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Réacteurs à écoulement ultrasonique – Conception, applications et avantages

Les réacteurs à ultrasons permettent de traiter en ligne et en continu des liquides et des boues en appliquant de puissantes ondes ultrasonores. Les réacteurs à ultrasons sont utilisés pour l'homogénéisation, le mélange, l'émulsification, la dispersion, l'extraction, la désintégration cellulaire, la pasteurisation, la dégazification, la dissolution et l'intensification des réactions chimiques telles que la synthèse ou la catalyse. En savoir plus sur la technologie des réacteurs à ultrasons et sur les avantages de la sonication pour votre procédé !

À quoi servent les cellules d'écoulement dans les processus de sonication ?

Une cellule à écoulement, également appelée cellule à écoulement ou réacteur à écoulement, est un dispositif utilisé dans diverses applications scientifiques et techniques pour permettre des processus à écoulement continu. Les cellules d'écoulement sont couramment utilisées dans les processus de sonification, en particulier lorsque de grands volumes sont traités avec des ultrasons de puissance. Une cellule d'écoulement ultrasonique ou un réacteur sonochimique est une chambre ou une cellule spécialisée conçue pour permettre à un liquide ou à des boues de s'écouler à travers elle tout en subissant une sonication.

Les cellules d'écoulement sont couramment utilisées dans des domaines tels que le mélange et l'homogénéisation, la chimie, la biologie, l'électrochimie et la biotechnologie. Elles offrent plusieurs avantages par rapport aux procédés discontinus, notamment une sonication plus uniforme, un meilleur contrôle, une cinétique de réaction améliorée, un transfert de masse efficace et la possibilité d'intégrer efficacement le procédé de sonication dans un processus de production en ligne.

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Homogénéisateur industriel à ultrasons avec réacteur à cellules d'écoulement

Le MultiSonoReactor MSR-4 est un réacteur d'homogénéisation en ligne industriel pour l'homogénéisation des liquides à haut débit.

Applications pour les cellules à écoulement ultrasonique et les réacteurs sonochimiques

Les réacteurs à ultrasons Hielscher peuvent être utiles pour une large gamme de réactions chimiques impliquant des interfaces liquide-solide, liquide-liquide ou liquide-gaz. Voici quelques exemples de réactions qui peuvent être améliorées à l'aide de réacteurs à ultrasons :

  • Homogénéisation des émulsions : Les réacteurs à ultrasons peuvent aider à décomposer et à disperser les particules dans les émulsions, ce qui permet d'obtenir des produits plus stables et plus uniformes.
  • Cristallisation : L'irradiation ultrasonique peut induire la cristallisation dans les solutions, conduisant à la formation de petits cristaux uniformes d'une grande pureté.
  • Dégazage : L'irradiation ultrasonique peut être utilisée pour éliminer les gaz dissous dans les liquides, ce qui peut améliorer la qualité et la stabilité des produits.
  • Extraction : Les réacteurs à ultrasons peuvent accroître l'efficacité des processus d'extraction en favorisant la diffusion des solutés à travers les membranes ou les interfaces.
  • Polymérisation : L'irradiation ultrasonique peut favoriser l'initiation et la propagation des réactions de polymérisation, ce qui entraîne des vitesses de réaction plus rapides et des poids moléculaires plus élevés.
  • Synthèse de nanoparticules : Les réacteurs à ultrasons peuvent être utilisés pour synthétiser des nanoparticules dont la taille, la forme et les propriétés de surface sont contrôlées.
  • Sonocatalyse : L'irradiation ultrasonique peut renforcer l'activité catalytique de certains matériaux, ce qui permet d'accélérer la vitesse de réaction et d'améliorer la sélectivité.

 

Ultrasonator UIP6000hdT avec réacteur à ultrasons et enceinte acoustique pour les procédés industriels à haut débit.

Le sonicateur industriel UIP6000hdT avec réacteur à ultrasons et enceinte acoustique.

Cette vidéo montre un changement de couleur induit par la cavitation ultrasonique dans un liquide. Le traitement par sonication intensifie la réaction d'oxydation redox.

Changement de couleur induit par la cavitation avec le Sonicator UP400St

Vignette vidéo

Conception sophistiquée du réacteur à ultrasons pour des résultats de traitement supérieurs

Lorsqu'il s'agit de réacteurs en ligne pour le traitement des liquides, plusieurs facteurs importants doivent être pris en compte. Les réacteurs à ultrasons Hielscher sont conçus et fabriqués en fonction de l'application et des exigences spécifiques, mais voici quelques éléments à prendre en compte :

  • Conception du réacteur : La conception d'un réacteur est l'un des facteurs les plus influents pour la réussite d'un traitement ultrasonique en ligne. Des facteurs tels que la taille, la géométrie, la position de la sonotrode et le matériau de construction doivent être pris en compte pour garantir la compatibilité avec le liquide à sonifier, ainsi que les conditions de réaction souhaitées (par exemple, l'intensité des ultrasons, la température, la pression).
  • Mélange et agitation : La sonication permet un micro-mélange très efficace. Pour les réacteurs à cuves plus grandes, un mélange et une agitation supplémentaires peuvent être bénéfiques afin d'obtenir un bon macro-mélange. Un mélangeur à pales ou une roue contribue à un transfert de masse optimal, car toutes les matières sont déplacées dans la zone de cavitation ultrasonique. Par conséquent, la conception des réacteurs Hielscher permet l'incorporation de macro-mélangeurs, tels que des roues ou des agitateurs.
  • Temps de séjour : Le temps de séjour dans le réacteur sonochimique, qui correspond au temps que le liquide passe à l'intérieur du réacteur, est un paramètre critique : Il s'agit du temps pendant lequel la matière est exposée aux vibrations ultrasoniques, à la cavitation et aux forces de cisaillement. Il influe sur l'ampleur de la réaction et sur la productivité du processus. Les réacteurs à ultrasons Hielscher sont conçus pour contrôler et ajuster facilement et de manière fiable le temps de séjour souhaité tout en maintenant un débit approprié.
  • Contrôle de la température : Pour de nombreux matériaux et réactions, un contrôle précis de la température est essentiel. C'est pourquoi les réacteurs à ultrasons Hielscher sont équipés de dispositifs permettant de contrôler et de maintenir la température souhaitée. Ce contrôle est assuré par différents moyens, tels qu'une enveloppe ou des systèmes de chauffage/refroidissement externes.
  • Contrôle de la pression : Certaines réactions bénéficient de conditions de pression spécifiques. En général, les effets de la sonication s'intensifient sous des pressions élevées. Le réacteur doit être capable de gérer la plage de pression souhaitée de manière sûre et efficace. Bien entendu, Hielscher propose des mécanismes de contrôle de la pression, tels que des soupapes de décharge ou des régulateurs de pression, pour ses réacteurs à ultrasons.
  • Considérations de sécurité : La simplicité d'utilisation et la sécurité sont d'une importance capitale dans la conception des réacteurs. Conformément aux normes industrielles et aux considérations de sécurité les plus strictes, les réacteurs à ultrasons Hielscher sont conçus et exploités avec des dispositifs de sécurité appropriés, tels que des soupapes de sûreté, des systèmes de surveillance de la pression et de la température, l'enregistrement automatique des données et des capacités de purge de gaz inerte si nécessaire.
  • Potentiel de mise à l'échelle : Si l'on s'attend à ce que les besoins en matière de traitement des liquides augmentent à l'avenir, il est important de prendre en compte le potentiel de mise à l'échelle du réacteur. Les réacteurs à ultrasons Hielscher sont conçus pour s'adapter facilement à des volumes de production plus importants tout en maintenant l'efficacité du processus.
  • Entretien et nettoyabilité : Les réacteurs sonochimiques Hielscher sont très robustes et conçus pour faciliter la maintenance, l'inspection et le nettoyage. Les surfaces internes lisses, les raccords accessibles et rapidement démontables, ainsi que la bonne drainabilité et la fonction de nettoyage en place (CIP) contribuent à minimiser les temps d'arrêt et à garantir une hygiène adéquate.
  • Compatibilité et résistance à la corrosion : En tenant compte de la compatibilité des matériaux du réacteur avec le liquide traité, Hielscher propose des réacteurs sonochimiques personnalisés. La compatibilité chimique est cruciale pour éviter la corrosion, la contamination ou les réactions indésirables.
  • Surveillance et contrôle des processus : Il intègre des capteurs de pression et de température, une vitesse d'alimentation et de passage réglable et des dispositifs de surveillance connexes, ainsi qu'un protocole de données automatique des conditions du processus ultrasonique, qui fournissent des données en temps réel sur les paramètres critiques du processus. Ces informations permettent un contrôle, une optimisation et une normalisation plus poussés du processus.
  • Intégration à l'équipement de traitement : Les réacteurs à ultrasons Hielscher peuvent être facilement et confortablement intégrés dans le système global de traitement des liquides. La compatibilité et les connexions appropriées avec les équipements en amont et en aval, tels que les pompes, les filtres, les échangeurs de chaleur et les unités de collecte/stockage des produits, peuvent être facilement mises en œuvre et adaptées par la suite aux changements dans la chaîne de production.
    • Hielscher UIP4000hdT ultrasons en ligne avec cellule d'écoulement pour les processus d'homogénéisation et de mélange en ligne

    Homogénéisateur ultrasonique industriel 4kW UIP4000hdT avec réacteur à circulation pour le mélange et l'homogénéisation en ligne

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    Sonicateurs et réacteurs sonochimiques pour les processus d'écoulement en ligne

    Hielscher Ultrasonics propose des sonicateurs et des réacteurs à ultrasons de haute performance pour le traitement des liquides, quelle que soit leur taille.

    Conception, fabrication et conseil – Qualité Made in Germany

    Le réacteur ultrasonique à écoulement continu répond aux normes industrielles pour les processus à grand volume, tels que le mélange, la dispersion, l'homogénéisation, l'émulsification et les réactions chimiques.Les sonicateurs et les réacteurs sonochimiques Hielscher sont réputés pour leur qualité et leurs normes de conception les plus élevées. La robustesse et la facilité d'utilisation permettent une intégration aisée de nos sonicateurs et cellules d'écoulement à ultrasons dans les installations industrielles. Les sonicateurs Hielscher s'adaptent facilement aux conditions difficiles et aux environnements exigeants.

    Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO et met l'accent sur les ultrasons de haute performance, dotés d'une technologie de pointe et d'une grande facilité d'utilisation. Bien entendu, les ultrasons Hielscher sont conformes à la norme CE et répondent aux exigences des normes UL, CSA et RoHs.
     
    Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :

    Volume du lot Débit Dispositifs recommandés
    00,5 à 1,5 ml n.d. VialTweeter
    1 à 500mL 10 à 200mL/min UP100H
    10 à 2000mL 20 à 400mL/min UP200Ht, UP400St
    0.1 à 20L 0.2 à 4L/min UIP2000hdT
    10 à 100L 2 à 10L/min UIP4000hdT
    15 à 150L 3 à 15L/min UIP6000hdT
    n.d. 10 à 100L/min UIP16000
    n.d. plus grande groupe de UIP16000

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    Les homogénéisateurs ultrasoniques à haut cisaillement sont utilisés dans les laboratoires, les paillasses, les installations pilotes et les procédés industriels.

    Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons de haute performance pour les applications de mélange, de dispersion, d'émulsification et d'extraction à l'échelle du laboratoire, du pilote et de l'industrie.

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    High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

    Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons très performants à partir de laboratoires à taille industrielle.

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