Bioraffineries efficaces grâce à l'intensification du processus par ultrasons

L'ultrasonication est une technique d'intensification des processus, qui est mise en œuvre dans divers processus dans les bioraffineries. Les procédés typiques qui bénéficient de manière significative du traitement par ultrasons sont l'extraction, les réactions hétérogènes lentes ainsi que d'autres applications qui impliquent un mélange, une homogénéisation et une dispersion intenses. Les ultrasons accélèrent les processus et les réactions et les rendent plus efficaces. Les résultats des procédés favorisés par les ultrasons se traduisent par des rendements et des taux de conversion plus élevés.

Qu'est-ce qu'une bio-raffinerie ?

Une bioraffinerie est une installation de production qui intègre des processus de conversion de la biomasse et des équipements de traitement pour produire des carburants, de l'énergie et d'autres produits bénéfiques tels que des produits chimiques à partir de la matière première de la biomasse. La biomasse typique traitée dans les bioraffineries comprend des matières premières telles que les déchets et les sous-produits agricoles, qui sont recyclés en divers produits biosourcés à valeur ajoutée, par exemple des denrées alimentaires, des aliments pour animaux, des produits chimiques, de la bioénergie (biocarburants, électricité et/ou chaleur). Les processus de production d'une bioraffinerie sont conçus pour être durables et respectueux de l'environnement. À l'instar des raffineries conventionnelles, les bioraffineries peuvent fournir de multiples produits chimiques en fractionnant une matière première initiale (biomasse) en plusieurs produits intermédiaires (glucides, protéines, triglycérides) qui peuvent être convertis en produits à valeur ajoutée. Une caractéristique clé des bioraffineries est la valorisation et le recyclage des déchets tels que les déchets agricoles, urbains et industriels par le biais de la conversion de la biomasse inutile en matériaux de valeur.

Bioraffineries intensifiées par ultrasons

Grâce à l'intégration des ultrasons, de nombreux processus tels que l'extraction, la digestion, la désintégration, la transestérification et bien d'autres encore peuvent être exécutés de manière nettement plus efficace. L'intensification des procédés ultrasoniques dans une bioraffinerie vise principalement à améliorer les rendements, à rendre les procédés plus efficaces en termes de temps et d'énergie et à améliorer la pureté et la qualité du produit final. Les ultrasons peuvent contribuer à divers procédés de bioraffinage.

Comment fonctionne la sonication ? – Le principe de fonctionnement des ultrasons

Pour un traitement ultrasonique de haute performance, des ultrasons de haute intensité et de basse fréquence sont générés par un générateur d'ultrasons et transmis par une sonde ultrasonique (sonotrode) dans un liquide. Les ultrasons de haute puissance sont considérés comme des ultrasons dans la gamme de 16 à 30 kHz. La sonde à ultrasons se dilate et se contracte, par exemple à 20 kHz, transmettant ainsi 20 000 vibrations par seconde dans le milieu. Lorsque les ondes ultrasonores se propagent dans le liquide, l'alternance de cycles de haute pression (compression) et de basse pression (raréfaction ou expansion) crée de minuscules bulles de vide ou cavités, qui se développent sur plusieurs cycles de pression. Pendant la phase de compression du liquide et des bulles, la pression est positive, tandis que la phase de raréfaction produit un vide (pression négative). Pendant les cycles de compression-détente, les cavités dans le liquide se développent jusqu'à ce qu'elles atteignent une taille telle qu'elles ne peuvent plus absorber d'énergie. Elles implosent alors violemment. L'implosion de ces cavités entraîne divers effets hautement énergétiques, connus sous le nom de phénomène de cavitation acoustique? ultrasonique. La cavitation acoustique se caractérise par de nombreux effets hautement énergétiques qui ont un impact sur les liquides, les systèmes solide/liquide et les systèmes gaz/liquide. La zone dense en énergie ou zone de cavitation est connue sous le nom de zone de point chaud, qui est la plus dense en énergie à proximité immédiate de la sonde ultrasonique et qui diminue à mesure que l'on s'éloigne de la sonotrode. L'image de gauche montre une cavitation intense au niveau d'une sonde ultrasonique de 1kW dans l'eau. Les principales caractéristiques de la cavitation ultrasonique comprennent des températures et des pressions localement très élevées, ainsi que des différentiels, des turbulences et des écoulements de liquide. Lors de l'implosion de cavités ultrasoniques dans des points chauds ultrasoniques, on peut mesurer des températures allant jusqu'à 5 000 kelvins, des pressions allant jusqu'à 200 atmosphères et des jets de liquide allant jusqu'à 1 000 km/h. Ces conditions exceptionnelles d'intensité énergétique contribuent à l'amélioration de la qualité de l'eau. Ces conditions exceptionnelles d'intensité énergétique contribuent aux effets sonomécaniques et sonochimiques qui intensifient la biomasse et les systèmes chimiques de diverses manières.
Le principal impact de l'ultarsonification sur la biomasse résulte des effets suivants :

• Cisaillement important : Les forces ultrasoniques de cisaillement élevé perturbent les liquides et les systèmes liquide-solide, provoquant une agitation intense, une homogénéisation et un transfert de masse.
• Impact : Les jets de liquide et les courants générés par la cavitation ultrasonique accélèrent les solides dans les liquides, ce qui conduit ensuite à une collision interparticulaire. Lorsque les particules entrent en collision à des vitesses très élevées, elles s'érodent, se brisent et sont broyées et dispersées finement, souvent jusqu'à une taille nanométrique. Pour les matières biologiques telles que les tissus végétaux et les biodéchets, les jets de liquide à grande vitesse et les cycles de pression alternés perturbent les parois cellulaires et libèrent les matières intracellulaires. Il en résulte une extraction très efficace des composés bioactifs et un mélange homogène de la biomasse.
• Agitation : Les ultrasons provoquent d'intenses turbulences, des forces de cisaillement et des micro-mouvements dans le liquide ou la boue. Ainsi, la sonication intensifie toujours le transfert de masse et accélère ainsi les réactions et les processus.

Processeurs ultrasoniques haute performance pour les bioraffineries

Hielscher Ultrasonic fabrique et distribue des mélangeurs ultrasoniques à cisaillement élevé pour des applications de haute performance telles que l'homogénéisation, le mélange, la désintégration cellulaire, la désintégration, l'extraction, la dispersion, la dégazification et l'initiation de réactions chimiques. Les réacteurs à ultrasons sont utilisés dans les bioraffineries du monde entier afin d'augmenter l'efficacité, le rendement et le taux de conversion de divers processus.
Des équipements ultrasoniques performants pour les procédés de bioraffinage sont disponibles pour les installations de laboratoire, les installations pilotes et les installations industrielles. Les applications ultrasoniques telles que l'extraction, la désintégration, la dissolution, l'amélioration du transfert de masse, l'homogénéisation et la désaération étant des processus déjà établis, la transition entre les premiers essais, l'optimisation en fonction de vos exigences spécifiques et l'installation d'un système de séparation et/ou de lixiviation ultrasonique entièrement industriel est rapide et simple.
Hielscher Ultrasonics fournit des appareils à ultrasons très performants, quelle que soit leur taille ou leur capacité. Avec l'UIP16000 (16 kW), Hielscher fabrique le processeur à ultrasons le plus puissant au monde. L'UIP16000 ainsi que tous les autres systèmes industriels à ultrasons peuvent être facilement adaptés à la capacité de traitement requise. Tous les appareils à ultrasons Hielscher sont conçus pour fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, à pleine charge et dans des environnements exigeants.

Sondes ultrasoniques et sonoréacteurs pour tous les volumes

La gamme de produits de Hielscher Ultrasonics couvre tout le spectre des processeurs à ultrasons, depuis les ultrasons de laboratoire compacts jusqu'aux processeurs à ultrasons industriels capables de traiter des camions à l'heure, en passant par les systèmes de paillasse et les systèmes pilotes. La gamme complète de produits nous permet de vous proposer l'équipement ultrasonique le mieux adapté à votre application, à votre capacité de traitement et à vos objectifs de production.

Amplitudes contrôlables avec précision pour des résultats optimaux

Tous les processeurs à ultrasons Hielscher sont contrôlables avec précision et constituent donc des outils de travail fiables dans le domaine de la recherche et du développement.&D et la production. L'amplitude est l'un des paramètres cruciaux du processus qui influencent l'efficacité des réactions induites par la sonochimie et la sonomécanique. Tous les produits Hielscher Ultrasonics’ Les processeurs permettent un réglage précis de l’amplitude. Les sonotrodes et les avertisseurs sonores sont des accessoires qui permettent de modifier l’amplitude dans une plage encore plus large. Les processeurs à ultrasons industriels de Hielscher peuvent fournir des amplitudes très élevées et fournir l’intensité ultrasonore requise pour les applications exigeantes. Des amplitudes allant jusqu’à 200 μm peuvent être facilement exécutées en continu en fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7.
Des réglages précis de l'amplitude et la surveillance permanente des paramètres du processus ultrasonique via un logiciel intelligent vous permettent de traiter la biomasse dans les conditions ultrasoniques les plus efficaces. Une sonication optimale pour un recyclage de la biomasse le plus efficace possible !
La robustesse de l’équipement à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 dans des environnements lourds et exigeants. Cela fait de l’équipement à ultrasons de Hielscher un outil de travail fiable qui répond aux exigences de votre processus de bioraffinage.

La plus haute qualité – Conçu et fabriqué en Allemagne

En tant qu’entreprise familiale, Hielscher privilégie les normes de qualité les plus élevées pour ses processeurs à ultrasons. Tous les ultrasonisateurs sont conçus, fabriqués et testés de manière approfondie dans notre siège social à Teltow, près de Berlin, en Allemagne. La robustesse et la fiabilité de l’équipement à ultrasons de Hielscher en font un cheval de bataille dans votre production. Le fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 à pleine charge et dans des environnements exigeants est une caractéristique naturelle des sondes et des réacteurs à ultrasons haute performance de Hielscher. Notre équipe qualifiée est prête à vous aider avec sa connaissance des processus, sa formation et son soutien.

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :