Monivaiheinen kavitaattori – Asenna MPC48 ultraäänivirtauskennoon
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.
Tämä insertti on erityisen hyödyllinen emulsiokemiassa, kuten faasisiirtoreaktioissa, Faasi-siirto-katalyysi (PTC) tai neste-nesteuutto. Toinen mielenkiintoinen käyttöalue on hiukkasten saostuminen kahdesta nestemäisestä lähtöaineesta tai sono-kiteytys. Tämä insertti on suunniteltu Hielscherin virtaussolureaktoreille ja mahdollistaa erän tai jatkuvan käsittelyn.
Yksi ja 48 ruiskutusporttia
Ultrasonication on tehokas keino emulgointiin ja sekoittamiseen. Toisin kuin tavanomainen kokoonpano, jossa erilliset vaiheet yhdistetään ennen kuin ne tulevat virtauskennoon ja kavitaatioon, tämä virtauskennon insertti parantaa kahden vaiheen yhdistelmää. Kun nestettä ruiskutetaan 48 hienon kanyylin läpi, se tulee virtauskennoon hyvin kapeissa säikeissä. Sisäosassa käytetään erittäin 48 hienoa lääketieteellistä kanyylia, joiden sisähalkaisija on 0,3–1,2 mm. Nämä kanyylit on helppo vaihtaa ja ne ovat edullisia kulutustarvikkeita (steriili, n. 2ct/kpl). Ultraäänikavitaatio (20 kHz: ssä) leikkaa 48 tulevaa nestesäiettä pieniksi pisaroiksi, kun ne tulevat virtaussolun nestefaasiin.
Rakenne soveltaa samaa syöttöpainetta yhdestä syötöstä kaikkiin 48 kanyyliin kanyylien välisen virtauksen tasoittamiseksi.
48 tuloporttia ultraäänireaktoriin neste-neste-reaktioita varten
Injektio ultraääni-monivaihekavitaattoriin
LisääMPC48 – 48 hienoa kanyylia päättyy kavitaatioalueelle
Ultraäänivirtaussolureaktori FC100L1K-1S InsertMPC48: lla
Käyttö ja sovellukset
Hielscherin ultraäänireaktoreita käytetään usein emulgointiin, faasinsiirtoprosessin kinetiikan parantamiseen tai liukenemisnopeuksiin neste-nestefaasijärjestelmissä. Esimerkkejä tällaisista prosesseista ovat oksidatiivinen rikinpoisto vetyperoksidilla ja sitä seuraava liuotinuutto tai triglyseridien emäskatalysoitu transesteröinti.
Yhden reagenssifaasin rajallinen liukoisuus toiseen reagenssifaasiin on merkittävä ongelma prosessiemulsiokemiassa, koska molemmat faasit reagoivat keskenään vain välivaiheessa. Ilman ultraääniä tämä johtaa alhaisiin reaktionopeuksiin ja hitaaseen muunnoskinetiikkaan kaksivaiheisissa järjestelmissä.
Käyttämällä inserttiä ultraäänireaktorilla, kavitaatio tuottaa korkean hydraulisen leikkauksen ja hajottaa injektoidun faasin alle mikronin ja nanokokoisiksi pisaroiksi. Koska faasirajan erityinen pinta-ala vaikuttaa kemialliseen reaktionopeuteen, tämä pisaran halkaisijan merkittävä pieneneminen parantaa reaktiokinetiikkaa ja voi vähentää faasinsiirtoaineiden tarvetta tai poistaa sen kokonaan. Injektoidun faasin tilavuusprosenttia voidaan alentaa, koska hienommat emulsiot tarvitsevat vähemmän tilavuutta saman kosketuspinnan aikaansaamiseksi toisen reagenssifaasin kanssa.
Tämän insertin käyttö voi vähentää tarvittavaa määrää amfifiilisiä emulsiokatalyyttejä tai faasisiirtokatalyytit (PTC), kuten kvaternaariset ammoniumsuolat, joilla on ainutlaatuinen kyky liueta sekä vesipitoisiin että orgaanisiin nesteisiin.
Tehostettu massansiirto kemiallisia reaktioita varten
Kun kaksi reagenssifaasia reagoi faasirajalla, reaktiotuotteet kerääntyvät pisaran pinnalle ja estävät reagenssifaasien vuorovaikutuksen rajapinnassa. Ultraäänikavitaation aiheuttama hydraulinen leikkaus johtaa turbulenttiseen virtaukseen ja materiaalin kuljetukseen pisarapinnoilta ja pisarapinnoille ja johtaa toistuvaan yhteensulautumiseen ja sitä seuraavaan uusien pisaroiden muodostumiseen. Kun reaktio etenee ajan myötä, sonikaatio maksimoi reagenssien altistumisen ja vuorovaikutuksen.
Tätä vaikutusta käytetään monissa prosesseissa, kuten kasviöljyjen transesteröinnissä biodieseliksi tai polyesterien synteesissä transesteröimällä diesterit dioleilla makromolekyylien muodostamiseksi.
Emulgointi / emulgointi
Tämä virtauskennon insertti parantaa emulgoitumista sekoitettaessa sekoittumattomia nesteitä. Tämä johtaa pienempiin pisarakokoihin ja kapeampaan kokojakaumaan – Emulsion stabiilisuuden avaintekijä. Tämän rakenteen avulla voit ruiskuttaa ja emulgoida matalan ja keskiviskositeetin nesteitä jopa korkean viskositeetin nesteiksi, kuten raskaiksi polttoöljyiksi (HFO), polymeereiksi tai geeleiksi. Jotkut formulaatiot saattavat vaatia emulgointiaineiden tai stabilointiaineiden lisäämistä. Tässä tapauksessa se auttaa sekoittamaan emulgointiaineen tasaisesti. Räätälöidyt mallit useamman kuin yhden vaiheen ruiskuttamiseen, vaikka kanyylit ovat saatavilla pyynnöstä.
neste-nesteuutto
Tämä insertti tehostaa neste-nesteuuttoprosesseja tekemällä hienokokoisen turbulentin emulsion, esimerkiksi öljyfaasin liuotinfaasista. Tämä lisää jälleen faasikosketuspintaa ja johtaa parempaan uuttamiseen ja liuottimien käytön vähenemiseen.
Vesipolttoaineet puhtaampaan palamiseen
Matala-asteisia polttoöljyjä, kuten merialuksissa tai sähköntuotannossa käytettävää raskasta polttoöljyä, voidaan emulgoida vedellä. Tämä johtaa tehokkaampaan palamiseen ja NO:n merkittävään vähenemiseenx päästöt ja noki.
Lue lisää vesipolttoaineiden (emulsiopolttoaineiden) ultraääniemulgoinnista!
Saostuminen / Sono-kiteytys
Pigmenttejä tai nanohiukkasia voidaan tuottaa alhaalta ylöspäin saostamalla nesteissä. Tässä tapauksessa ylikyllästetty seos alkaa muodostaa kiinteitä hiukkasia tai kiteitä erittäin väkevästä materiaalista. Nämä hiukkaset kasvavat tiettyyn pisteeseen ja lopulta saostuvat. Hiukkasten/kiteiden koon ja morfologian hallitsemiseksi lähtöaineen ja reagenssin sekoittumisen valvonta on välttämätöntä.
Yleensä saostumisprosessiin kuuluu: sekoittuminen, ylikyllästyminen, nukleaatio, hiukkasten kasvu ja taajama. Jälkimmäistä vältetään alhaisella kiinteällä pitoisuudella tai stabilointiaineilla. Sekoittaminen on kriittistä; Kuten useimmissa saostusprosesseissa, reaktion nopeus on erittäin korkea. InsertMPC48 yhdistää nopeat kapeat ruiskutetut suihkut voimakkaaseen ultraäänikavitaatioleikkaukseen. Tämä maksimoi sekoitusnopeuden ja suorituskyvyn luoden enemmän ja pienempiä hiukkasia.
Fe3O4 (magnetiitti) -hiukkasten hiukkaskokojakauma, joka syntyy jatkuvassa ultraäänisaostusreaktiossa (Banert et ai., 2004).
Laboratoriotestauksesta pilottimittakaavaan ja tuotantoon
Hielscher Ultrasonics tarjoaa laitteita tämän tekniikan testaamiseen, tarkistamiseen ja hyödyntämiseen missä tahansa mittakaavassa. Konsepti on helppo sisällyttää olemassa oleviin prosesseihin.
- Syötä faasi A virtauskennon pohjassa olevaan nesteen tuloaukkoon
- Syötetään vaihe B pienempiin nesteen sisääntuloaukkoihin virtauskennon sivulla. Tämä syöttö ruiskutetaan kavitaatioalueelle 48 hienon putken kautta
- Säädä reaktorin paine virtauskennon ulostuloportissa olevalla vastapaineventtiilillä
Pöytämallisena 1 kW:n ultraäänilaite UIP1000hdT pystyy käsittelemään virtausnopeuksia välillä 100–1000 l/h (25–250 gal/h) prosessin esittelyä ja ultraäänikäsittelyparametrien optimointia varten. Hielscherin ultraäänikäsittelylaitteet on suunniteltu lineaariseen laajennettavuuteen suurempiin käsittelymääriin pilottitasolla tai tuotantomittakaavassa. Alla olevassa taulukossa on lueteltu käsittelytilavuudet ja suositellut laitteiden koot.
| Erän tilavuus | Virtausnopeus | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 0.2L | 0.25 - 2m3/Hr | UIP1000hdT, UIP2000hdT |
| 0.2L | 1-8m3/Hr | UIP4000hdT |
| n.a. | 4-30m3/Hr | UIP16000hdT |
| n.a. | yli 30m3/Hr | klusteri UIP10000 tai UIP16000hdT |
Usein kysyttyjä kysymyksiä MultiPhaseCavitatorista – Ultraäänivirtauskennon sisäosa MPC48
Mikä on MultiPhaseCavitator-lisäosa (virtauskammion lisäosa MPC48)?
MultiPhaseCavitator-sisäosa (InsertMPC48) on virtauskammion sisäosa, joka on suunniteltu parantamaan neste/neste- tai neste/kaasu-seosten ultraäänikäsittelyä. Siinä käytetään 48 erittäin hienoa kanyyliä, jotka ruiskuttavat nestettä tai kaasua nestevaiheeseen suoraan kavitaatioalueelle, jolloin muodostuu hyvin pieniä suspendoituneita pisaroita tai kaasukuplia, joilla on suuri ominaispinta-ala.
Mitä MPC48 tarkoittaa?
MPC on lyhenne sanoista MultiPhaseCavitator. Luku 48 tarkoittaa, että insertissä on 48 kanyyliä injektiokohdiksi. Pyynnöstä virtauskammion insertti voidaan varustaa suuremmalla tai pienemmällä määrällä kanyylejä.
Miten virtauskammion insertti MPC48 toimii?
Kun nestettä ruiskutetaan 48 hienon lääketieteellisen kanyylin (sisähalkaisijat 0,3–1,2 mm) kautta, se virtaa virtauskammioon hyvin kapeina virtauksina. 20 kHz:n taajuudella tapahtuva ultraäänikavitaatio pilkkoo nämä saapuvat virtaukset pieniksi pisaroiksi niiden siirtyessä nestemäiseen faasiin. Rakenteessa käytetään samaa syöttöpainetta yhdestä syöttölähteestä kaikkiin 48 kanyyliin, jotta virtaus niiden välillä on tasainen.
Mihin sovelluksiin MultiPhaseCavitator-lisäosa sopii parhaiten?
Se on erityisen hyödyllinen emulsiokemian sovelluksissa, kuten faasinsiirtoreaktioissa, faasinsiirtokatalyysissä (PTC) ja neste-neste-uuttamisessa. Se soveltuu hyvin myös hiukkasten saostamiseen kahdesta nestemäisestä lähtöaineesta sekä ultraäänikiteytykseen. Lisäosa on suunniteltu Hielscherin virtauskammio-reaktoreille ja mahdollistaa sekä erä- että jatkuvatoimisen prosessoinnin.
Miten MPC48-lisäaine parantaa faasinsiirtoreaktioita?
Koska yhden reagenssivaiheen rajoitettu liukoisuus toiseen rajoittaa reaktion tapahtumaan vaiheiden rajapinnalla, kaksivaiheisissa järjestelmissä reaktioasteet ovat usein alhaisia ilman ultraäänikäsittelyä. Lisäosan avulla kavitaatio tuottaa voimakkaan hydraulisen leikkausvoiman ja hajottaa ruiskutetun faasin submikronikokoisiksi ja nanokokoisiksi pisaroiksi. Tämä pisaroiden halkaisijan merkittävä pienentyminen parantaa reaktiokinetiikkaa ja voi vähentää tai poistaa kokonaan tarvetta faasinsiirtoaineille.
Voiko lisäosa vähentää tarvittavan katalyytin määrää?
Kyllä. Lisäaineen avulla voidaan vähentää amfifilisten emulsiokatalyyttien tai faasinsiirtokatalyyttien (PTC), kuten kvaternaaristen ammoniumsuolojen, tarvittavaa määrää, koska hienojakoisemmat emulsiot tarvitsevat vähemmän tilavuutta saman kosketuspinnan aikaansaamiseksi toisen reagenssifaasin kanssa.
Miten se tehostaa aineenvaihtoa kemiallisissa reaktioissa?
Reaktiotuotteet voivat kertyä pisaran pinnalle ja estää reagenssien vuorovaikutuksen rajapinnalla. Ultraäänikavitaation aiheuttama hydraulinen leikkausvoima luo turbulenttia virtausta ja aineen siirtoa pisaran pinnoille ja niiltä pois, mikä johtaa toistuvaan pisaroiden sulautumiseen ja uusien pisaroiden muodostumiseen. Ajan myötä ultraäänikäsittely maksimoi reagenssien altistumisen ja vuorovaikutuksen – käytetään esimerkiksi kasviöljyjen transesteröinnissä biodieseliksi tai polyesterien synteesissä.
Onko insertti tehokas neste-neste-uuttamisessa?
Kyllä. Lisäosa tehostaa neste-neste-uuttoa luomalla hienorakeisen turbulenttisen emulsion, esimerkiksi liuotinfaasin öljyfaasissa. Tämä lisää faasien välistä kosketuspinta-alaa ja johtaa parempaan uuttoon pienemmällä liuotinmäärällä.
Voiko sitä käyttää vesipohjaisissa polttoaineissa?
Kyllä. Heikkolaatuiset polttoöljyt, kuten aluksissa tai sähköntuotannossa käytettävä raskas polttoöljy, voidaan emulgoida veden kanssa. Tämä parantaa palamisen tehokkuutta ja vähentää merkittävästi NOx-päästöjä ja nokipäästöjä.
Tutustu vesipohjaisten polttoaineiden ultraääniemulgoinnin etuihin!
Miten lisäaine vaikuttaa saostumiseen ja sonokiteytymiseen?
Pigmenttejä tai nanohiukkasia voidaan tuottaa alhaalta ylöspäin saostamalla nesteissä. Insert MPC48 -laite yhdistää nopeat ja kapeat ruiskutusvirrat voimakkaaseen ultraäänikavitaatioleikkaukseen, mikä maksimoi sekoitusnopeuden ja suorituskyvyn sekä tuottaa enemmän ja pienempiä hiukkasia. Koska monien saostumisreaktioiden nopeus on erittäin suuri, esiasteiden ja reagenssien sekoituksen hallinta on olennaisen tärkeää, ja Insert-laite auttaa hallitsemaan hiukkasten ja kiteiden kokoa sekä morfologiaa.
Ovatko kanyylit kertakäyttöisiä?
Kyllä. 48 hienoa lääketieteellistä kanyyliä on helppo vaihtaa, ja ne ovat edullisia kulutustarvikkeita (steriilejä, noin 2 ct/kpl). Nämä kanyylit ovat vakiomallisia kulutustarvikkeita, joita on helppo hankkia paikallisesti. Pyynnöstä on saatavilla räätälöityjä malleja, joilla kanyylien kautta voidaan ruiskuttaa useampaa kuin yhtä faasia.
Miten virtauskenno asetetaan InsertMPC48:n kanssa? Konsepti on helppo integroida olemassa oleviin prosesseihin: syötä faasi A virtauskenno pohjassa olevaan nesteen syöttöaukkoon, syötä faasi B sivussa olevaan pienempään nesteen syöttöaukkoon (ruiskutetaan kavitaatioalueelle 48 hienon putken kautta) ja säädä reaktorin paine virtauskenno ulostuloaukossa olevalla vastapaineventtiilillä.
Mitä laajennusvaihtoehtoja ja laitteiden kokoja on saatavilla?
Hielscher tarjoaa laitteita tämän teknologian testaamiseen, varmentamiseen ja hyödyntämiseen missä tahansa mittakaavassa, lineaarisella laajennettavuudella laboratoriomallista pilottituotantoon ja tuotantoon. Esimerkiksi UIP1000hd (1 kW) -laite pystyy käsittelemään 100–1 000 litraa tunnissa esittely- ja parametrien optimointitarkoituksiin; suositeltavat laitteet vaihtelevat malleista UIP1000hd/UIP2000hd malleihin UIP4000 ja UIP16000, ja yli 30 m³/h virtausnopeuksille suositellaan UIP10000- tai UIP16000-laitteiden klustereita.
Ultraäänivirtauskennon sisäosa MPC48 – Monivaiheinen kavitaattori