MultiPhaseCavitator – הכנס את ה-MPC48 לתא הזרימה האולטראסוני

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.

תוספת זו שימושית במיוחד עבור כימיה של תחליב, כגון Phase-Transfer-Reactions, העברת פאזה-קטליזה (PTC) או מיצוי נוזלי-נוזלי. תחום מעניין נוסף של יישום הוא משקעים של חלקיקים משני מבשרי נוזל או סונו-התגבשות. תוספת זו מיועדת לכורי תאי זרימה של Hielscher ומאפשרת עיבוד אצווה או רציף.

יציאה אחת ו-48 יציאות הזרקה

Ultrasonication הוא אמצעי יעיל עבור תחליב וערבוב. בשונה מהמערך הקונבנציונלי, שבו שלבים נפרדים משולבים לפני שהם נכנסים לתא הזרימה ולקוויטציה, תוספת תא זרימה זו משפרת את השילוב של שני השלבים. כאשר נוזל מוזרק דרך 48 צינוריות עדינות, הוא נכנס לתא הזרימה בגדילים צרים מאוד. האינסרט משתמש ב-48 צינוריות רפואיות עדינות בקוטר פנימי של 0.3 מ"מ עד 1.2 מ"מ. צינוריות אלה ניתנות להחלפה בקלות והן מתכלות בעלות נמוכה (סטרילית, כ-2ct/pc). הקוויטציה העל-קולית (ב-20kHz) חותכת את 48 הגדילים הנוזליים הנכנסים לטיפות קטנות כאשר הם נכנסים לשלב הנוזלי בתא הזרימה.
התכנון מפעיל את אותו לחץ הזנה מאספקה אחת לכל 48 הצינוריות כדי ליישר את הזרימה בין הצינוריות.

48 יציאות כניסה לכור על-קולי לתגובות נוזל-נוזל

שימושים ויישומים

כורים קוליים Hielscher משמשים לעתים קרובות כדי להצליב, כדי לשפר קינטיקה תהליך העברת פאזה או שיעורי המסה במערכות שלב נוזלי. דוגמאות לתהליכים כאלה הן דה-גופרית חמצונית עם מי חמצן ומיצוי ממס לאחר מכן או טרנסאסטריפיקציה מזורזת בסיס של טריגליצרידים.
מסיסות מוגבלת של שלב מגיב אחד בשלב מגיב אחר היא בעיה משמעותית בכימיה של תחליב התהליך מכיוון ששני השלבים מגיבים זה עם זה רק בשלב הביניים. ללא אולטרסאונד, התוצאה היא קצבי תגובה נמוכים וקינטיקה איטית של המרה במערכות דו-פאזיות.
באמצעות החדרה עם כור קולי, הקוויטציה מייצרת גזירה הידראולית גבוהה ושוברת את הפאזה המוזרקת לטיפות תת-מיקרון וננו-גודל. מכיוון ששטח הפנים הספציפי של גבול הפאזה משפיע על קצב התגובה הכימי, הפחתה משמעותית זו בקוטר הטיפות משפרת את קינטיקה של התגובה ועשויה להפחית או לבטל את הצורך בסוכני העברת פאזה. אחוז הנפח של השלב המוזרק עשוי להיות נמוך יותר, מכיוון שתחליבים עדינים יותר זקוקים לפחות נפח כדי לספק את אותו משטח מגע עם הפאזה המגיבה האחרת.
השימוש באינסרט זה עשוי להפחית את הכמות הנדרשת של זרזי תחליב אמפיפיליים או זרזי העברת פאזה (PTC)כגון מלחי אמוניום רבעוניים בעלי יכולת ייחודית להתמוסס בנוזלים מימיים ואורגניים.,

העברת מסה משופרת לתגובות כימיות

כאשר שני פאזות מגיבים בגבול פאזה, תוצרי התגובה מצטברים על פני השטח של הטיפה וחוסמים את פאזות המגיב מאינטראקציה בממשק. הגזירה ההידראולית הנגרמת על ידי הקוויטציה העל-קולית גורמת לזרימה טורבולנטית ולהובלת חומרים ממשטחי טיפות ואליהן ומובילה להתלכדות חוזרת ונשנית ולהיווצרות של טיפות חדשות. ככל שהתגובה מתקדמת לאורך זמן, סוניקציה ממקסמת את החשיפה והאינטראקציה של הריאגנטים.
השפעה זו משמשת בתהליכים רבים, כגון טרנסאסטריפיקציה של שמנים צמחיים לביודיזל או סינתזה של פוליאסטרים על ידי טרנסאסטריפיקציה של דיסטרים עם דיולים ליצירת מקרומולקולות.

תחליב / תחליב

תוספת תא זרימה זו משפרת את התחליב בעת ערבוב נוזלים בלתי ניתנים לערבוב. זה מוביל לגדלים קטנים יותר של טיפות ולפיזור גודל צר יותר – גורם מפתח ליציבות של תחליב. בעזרת עיצוב זה ניתן להזריק ולתחלב נוזלים בעלי צמיגות נמוכה ובינונית אפילו לנוזלים בעלי צמיגות גבוהה, כגון שמני מזוט כבדים (HFOs), פולימרים או ג'לים. נוסחאות מסוימות עשויות לדרוש הוספת חומרים מתחלבים או מייצבים. במקרה זה זה עוזר לערבב את המתחלב באופן אחיד. עיצובים מותאמים אישית להזרקה של יותר משלב אחד אם כי הצינוריות זמינות על פי בקשה.

מיצוי נוזלי-נוזלי

אינסרט זה מאיץ תהליכי מיצוי נוזל-נוזל על ידי יצירת תחליב טורבולנטי בגודל עדין, למשל של שלב ממס בשלב שמן. שוב, זה מגדיל את משטח המגע בפאזה ומביא למיצוי טוב יותר ושימוש מופחת בממס.

דלקי מים לבעירה נקייה יותר

מזוט באיכות נמוכה, כגון מזוט כבד המשמש בכלי שיט ימיים או לייצור חשמל ניתן להתחלב עם מים. התוצאה היא בעירה יעילה יותר והפחתה משמעותית של NO_x פליטות ופיח.
קרא עוד על תחליב קולי של דלקי מים (תחליב-דלקים)!

משקעים / סונו-התגבשות

פיגמנטים או ננו-חלקיקים יכולים להיווצר מלמטה למעלה על ידי משקעים בנוזלים. במקרה זה, תערובת סופר-רוויה מתחילה ליצור חלקיקים מוצקים או גבישים מתוך החומר המרוכז מאוד. חלקיקים אלה יגדלו לנקודה מסוימת ולבסוף ישקעו. על מנת לשלוט בגודל החלקיק/גביש ובמורפולוגיה, שליטה בערבוב קודמן/מגיב היא חיונית.
באופן כללי, תהליך המשקעים כולל: ערבוב, סופר-רוויה, נוקלציה, צמיחת חלקיקים וצבירה. האחרון נמנע על ידי ריכוז מוצק נמוך או על ידי סוכנים מייצבים. הערבוב הוא קריטי; באשר לרוב תהליכי המשקעים, מהירות התגובה גבוהה מאוד. ה- InsertMPC48 משלב סילונים מוזרקים צרים ומהירים עם גזירה קולית קולית חזקה. זה ממקסם את מהירות הערבוב ואת הביצועים ויוצר יותר ויותר חלקיקים קטנים.

מבדיקות מעבדה ועד להיקף פיילוט וייצור

Hielscher Ultrasonics מציעה ציוד כדי לבדוק, לאמת ולהשתמש בטכנולוגיה זו בכל קנה מידה. קל לשלב את הרעיון בתהליכים קיימים.

1. הזנת שלב A ליציאת כניסת נוזל בתחתית תא הזרימה
2. הזינו את שלב B ליציאות כניסת נוזלים קטנות יותר בצד תא הזרימה. הזנה זו תוזרם לאזור הקוויטציה דרך 48 צינורות עדינים
3. כוונן את לחץ הכור באמצעות שסתום לחץ אחורי ביציאת תא הזרימה

ברמת שולחן העבודה, מכשיר האולטרסאונד UIP1000hdT בהספק של 1 קילוואט יכולים לעבד קצב זרימה של 100 עד 1000 ליטר לשעה (25 עד 250 גאלון לשעה) לצורך הדגמת התהליך ולייעול פרמטרי האולטרסאונד. מעבדי האולטרסאונד של Hielscher תוכננו להגדלה ליניארית לנפחי עיבוד גדולים יותר בקנה מידה ניסיוני או בקנה מידה תעשייתי. הטבלה שלהלן מפרטת את נפחי העיבוד ואת גדלי הציוד המומלצים.