanyüülidega.

 Kuidas töötab vooluanduri sisend MPC48?

 Kui vedelik süstitakse 48 peene meditsiinilise kanyüüli kaudu (sisemine läbimõõt 0,3 mm kuni 1,2 mm), siseneb see voolukambrisse väga kitsaste niitidena. 20 kHz sagedusega ultraheli kavitatsioon lõikab need sissetulevad voolud väikesteks tilkadeks, kui need jõuavad vedelasse faasi. Konstruktsioon tagab ühe toiteallika kaudu kõigile 48 kanyülile ühesuguse toiterõhu, et võrdsustada voolu nende vahel.

 Millisteks rakendusteks sobib MultiPhaseCavitator-sisend kõige paremini?

 See on eriti kasulik emulsioonikemias, näiteks faasisiirde reaktsioonides, faasisiirde katalüüsis (PTC) ja vedel-vedel ekstraheerimisel. Samuti sobib see hästi osakeste sadestamiseks kahe vedela lähteaine baasil ning sonokristalliseerimiseks. Sisend on mõeldud Hielscheri voolukambriga reaktoritele ja võimaldab nii partiilist kui ka pidevat töötlemist.

 Kuidas parandab MPC48-sisend faasiülekandereaktsioone?

 Kuna ühe reagendi faasi piiratud lahustuvus teises faasis piirab reaktsiooni faasidevaheliseks, on kahefaasilistel süsteemidel ilma ultrahelita sageli madal reaktsioonikiirus. Sisseehitatud kavitatsiooni abil tekitatakse tugev hüdrauliline lõikamisjõud, mis purustab sissepuhutud faasi submikroonilisteks ja nanomõõtmetega tilkadeks. Tilkade läbimõõdu märkimisväärne vähenemine parandab reaktsiooni kineetikat ning võib vähendada või kõrvaldada vajadust faasisiirdeainete järele.

 Kas sisestus võib vähendada vajaliku katalüsaatori kogust?

Jah. Selle lisandi abil on võimalik vähendada amfifiilsete emulsioonikatalüsaatorite või faasisiirde katalüsaatorite (PTC), näiteks kvaternaarsete ammooniumsoolade, vajalikku kogust, kuna peenemad emulsioonid vajavad sama kontaktpindala saavutamiseks teise reaktiivfaasiga vähem mahtu.

 Kuidas see parandab aineülekannet keemilistes reaktsioonides?

Reaktsioonisaadused võivad koguneda tilkade pinnale ja takistada reagentide vastastikmõju piirpinnal. Ultrahelikavitatsooni põhjustatud hüdrauliline lõikumine tekitab turbulentse voolu ja aine liikumist tilkade pindadele ja neilt eemale, mille tulemusena toimub korduv koalesents ja uute tilkade tekkimine. Aja jooksul suurendab ultrahelitöötlus reagentide kokkupuudet ja vastastikmõju maksimaalselt – mida kasutatakse sellistes protsessides nagu taimsete õlide transesterifitseerimine biodiisliks või polüestrite süntees.

 Kas see sisestus on tõhus vedel-vedel ekstraktsiooniks?

 Jah. See sisend parandab vedel-vedel ekstraheerimist, luues peeneosakestega turbulentse emulsiooni, näiteks lahustifaasi õlifasis. See suurendab faaside kokkupuutepinda ja tagab parema ekstraheerimise väiksema lahustikoguse juures.

 Kas seda saab kasutada veepõhiste kütuste tootmiseks?

Jah. Madala kvaliteediklassiga kütteõlid, nagu näiteks laevadel või elektritootmiseks kasutatav raske kütteõli, on võimalik veega emulgeerida. See tagab tõhusama põlemise ning NOx-heitmete ja tahma märkimisväärse vähenemise.
Avasta veepõhiste kütuste ultrahelilise emulgeerimise eelised!

 Kuidas aitab lisand kaasa sadestumisele ja sonokristalliseerimisele?

Pigmente või nanotükke saab toota alt-üles-meetodil vedelikes sadestamise teel. MPC48-sisend ühendab kiired ja kitsad pihustatud joad tugeva ultrahelilise kavitatsioonilise lõikamisjõuga, mis maksimeerib segamiskiirust ja jõudlust, luues rohkem ja väiksemaid osakesi. Kuna paljude sadestumisreaktsioonide kiirus on väga suur, on lähteaine/reaktiivi segamise kontrollimine hädavajalik ning sisend aitab kontrollida osakeste/kristallide suurust ja morfoloogiat.

 Kas kanyülid on tarbekaubad?

Jah. 48 peent meditsiinilist kanyüüli on lihtne vahetada ja need on odavad tarbekaubad (steriilsed, umbes 2 ct/tk). Need kanyüülid on standardseid tarbekaubad ja neid on lihtne kohapealt hankida. Tellimisel on saadaval ka spetsiaalsed lahendused, mis võimaldavad kanyüülide kaudu süstida rohkem kui ühte faasi.
 Kuidas seadistada voolukambrit koos InsertMPC48-ga? Seda kontseptsiooni on lihtne integreerida olemasolevatesse protsessidesse: juhtige faas A voolukambri põhjas asuvasse vedeliku sissevooluavasse, faas B küljel asuvasse väiksemasse vedeliku sissevooluavasse (süstitakse 48 peene toru kaudu kavitatsiooni alasse) ning reguleerige reaktori rõhku voolukambri väljalaskeava juures asuva vasturõhuklapi abil.

 Millised on saadaval olevad laiendamisvõimalused ja seadmete suurused?

 Hielscher pakub seadmeid selle tehnoloogia katsetamiseks, kontrollimiseks ja rakendamiseks mis tahes mastaabis, võimaldades lineaarset mastaapimist laboriseadmetest piloot- ja tootmistasandini. Näiteks suudab seade UIP1000hd (1 kW) töötleda 100–1 000 l/h näidiskatsete ja parameetrite optimeerimise eesmärgil; soovitatavad seadmed ulatuvad mudelitest UIP1000hd/UIP2000hd kuni mudeliteni UIP4000 ja UIP16000, voolukiiruste puhul üle 30 m³/h kasutatakse seadmete klastreid, mis koosnevad mudelitest UIP10000 või UIP16000.

Ultraheli voolukambri sisekomponent MPC48 – MultiPhaseCavitator