Ultraäänivirtausreaktorit – suunnittelu, sovellukset ja edut

Ultraäänireaktorit mahdollistavat nesteiden ja lietteiden jatkuvan käsittelyn suoraan prosessilinjassa voimakkaiden ultraääniaaltojen avulla. Ultraäänireaktoreita käytetään homogenointiin, sekoitukseen, emulgointiin, dispergointiin, uuttoon, solujen hajotukseen, pastörointiin, kaasunpoistoon, liuotukseen ja kemiallisten reaktioiden, kuten synteesin tai katalyysin, tehostamiseen. Lue lisää ultraäänireaktoritekniikasta ja siitä, miten prosessisi voi hyötyä ultraäänikäsittelystä!

Mihin virtauskennoja käytetään ultraäänikäsittelyprosesseissa?

Virtauskenno, jota kutsutaan myös läpivirtauskennoksi tai virtausreaktoriksi, on erilaisissa tieteellisissä ja teknisissä sovelluksissa käytettävä laite, joka mahdollistaa jatkuvatoimiset virtausprosessit. Virtauskennoja käytetään yleisesti ultraäänikäsittelyprosesseissa, erityisesti kun suuria tilavuuksia käsitellään suuritehoisella ultraäänellä. Ultraäänivirtauskenno tai sonokemiallinen reaktori on erityinen kammio tai kenno, jonka läpi neste tai liete voi virrata samalla, kun sitä käsitellään ultraäänellä.

Virtauskennoja käytetään yleisesti esimerkiksi sekoituksessa ja homogenoinnissa sekä kemiassa, biologiassa, sähkökemian sovelluksissa ja biotekniikassa. Ne tarjoavat useita etuja eräprosesseihin verrattuna, kuten tasaisemman ultraäänikäsittelyn, paremman hallinnan, paremman reaktiokinetiikan, tehokkaan aineensiirron ja mahdollisuuden integroida ultraäänikäsittely tehokkaasti jatkuvatoimiseen tuotantoprosessiin.

Teollinen ultraäänihomogenisaattori ja virtauskennoreaktori

MultiSonoReactor MSR-4 on teollinen jatkuvatoiminen homogenointireaktori nesteiden teolliseen homogenointiin suurella käsittelykapasiteetilla.

Ultraäänivirtauskennojen ja sonokemiallisten reaktorien sovellukset

Yrityksen Hielscher ultraäänireaktorit voivat olla hyödyllisiä monenlaisissa kemiallisissa reaktioissa, joissa esiintyy nesteen ja kiinteän aineen, kahden nesteen tai nesteen ja kaasun välisiä rajapintoja. Esimerkkejä reaktioista, joita voidaan tehostaa ultraäänireaktoreilla:

Emulsioiden homogenointi: Ultraäänireaktorit voivat auttaa hajottamaan ja dispergoimaan emulsioissa olevia hiukkasia, jolloin tuotteista tulee vakaampia ja tasalaatuisempia.
Kiteytys: Ultraäänisäteily voi käynnistää kiteytymisen liuoksissa, jolloin muodostuu pieniä, tasakokoisia ja erittäin puhtaita kiteitä.
Kaasunpoisto: Ultraäänisäteilyllä voidaan poistaa nesteisiin liuenneita kaasuja, mikä voi parantaa tuotteiden laatua ja vakautta.
Uutto: Ultraäänireaktorit voivat parantaa uuttoprosessien tehokkuutta edistämällä liuenneiden aineiden diffuusiota kalvojen tai rajapintojen läpi.
Polymerointi: Ultraäänisäteily voi edistää polymerointireaktioiden käynnistymistä ja etenemistä, jolloin reaktionopeudet kasvavat ja molekyylipainot suurenevat.
Nanohiukkasten synteesi: Ultraäänireaktoreilla voidaan syntetisoida nanohiukkasia, joiden koko, muoto ja pintaominaisuudet ovat hallittuja.
Sonokatalyysi: Ultraäänisäteily voi tehostaa tiettyjen materiaalien katalyyttistä aktiivisuutta, jolloin reaktionopeudet kasvavat ja selektiivisyys paranee.

Ultraäänilaite UIP6000hdT sekä ultraäänivirtauskennoreaktori ja äänieristyskaappi teollisiin prosesseihin, joissa käsittelykapasiteetti on suuri.

Teollinen ultraäänilaite UIP6000hdT sekä ultraäänivirtauskennoreaktori ja äänieristyskaappi.

Kavitaation aiheuttama värinmuutos UP400St-ultraäänilaitteella

Edistynyt ultraäänireaktorien suunnittelu ylivertaisia prosessituloksia varten

Nesteiden käsittelyyn tarkoitettujen jatkuvatoimisten reaktorien yhteydessä on otettava huomioon useita tärkeitä tekijöitä. Yrityksen Hielscher ultraäänireaktorit suunnitellaan ja valmistetaan. Nämä tekijät voivat vaihdella sovelluksen ja vaatimusten mukaan, mutta seuraavat näkökohdat ovat olennaisia:

Reaktorin suunnittelu: Reaktorin rakenne itsessään on yksi merkittävimmistä tekijöistä onnistuneessa jatkuvatoimisessa ultraäänikäsittelyssä. Koko, geometria, sonotrodin sijainti ja rakennemateriaali on otettava huomioon, jotta varmistetaan yhteensopivuus ultraäänellä käsiteltävän nesteen kanssa sekä halutut reaktio-olosuhteet (esim. ultraäänen intensiteetti, lämpötila ja paine).

Sekoittaminen ja sekoitusliikkeen tuottaminen: Ultraäänikäsittely tuottaa erittäin tehokkaan mikrosekoituksen. Suuremmissa säiliöreaktoreissa lisäsekoitus ja sekoitusliikkeen tuottaminen voivat olla hyödyllisiä hyvän makrosekoituksen saavuttamiseksi. Lapasekoitin tai sekoituspyörä edistää optimaalista aineensiirtoa, koska kaikki materiaali siirtyy ultraäänikavitaation alueelle. Siksi yrityksen Hielscher reaktorien rakenne mahdollistaa makrosekoittimien, kuten sekoituspyörien tai muiden sekoittimien, asentamisen.

Viipymäaika: Viipymäaika sonokemiallisessa reaktorissa eli aika, jonka neste viettää reaktorin sisällä, on ratkaiseva parametri: tämän ajan materiaali altistuu ultraäänivärähtelylle, kavitaatiolle ja leikkausvoimille. Se vaikuttaa reaktion etenemisasteeseen ja prosessin tuottavuuteen. Yrityksen Hielscher ultraäänireaktorit on suunniteltu siten, että haluttua viipymäaikaa voidaan hallita ja säätää helposti ja luotettavasti samalla, kun tilavuusvirta pidetään sopivana.

Lämpötilan hallinta: Monien materiaalien ja reaktioiden kohdalla tarkka lämpötilan hallinta on välttämätöntä. Siksi yrityksen Hielscher ultraäänireaktorit on varustettu ratkaisuilla halutun lämpötilan säätämiseen ja ylläpitämiseen. Tämä toteutetaan eri keinoin, kuten vaipalla tai ulkoisilla lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmillä.

Paineen hallinta: Jotkin reaktiot hyötyvät tietyistä paineolosuhteista. Yleensä ultraäänikäsittelyn vaikutukset voimistuvat korkeammassa paineessa. Reaktorin on pystyttävä toimimaan halutulla painealueella turvallisesti ja tehokkaasti. Hielscher tarjoaa luonnollisesti ultraäänireaktoreihinsa paineenhallintamekanismeja, kuten varoventtiilejä tai paineensäätimiä.

Turvallisuusnäkökohdat: Helppokäyttöisyys ja turvallisuus ovat ensiarvoisen tärkeitä reaktorien suunnittelussa. Teollisuusstandardien ja korkeimpien turvallisuusvaatimusten mukaisesti yrityksen Hielscher ultraäänireaktorit suunnitellaan ja niitä käytetään asianmukaisilla turvallisuusominaisuuksilla varustettuina. Näitä ovat esimerkiksi varoventtiilit, paineen ja lämpötilan valvontajärjestelmät, automaattinen tietojen tallennus sekä tarvittaessa mahdollisuus huuhteluun inertillä kaasulla.

Mittakaavan suurentamisen mahdollisuudet: Jos nesteiden käsittelytarpeen odotetaan kasvavan tulevaisuudessa, on tärkeää ottaa huomioon mahdollisuus suurentaa reaktorin mittakaavaa. Yrityksen Hielscher ultraäänireaktorit on suunniteltu helposti skaalattaviksi suurempia tuotantomääriä varten siten, että prosessin tehokkuus säilyy.

Huolto ja puhdistettavuus: Yrityksen Hielscher sonokemialliset reaktorit ovat erittäin kestäviä, ja ne on suunniteltu helposti huollettaviksi, tarkastettaviksi ja puhdistettaviksi. Sileät sisäpinnat, helposti saavutettavat ja nopeasti irrotettavat liitännät sekä hyvä tyhjennettävyys ja paikallaanpuhdistustoiminto (CIP) auttavat minimoimaan seisokit ja varmistamaan asianmukaisen hygienian.

Yhteensopivuus ja korroosionkestävyys: Hielscher tarjoaa räätälöityjä sonokemiallisia reaktoreita, joissa otetaan huomioon reaktorimateriaalien yhteensopivuus käsiteltävän nesteen kanssa. Kemiallinen yhteensopivuus on ratkaisevan tärkeää korroosion, kontaminaation ja ei-toivottujen reaktioiden estämiseksi.

Prosessin seuranta ja hallinta: Paine- ja lämpötila-anturien, säädettävän syötön ja läpivirtausnopeuden sekä niihin liittyvien valvontalaitteiden sisällyttäminen ja ultraääniprosessin olosuhdetietojen automaattinen tallennus tuottavat reaaliaikaista tietoa kriittisistä prosessiparametreista. Nämä tiedot mahdollistavat korkeimman tason prosessinhallinnan, optimoinnin ja standardoinnin.

Integrointi prosessilaitteisiin: Yrityksen Hielscher ultraäänireaktorit voidaan integroida helposti ja vaivattomasti nesteenkäsittelyjärjestelmään kokonaisuutena. Yhteensopivuus ja asianmukaiset liitännät prosessin edeltäviin ja seuraaviin laitteisiin, kuten pumppuihin, suodattimiin, lämmönvaihtimiin sekä tuotteen keräys- ja varastointiyksiköihin, voidaan toteuttaa helposti ja myöhemmin mukauttaa tuotantolinjan muutoksiin.

Hielscher UIP4000hdT -ultraäänilaite ja virtauskenno jatkuvatoimisiin homogenointi- ja sekoitusprosesseihin

Teollinen 4 kW:n ultraäänihomogenisaattori UIP4000hdT sekä läpivirtausreaktori jatkuvatoimiseen sekoitukseen ja homogenointiin

Ultraäänilaitteet ja sonokemialliset reaktorit jatkuvatoimisiin virtausprosesseihin

Hielscher Ultrasonics tarjoaa tehokkaita ultraäänilaitteita ja ultraäänireaktoreita nesteiden käsittelyyn kaikissa mittakaavoissa.

Suunnittelu, valmistus ja konsultointi – Saksassa valmistettua laatua

Hielscher-ultraäänilaitteet ja sonokemialliset reaktorit tunnetaan korkeimmista laatu- ja suunnittelustandardeistaan. Kestävyys ja helppokäyttöisyys mahdollistavat ultraäänilaitteidemme ja ultraäänivirtauskennojemme sujuvan integroinnin teollisuuslaitoksiin. Hielscher-ultraäänilaitteet selviytyvät helposti ankarista olosuhteista ja vaativista ympäristöistä.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys, joka painottaa erityisesti tehokkaita ultraäänilaitteita, joissa yhdistyvät uusinta tekniikkaa edustavat ratkaisut ja käyttäjäystävällisyys. Hielscher-ultraäänilaitteet ovat luonnollisesti CE-vaatimusten mukaisia ja täyttävät UL-, CSA- ja RoHs-vaatimukset.

Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

Erätilavuus	Tilavuusvirta	Suositellut laitteet
0,5–1,5 mL	n.a.	VialTweeter
1–500 mL	10–200 mL/min	UP100H
10–2 000 mL	20–400 mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1–20 L	0,2–4 L/min	UIP2000hdT
10–100 L	2–10 L/min	UIP4000hdT
15–150 L	3–15 L/min	UIP6000hdT
n.a.	10–100 L/min	UIP16000
n.a.	suurempi	laitekokonaisuus, joka koostuu seuraavista laitteista: UIP16000

Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!

Voimakkaita leikkausvoimia tuottavia ultraäänihomogenisaattoreita käytetään laboratorio-, pöytälaite-, pilotti- ja teollisessa käsittelyssä.

Hielscher Ultrasonics valmistaa tehokkaita ultraäänihomogenisaattoreita sekoitussovelluksiin, dispergointiin, emulgointiin ja uuttoon laboratorio-, pilotti- ja teollisessa mittakaavassa.

Liittyvät aiheet

Kirjallisuus / Lähteet

Barrera-Salgado, Karen; Ramírez-Robledo, Gabriela; Alvarez-Gallegos, Alberto; Arellano, Carlos; Sierra, Fernando; Perez, J. A.; Silva Martínez, Susana (2016): Fenton Process Coupled to Ultrasound and UV Light Irradiation for the Oxidation of a Model Pollutant. Journal of Chemistry, 2016. 1-7.
Han N.S., Basri M., Abd Rahman M.B. Abd Rahman R.N., Salleh A.B., Ismail Z. (2012): Preparation of emulsions by rotor-stator homogenizer and ultrasonic cavitation for the cosmeceutical industry. Journal of Cosmetic Science Sep-Oct; 63(5), 2012. 333-44.
Antonia Tamborrino, Agnese Taticchi, Roberto Romaniello, Claudio Perone, Sonia Esposto, Alessandro Leone, Maurizio Servili (2021): Assessment of the olive oil extraction plant layout implementing a high-power ultrasound machine. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 73, 2021.

Tehokasta ultraäänitekniikkaa! Hielscherin tuotevalikoima kattaa koko kirjon pienikokoisesta laboratorion ultraäänilaitteesta pöytälaitteisiin ja täyden teollisen mittakaavan ultraäänijärjestelmiin.

Hielscher Ultrasonics valmistaa tehokkaita ultraäänihomogenisaattoreita laboratoriomittakaavasta aina teolliseen mittakaavaan.