Hielscher अल्ट्रासाउंड प्रौद्योगिकी

Ultrasonically bioethanol उत्पादन के लिए किण्वन असिस्टेड

किण्वन

किण्वन एक एरोबिक (= ऑक्सीडेटिव किण्वन) या अवायवीय प्रक्रिया है, जो जैव प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों के लिए प्रयोग किया जाता है जीवाणु, कवक या अन्य जैविक कोशिका संवर्धन द्वारा या एंजाइमों से कार्बनिक पदार्थ कन्वर्ट करने के लिए हो सकता है। किण्वन करके, ऊर्जा कार्बनिक यौगिकों, उदा के ऑक्सीकरण से निकाला जाता है कार्बोहाइड्रेट।

चीनी इस तरह के लैक्टिक एसिड, लैक्टोज, इथेनॉल और हाइड्रोजन के रूप में उत्पादों में किण्वन के बाद, जिसके परिणामस्वरूप किण्वन का सबसे आम सब्सट्रेट है। विशेष रूप से ईंधन के रूप में उपयोग के लिए, लेकिन यह भी मादक पेय पदार्थों के लिए - शराबी किण्वन, इथेनॉल के लिए – किण्वन द्वारा निर्मित है। जब इस तरह के रूप में कुछ खमीर के उपभेदों, सैकेरोमाइसीज सेरेविएसियाई चीनी metabolize, खमीर कोशिकाओं इथेनॉल और कार्बन डाइऑक्साइड में शुरू होने वाले सामग्री परिवर्तित करते हैं।

नीचे दिए गए रासायनिक समीकरणों रूपांतरण को संक्षेप:

आम bioethanol उत्पादन में चीनी लैक्टिक एसिड, लैक्टोज, इथेनॉल और हाइड्रोजन में किण्वन से बदल जाती है।

रासायनिक समीकरणों रूपांतरण bioethanol को संक्षेप में प्रस्तुत।

शुरू करने सामग्री स्टार्च है, जैसे मक्का से सबसे पहले स्टार्च चीनी में परिवर्तित किया जाना चाहिए। ईंधन के रूप में इस्तेमाल bioethanol के लिए, स्टार्च रूपांतरण के लिए हाइड्रोलिसिस की आवश्यकता है। आमतौर पर, हाइड्रोलिसिस अम्लीय या एंजाइमी उपचार के द्वारा या दोनों के संयोजन द्वारा को गति है। आम तौर पर, किण्वन के आसपास 35-40 डिग्री सेल्सियस पर किया जाता है।
विभिन्न किण्वन प्रक्रियाओं पर अवलोकन:

भोजन :

  • उत्पादन & संरक्षण
  • डेयरी (लैक्टिक एसिड किण्वन), उदा दही, छाछ, केफिर
  • लैक्टिक किण्वित सब्जियां, जैसे किमची, मिसो, natto, tsukemono, गोभी
  • एरोमेटिक्स के विकास, उदा सोया सॉस
  • टैनिंग एजेंट, उदा के अपघटन चाय, कोको, कॉफी, तंबाकू
  • मादक पेय, जैसे बीयर, वाइन, व्हिस्की

ड्रग्स:

  • चिकित्सा यौगिकों, जैसे के उत्पादन इंसुलिन, हाइअल्युरोनिक एसिड

बायोगैस / इथेनॉल:

  • बायोगैस का सुधार / bioethanol उत्पादन

विभिन्न शोध पत्र और बेंच-टॉप और पायलट आकार में परीक्षण से पता चला है कि अल्ट्रासाउंड अधिक बायोमास एंजाइमी किण्वन के लिए उपलब्ध बनाने के द्वारा किण्वन प्रक्रिया में सुधार। निम्नलिखित अनुभाग में, एक तरल में अल्ट्रासाउंड के प्रभाव सविस्तार किया जाएगा।

अल्ट्रासोनिक रिएक्टरों biodiesel उपज और प्रसंस्करण effiency वृद्धि!

Bioethanol सूरजमुखी डंठल, मक्का, गन्ना आदि से उत्पादन किया जा सकता

अल्ट्रासोनिक तरल प्रसंस्करण के प्रभाव

उच्च शक्ति / कम आवृत्ति अल्ट्रासाउंड द्वारा उच्च आयाम उत्पन्न किया जा सकता। इस प्रकार, उच्च शक्ति / कम आवृत्ति अल्ट्रासाउंड इस तरह, मिश्रण पायसीकारी, dispersing और deagglomeration, या मिलिंग के रूप में तरल पदार्थ के प्रसंस्करण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता।
जब उच्च तीव्रता में तरल पदार्थ sonicating, ध्वनि तरंगों है कि तरल मीडिया में प्रचार, उच्च दबाव (संपीड़न) और कम दबाव (विरलीकरण) चक्र बारी आवृत्ति के आधार पर दरों के साथ होती है। कम दबाव चक्र के दौरान, उच्च तीव्रता अल्ट्रासोनिक तरंगों छोटे निर्वात बुलबुले या तरल में रिक्तियों पैदा करते हैं। बुलबुले एक मात्रा है, जिस पर वे अब ऊर्जा को अवशोषित कर सकते हैं प्राप्त है, वे एक उच्च दबाव चक्र के दौरान हिंसक पतन। इस घटना गुहिकायन कहा जाता है। गुहिकायन, अर्थात् “गठन, विकास और implosive बुलबुले के एक तरल में पतन। Cavitational पतन तीव्र स्थानीय हीटिंग (~ 5000 कश्मीर), उच्च दबाव (~ 1000 एटीएम), और भारी हीटिंग और कूलिंग दर (पैदा करता है>109 K/” और तरल जेट धाराओं (~ 400 किमी / घंटा) "। (Suslick 1998)

इथेनॉल की रासायनिक संरचना

इथेनॉल के संरचनात्मक सूत्र

पोकेशन बनाने के लिए अलग-अलग साधन हैं, जैसे उच्च दबाव नोजल, रोटर-स्टेटर मिक्सर, या अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर। उन सभी प्रणालियों में इनपुट ऊर्जा घर्षण, अशांति, लहरों और पोकेशन में परिवर्तित हो जाती है। पोकेशन में परिवर्तित होने वाली इनपुट ऊर्जा का अंश द्रव में पोकेशन उत्पन्न करने वाले उपकरणों के आंदोलन का वर्णन करने वाले कई कारकों पर निर्भर करता है। त्वरण की तीव्रता cavitation में ऊर्जा के कुशल परिवर्तन को प्रभावित करने वाले सबसे महत्वपूर्ण कारकों में से एक है। उच्च त्वरण उच्च दबाव मतभेद बनाता है। यह बदले में तरल के माध्यम से फैलती तरंगों के निर्माण के बजाय वैक्यूम बुलबुले के निर्माण की संभावना को बढ़ाता है। इस प्रकार, उच्च त्वरण जितना ऊंचा होता है वह ऊर्जा का अंश होता है जो पोकेशन में परिवर्तित होता है।
एक अल्ट्रासोनिक transducer के मामले में, दोलन के आयाम त्वरण की तीव्रता वर्णन करता है। उच्चतर आयाम गुहिकायन की एक अधिक प्रभावी रचना में परिणाम। तीव्रता के अलावा, तरल turbulences, घर्षण और लहर पीढ़ी के मामले में कम से कम नुकसान बनाने के लिए एक तरह से त्वरित किया जाना चाहिए। इस के लिए, इष्टतम तरीका आंदोलन के एक एकतरफा दिशा है। तीव्रता और sonication प्रक्रिया के मापदंडों को बदलने, अल्ट्रासाउंड बहुत मुश्किल या बहुत नरम हो सकता है। यह विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए अल्ट्रासाउंड एक बहुत बहुमुखी उपकरण बना देता है।
Compact and powerful ultrasonic lab devices allow for simple testings in small scale to evaluate process feasibility

चित्र 1 – अल्ट्रासोनिक प्रयोगशाला उपकरण UP100H (100 वाट) व्यवहार्यता परीक्षण के लिए

शीतल अनुप्रयोगों, हल्के परिस्थितियों में हल्के sonication लागू करने में शामिल हैं, degassing, पायसीकरणऔर एंजाइम सक्रियण। उच्च तीव्रता / उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड (ज्यादातर ऊंचा दबाव में) के साथ हार्ड अनुप्रयोग हैं गीला-मिलिंग, deagglomeration & कण आकार में कमी, और dispersing। जैसे कई अनुप्रयोगों के लिए निष्कर्षण, विघटन या sonochemistryअल्ट्रासोनिक तीव्रता का अनुरोध विशिष्ट सामग्री पर निर्भर करता है sonicated किया जाना है। मापदंडों की विविधता है, जो अलग-अलग प्रक्रिया के लिए अनुकूलित किया जा सकता रखकर अल्ट्रासाउंड प्रत्येक व्यक्ति की प्रक्रिया के लिए मिठाई स्थान खोजने की अनुमति देता है।
आयाम, दबाव, तापमान, चिपचिपापन, और एकाग्रता: एक उत्कृष्ट बिजली रूपांतरण इसके अलावा, ultrasonication सबसे महत्वपूर्ण मापदंडों पर पूरा नियंत्रण के महान लाभ प्रदान करता है। यह प्रत्येक विशिष्ट सामग्री के लिए आदर्श प्रसंस्करण मानकों को खोजने के लिए उद्देश्य से इन सभी पैरामीटर्स को समायोजित करने के लिए संभावना प्रदान करता है। यह उच्च प्रभाव में है और साथ ही अनुकूलित दक्षता का परिणाम है।

अल्ट्रासाउंड किण्वन प्रक्रियाओं में सुधार करने, bioethanol उत्पादन के साथ exemplarily समझाया

Bioethanol anaerobic या एरोबिक बैक्टीरिया द्वारा बायोमास या कचरे के बायोडिग्रेडेबल पदार्थ के अपघटन का एक उत्पाद है। उत्पादित इथेनॉल मुख्य रूप से जैव ईंधन के रूप में प्रयोग किया जाता है। इस तरह के प्राकृतिक गैस जैसे जीवाश्म ईंधनों, के लिए एक अक्षय और पर्यावरण के अनुकूल विकल्प bioethanol बनाता है।
बायोमास, चीनी, स्टार्च, और lignocellulosic सामग्री से इथेनॉल उत्पादन करने के लिए कच्चे माल के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। औद्योगिक उत्पादन आकार, शर्करा और स्टार्च के लिए वर्तमान में प्रमुख के रूप में वे आर्थिक रूप से अनुकूल हैं कर रहे हैं।
कैसे अल्ट्रासाउंड दिया परिस्थितियों में विशिष्ट फीडस्टॉक के साथ एक ग्राहक अलग-अलग प्रक्रिया को बेहतर बनाता है व्यवहार्यता परीक्षण से बहुत ही सरल बाहर करने की कोशिश की जा सकती है। पहला कदम है, एक अल्ट्रासोनिक साथ कच्चे माल के घोल की एक छोटी राशि के sonication पर प्रयोगशाला उपकरण , दिखाते हैं कि यदि अल्ट्रासाउंड फीडस्टॉक को प्रभावित करता है जाएगा।

व्यवहार्यता परीक्षण

पहले परीक्षण के चरण में, यह तरल के रूप में इस तरह का मौका बढ़ जाती है की एक छोटी मात्रा में अल्ट्रासोनिक ऊर्जा के अपेक्षाकृत अधिक मात्रा में लागू करने के लिए देखने के लिए किसी भी परिणाम प्राप्त किया जा सकता है, तो उपयुक्त है। एक छोटा सा नमूना मात्रा भी समय एक प्रयोगशाला उपकरण का उपयोग कर छोटा कर देता है और पहले परीक्षण के लिए लागत कटौती।
अल्ट्रासाउंड तरंगों तरल में sonotrode की सतह द्वारा संचरित कर रहे हैं। sonotrode सतह Beneth, अल्ट्रासाउंड तीव्रता सबसे तीव्र है। इस प्रकार, sonotrode और sonicated सामग्री के बीच कम दूरी पसंद करते हैं। जब एक छोटे से तरल मात्रा सामने आ रहा है, sonotrode से दूरी कम रखा जा सकता है।
नीचे दी गई तालिका अनुकूलन के बाद sonication प्रक्रियाओं के लिए ठेठ ऊर्जा / मात्रा स्तर को दर्शाता है। प्रारंभिक परीक्षण इष्टतम विन्यास, sonication तीव्रता और ठेठ मूल्य का 10 से 50 गुना तक समय में नहीं चलेंगे के बाद से किया जा अगर वहाँ sonicated सामग्री या नहीं करने के लिए किसी भी प्रभाव है दिखाएगा।

प्रक्रिया

ऊर्जा/

आयतन

नमूना वॉल्यूम

शक्ति

पहर

सरल

< 100Ws / एमएल

10ml

50W

< 20 सेकंड

मध्यम

100Ws / एमएल 500Ws को / एमएल

10ml

50W

20 100 सेकंड के लिए

कठिन

> 500Ws / एमएल

10ml

50W

>100 सेकंड

तालिका एक – प्रक्रिया अनुकूलन के बाद ठेठ sonication मान

परीक्षण रन की वास्तविक शक्ति इनपुट एकीकृत डेटा रिकॉर्डिंग के माध्यम से दर्ज किया जा सकता (UP200Ht और UP200St), पीसी इंटरफ़ेस या PowerMeter द्वारा। आयाम स्थापित करने और तापमान के दर्ज आंकड़ों के साथ संयोजन में, प्रत्येक परीक्षण के परिणामों का मूल्यांकन किया जा सकता है और ऊर्जा / मात्रा के लिए एक लब्बोलुआब यह सुनिश्चित किया जा सके।
यदि परीक्षण के दौरान एक इष्टतम कॉन्फ़िगरेशन चुना गया है, तो यह कॉन्फ़िगरेशन प्रदर्शन ऑप्टिमाइज़ेशन चरण के दौरान सत्यापित किया जा सकता है और अंत में वाणिज्यिक स्तर तक बढ़ाया जा सकता है। अनुकूलन को सुविधाजनक बनाने के लिए, अत्यधिक जटिलताओं के लिए तापमान, आयाम या ऊर्जा / मात्रा जैसे sonication की सीमाओं की जांच करने की अत्यधिक अनुशंसा की जाती है। चूंकि अल्ट्रासाउंड कोशिकाओं, रसायनों या कणों पर नकारात्मक प्रभाव उत्पन्न कर सकता है, पैरामीटर रेंज में निम्न अनुकूलन को सीमित करने के लिए प्रत्येक पैरामीटर के लिए महत्वपूर्ण स्तरों की जांच की जानी चाहिए जहां नकारात्मक प्रभाव नहीं देखे जाते हैं। व्यवहार्यता अध्ययन के लिए ऐसे प्रयोगों में उपकरण और नमूने के खर्चों को सीमित करने के लिए छोटी प्रयोगशाला या बेंच-टॉप इकाइयों की सिफारिश की जाती है। आम तौर पर 100 से 1,000 वाट इकाइयां व्यवहार्यता अध्ययन के उद्देश्यों को बहुत अच्छी तरह से सेवा देती हैं। (सीएफ। Hielscher 2005)

Ultrasonic processes are easy to optimize and to scale up. This turns ultrasonication into an highly potential processing alternative to high pressure homogenizers, pearl and bead mills or three-roll mills.

तालिका एक – प्रक्रिया अनुकूलन के बाद ठेठ sonication मान

अनुकूलन

व्यवहार्यता अध्ययन के दौरान प्राप्त परिणामों का इलाज किया छोटी मात्रा के बारे में एक बहुत अधिक ऊर्जा की खपत को दिखा सकते हैं। लेकिन व्यवहार्यता परीक्षण के प्रयोजन के लिए मुख्य रूप से सामग्री के लिए अल्ट्रासाउंड का प्रभाव दिखाने के लिए है। अगर व्यवहार्यता सकारात्मक प्रभाव का परीक्षण में हुई, और अधिक प्रयास ऊर्जा / मात्रा के अनुपात अनुकूलन करने के लिए किया जाना चाहिए। इस प्रक्रिया को आर्थिक रूप से सबसे उचित और कुशल बनाने के लिए कम ऊर्जा का उपयोग कर संभव उच्चतम उपज प्राप्त करने के लिए अल्ट्रासाउंड मापदंडों के आदर्श विन्यास पता लगाने के लिए इसका मतलब है। इष्टतम पैरामीटर विन्यास को खोजने के लिए – कम से कम ऊर्जा इनपुट के साथ इच्छित लाभ प्राप्त करने - सबसे महत्वपूर्ण मापदंडों के बीच संबंध आयाम, दबाव, तापमान तथा तरल रचना जांच की जा रही है। इस दूसरे चरण में प्रवाह सेल रिएक्टर के साथ एक सतत sonication सेटअप करने के लिए बैच sonication से परिवर्तन के रूप में दबाव के महत्वपूर्ण पैरामीटर बैच sonication के लिए प्रभावित नहीं किया जा सकता की सिफारिश की है। एक बैच में sonication के दौरान, दबाव परिवेश के दबाव तक सीमित है। sonication प्रक्रिया एक pressurizable प्रवाह सेल चैम्बर से गुजरता है, दबाव ऊपर उठाया जा सकता है (या कम), जो सामान्य रूप में अल्ट्रासोनिक को प्रभावित करता है गुहिकायन काफी। एक प्रवाह सेल का उपयोग करके, दबाव और प्रक्रिया दक्षता के बीच संबंध निर्धारित किया जा सकता। के बीच अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर 500 वाट तथा 2000 वाट बिजली की एक प्रक्रिया का अनुकूलन करने के लिए सबसे उपयुक्त हैं।

Fully controllable ultrasonic equipment allows for process optimization and completely linear scale-up

चित्र 2 - एक अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया के अनुकूलन के लिए फ्लो चार्ट

स्केल-अप वाणिज्यिक उत्पादन के लिए

अगर इष्टतम विन्यास पाया गया है, आगे पैमाने अप सरल है के रूप में अल्ट्रासोनिक प्रक्रियाओं पूरी तरह से सीधे पैमाने पर प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य। इसका मतलब है, जब अल्ट्रासाउंड समान प्रसंस्करण पैरामीटर कॉन्फ़िगरेशन के तहत एक समान तरल फॉर्मूलेशन पर लागू होता है, तो प्रोसेसिंग के पैमाने से स्वतंत्र एक समान परिणाम प्राप्त करने के लिए प्रति वॉल्यूम की समान ऊर्जा आवश्यक होती है। (Hielscher 2005)। इससे पूर्ण पैमाने पर उत्पादन आकार में अल्ट्रासाउंड की इष्टतम पैरामीटर कॉन्फ़िगरेशन को कार्यान्वित करना संभव हो जाता है। वस्तुतः, वॉल्यूम जिसे अल्ट्रासोनिक रूप से संसाधित किया जा सकता है असीमित है। के साथ वाणिज्यिक अल्ट्रासोनिक सिस्टम 16,000 वाट प्रति यूनिट उपलब्ध हैं और समूहों में स्थापित किया जा सकता। अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर के इस तरह के समूहों समानांतर या श्रृंखला में स्थापित किया जा सकता। उच्च शक्ति अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर के क्लस्टर के लिहाज से स्थापना करके, कुल बिजली लगभग असीमित ताकि उच्च मात्रा धाराओं समस्या के बिना संसाधित किया जा सकता है। इसके अलावा अल्ट्रासोनिक प्रणाली का एक रूपांतरण की आवश्यकता है, उदाहरण के लिए एक संशोधित तरल तैयार करने के लिए पैरामीटर्स को समायोजित करने, यह ज्यादातर sonotrode, बूस्टर को बदलने या प्रवाह सेल द्वारा किया जा सकता। रैखिक scalability, reproducibility और अल्ट्रासाउंड की अनुकूलन क्षमता इस अभिनव प्रौद्योगिकी, कुशल और लागत प्रभावी हैं।

16kW ultrasonic machine for industrial processing of large volume streams, e.g. biodiesel, bioethanol, nano particle processing and manifold other applications.

चित्र 3 - औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर UIP16000 साथ 16,000 वाट बिजली

अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण के पैरामीटर

अल्ट्रासोनिक तरल प्रसंस्करण कई मानकों द्वारा वर्णित है। सबसे महत्वपूर्ण आयाम, दबाव, तापमान, चिपचिपाहट, और एकाग्रता हैं। दिए गए पैरामीटर कॉन्फ़िगरेशन के लिए कण आकार, जैसे प्रक्रिया परिणाम प्रति संसाधित मात्रा में ऊर्जा का एक कार्य है। समारोह व्यक्तिगत मानकों में बदलाव के साथ बदलता है। इसके अलावा, एक अल्ट्रासोनिक इकाई के sonotrode के प्रति सतह क्षेत्र वास्तविक बिजली उत्पादन पैरामीटर पर निर्भर करता है। Sonotrode के सतह क्षेत्र प्रति बिजली उत्पादन सतह तीव्रता (आई) है। सतह तीव्रता आयाम (ए), दबाव (पी), रिएक्टर मात्रा (वीआर), तापमान (टी), चिपचिपापन (η) और अन्य पर निर्भर करता है।

, रिएक्टर मात्रा (वीआर), तापमान (टी), और चिपचिपापन (η) अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण का सबसे महत्वपूर्ण मापदंडों आयाम (ए), दबाव (पी) शामिल हैं।

अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण के cavitational प्रभाव सतह तीव्रता जो आयाम (ए) द्वारा वर्णित है, दबाव (पी), रिएक्टर मात्रा (वीआर), तापमान (टी), चिपचिपाहट (η) और दूसरों पर निर्भर करता है। धन और ऋण संकेत sonication तीव्रता पर विशिष्ट पैरामीटर का एक सकारात्मक या नकारात्मक प्रभाव से संकेत मिलता है।

उत्पन्न गुहिकायन के प्रभाव सतह तीव्रता पर निर्भर करता है। उसी तरह, प्रक्रिया परिणाम संबद्ध करता है। एक अल्ट्रासोनिक इकाई के कुल बिजली उत्पादन सतह तीव्रता (आई) और सतह क्षेत्र (एस) का उत्पाद है:

पी [डब्ल्यू] मैं [डब्ल्यू / मिमी²] * एस[मिमी²]

आयाम

दोलन के आयाम रास्ता (जैसे 50 सुक्ष्ममापी) sonotrode सतह एक निश्चित समय (उदाहरण के लिए 1 / 20kHz पर 20,000s) में यात्रा का वर्णन है। बड़ा आयाम, उच्च दर है, जिस पर दबाव कम हो और बढ़ जाती है प्रत्येक स्ट्रोक में। इसके अलावा, प्रत्येक स्ट्रोक एक बड़ा गुहिकायन मात्रा (बुलबुला आकार और / या संख्या) में जिसके परिणामस्वरूप की मात्रा बढ़ती जाती विस्थापन। dispersions के लिए आवेदन किया है, उच्च आयाम ठोस कणों को एक उच्च घातकता दिखा। तालिका 1 कुछ अल्ट्रासोनिक प्रक्रियाओं के लिए सामान्य मान दिखाता है।

The ultrasound amplitude is an important process parameter.

तालिका 2 – आयाम के लिए सामान्य अनुशंसाएँ

दबाव

तरल का उबलते बिंदु दबाव पर निर्भर करता है। उच्च दबाव उबलते बिंदु जितना अधिक होगा, और विपरीत होगा। ऊंचा दबाव उबलते बिंदु के करीब या उससे ऊपर तापमान पर पोकेशन की अनुमति देता है। यह इम्प्लोजन की तीव्रता को भी बढ़ाता है, जो स्थिर दबाव और बबल के अंदर वाष्प दबाव (सीएफ वर्सेट एट अल। 1 999) के बीच के अंतर से संबंधित है। चूंकि अल्ट्रासोनिक पावर और तीव्रता दबाव में बदलाव के साथ जल्दी बदलती है, इसलिए एक स्थिर-दबाव पंप बेहतर होता है। प्रवाह-सेल में तरल की आपूर्ति करते समय पंप उपयुक्त दबावों पर विशिष्ट तरल प्रवाह को संभालने में सक्षम होना चाहिए। डायाफ्राम या झिल्ली पंप; लचीली ट्यूब, नली या निचोड़ पंप; पेरिस्टाल्टिक पंप; या पिस्टन या प्लंगर पंप वैकल्पिक दबाव उतार-चढ़ाव पैदा करेगा। केन्द्रापसारक पंप, गियर पंप, सर्पिल पंप, और प्रगतिशील गुहा पंप जो निरंतर स्थिर दबाव पर तरल होने के लिए तरल की आपूर्ति करते हैं, को प्राथमिकता दी जाती है। (Hielscher 2005)

तापमान

एक तरल sonicating करके, बिजली माध्यम में फैलता है। के रूप में ultrasonically उत्पन्न दोलन turbulences और घर्षण, sonicated तरल का कारण बनता है - ऊष्मप्रवैगिकी के कानून के अनुसार – गर्मी होगा। संसाधित माध्यम के उच्च तापमान सामग्री के लिए विनाशकारी हो सकता है और अल्ट्रासोनिक गुहिकायन की प्रभावशीलता कम कर सकते हैं। अभिनव अल्ट्रासोनिक प्रवाह कोशिकाओं एक शीतलन जैकेट (चित्र देखें) से लैस हैं। कि करके, अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण के दौरान सामग्री के तापमान से अधिक सटीक नियंत्रण दिया जाता है। छोटे संस्करणों की बीकर sonication के लिए गर्मी अपव्यय के लिए एक बर्फ स्नान की सिफारिश की है।

Picture 3 – Ultrasonic transducer UIP1000hd (1000 watts) with flow cell equipped with cooling jacket – typical equipment for optimization steps or small scale production

चित्र 3 - अल्ट्रासोनिक transducer UIP1000hd (1000 वाट) ठंडा जैकेट के साथ सुसज्जित प्रवाह सेल के साथ - अनुकूलन कदम या छोटे पैमाने पर उत्पादन के लिए विशिष्ट उपकरण

चिपचिपापन और एकाग्रता

अल्ट्रासोनिक पिसाई तथा dispersing तरल प्रक्रियाओं कर रहे हैं। कण, निलंबित किया होना जरूरी उदा पानी, तेल, सॉल्वैंट्स या रेजिन में। अल्ट्रासोनिक फ्लो-थ्रू प्रणाली के उपयोग से, यह बहुत चिपचिपा, पीले सामग्री sonicate के लिए संभव हो जाता है।
उच्च शक्ति अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर काफी अधिक ठोस सांद्रता में चलाया जा सकता है। के रूप में अल्ट्रासोनिक मिलिंग प्रभाव अंतर-कण टकराव के कारण होता है बहुत अधिक मात्रा, अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण के प्रभाव को प्रदान करता है। जांच से पता चला है कि सिलिका का टूटना दर वजन से 50% तक ठोस एकाग्रता ऊपर से स्वतंत्र है। अत्यधिक ध्यान केंद्रित सामग्री के अनुपात के साथ मास्टर बैचों के प्रसंस्करण एक आम उत्पादन ultrasonication का उपयोग कर प्रक्रिया है।

पावर और तीव्रता बनाम ऊर्जा

सतह तीव्रता और कुल विद्युत केवल प्रसंस्करण की तीव्रता का वर्णन है। sonicated नमूना मात्रा और निश्चित तीव्रता पर जोखिम के समय ताकि इसे स्केलेबल और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य बनाने के लिए एक sonication प्रक्रिया का वर्णन करने पर विचार करना होगा। किसी दिए गए पैरामीटर विन्यास प्रक्रिया परिणाम के लिए, उदाहरण के लिए कण आकार या रासायनिक रूपांतरण, मात्रा प्रति ऊर्जा (ई / वी) पर निर्भर करेगा।

परिणाम = (/वी )

कहाँ ऊर्जा (ई) बिजली उत्पादन (पी) और जोखिम (टी) के समय का उत्पाद है।

[ws] = पी[डब्ल्यू] *टी[एस]

पैरामीटर विन्यास में परिवर्तन परिणाम समारोह बदल जाएगा। यह बदले में एक विशिष्ट परिणाम मूल्य प्राप्त करने के लिए ऊर्जा की मात्रा (ई) किसी दिए गए नमूना मूल्य (वी) के लिए आवश्यक अलग अलग होंगे। इस कारण से यह एक परिणाम प्राप्त करने के लिए एक प्रक्रिया के लिए अल्ट्रासाउंड की एक निश्चित शक्ति तैनात करने के लिए पर्याप्त नहीं है। एक और अधिक परिष्कृत दृष्टिकोण शक्ति की आवश्यकता और पैरामीटर विन्यास, जिस पर बिजली प्रक्रिया सामग्री में रखा जाना चाहिए की पहचान करने के लिए आवश्यक है। (Hielscher 2005)

Ultrasonically Bioethanol का उत्पादन असिस्टेड

यह पहले से ही पता है कि अल्ट्रासाउंड bioethanol उत्पादन में सुधार। यह एक उच्च चिपचिपा घोल अभी भी pumpable है कि करने के लिए बायोमास के साथ तरल गाढ़ा करने के लिए recommendable है। अल्ट्रासोनिक रिएक्टरों काफी अधिक ठोस सांद्रता ताकि sonication प्रक्रिया सबसे कुशल चलाया जा सकता है संभाल कर सकते हैं। और अधिक सामग्री घोल में निहित है, कम वाहक तरल है, जो sonication प्रक्रिया से लाभ नहीं होगा, माना जाएगा। एक तरल में ऊर्जा के इनपुट ऊष्मप्रवैगिकी के कानून द्वारा तरल पदार्थ की एक हीटिंग का कारण बनता है के रूप में, इसका मतलब है कि अल्ट्रासोनिक ऊर्जा लक्ष्य सामग्री के लिए लागू किया जाता है, जहाँ तक संभव हो। इस तरह के एक कुशल प्रक्रिया डिजाइन करके, अतिरिक्त वाहक तरल की एक बेकार हीटिंग से बचा जाता है।
अल्ट्रासाउंड की सहायता करता है निष्कर्षण intracellular सामग्री का है और यह इस तरह एंजाइमी किण्वन के लिए उपलब्ध बनाता है। हल्के अल्ट्रासाउंड उपचार एंजाइमी गतिविधि में वृद्धि कर सकते हैं, लेकिन बायोमास निकासी के लिए अधिक तीव्र अल्ट्रासाउंड की आवश्यकता होगी। इसलिए, एंजाइमों बायोमास घोल में जोड़ा जाना चाहिए के बाद तीव्र अल्ट्रासाउंड के रूप में sonication के एंजाइमों को निष्क्रिय कर देता है, जो एक नहीं वांछित प्रभाव है।

वैज्ञानिक अनुसंधान के द्वारा प्राप्त वर्तमान परिणाम:

Yoswathana एट अल के अध्ययन करता है। (2010) चावल पुआल से bioethanol उत्पादन के साथ विषय में पता चला है कि 44% तक (चावल पर पुआल आधार) का एक बढ़ा चीनी उपज के लिए एसिड पूर्व उपचार के संयोजन और एंजाइमी उपचार नेतृत्व से पहले अल्ट्रासोनिक। यह चीनी को lignocelluloses सामग्री के एंजाइमी हाइड्रोलिसिस से पहले भौतिक और रासायनिक pretreatment के संयोजन की प्रभावशीलता को दर्शाता है।

चार्ट 2 चावल पुआल रेखांकन से bioethanol उत्पादन के दौरान अल्ट्रासोनिक विकिरण का सकारात्मक प्रभाव दिखाता है। (चारकोल एसिड / एंजाइम pretreatment और अल्ट्रासोनिक पूर्व उपचार से pretreated नमूने detoxify करने के लिए इस्तेमाल किया गया है।)

एक महत्वपूर्ण उच्च इथेनॉल उपज में अल्ट्रासोनिक सहायता प्रदान की किण्वन का परिणाम है। bioethanol चावल पुआल से उत्पादन किया गया है।

चार्ट 2 – किण्वन के दौरान इथेनॉल उपज की अल्ट्रासोनिक वृद्धि (Yoswathana एट अल। 2010)

एक और हाल के एक अध्ययन में, बाह्य और β-galactosidase एंजाइम की intracellular स्तरों पर ultrasonication के प्रभाव की जांच की जा चुकी है। सुलेमान एट अल। (2011) काफी हद तक bioethanol उत्पादन की उत्पादकता (ATCC 46,537) में सुधार, एक नियंत्रित तापमान Kluyveromyces marxianus की खमीर विकास उत्तेजक में अल्ट्रासाउंड का उपयोग कर सकता है। कागज के लेखकों शुरू कि ≤20% का कर्तव्य चक्र में बिजली अल्ट्रासाउंड (20 kHz) के साथ रुक-रुक कर sonication लालकृष्ण में marxianus 11.8Wcm का एक अपेक्षाकृत उच्च sonication तीव्रता में बायोमास उत्पादन, लैक्टोज चयापचय और इथेनॉल उत्पादन को प्रेरित-2। सबसे अच्छा शर्तों के तहत, sonication के नियंत्रण के लिए लगभग 3.5 गुना रिश्तेदार द्वारा अंतिम इथेनॉल एकाग्रता बढ़ाया। यह इथेनॉल उत्पादकता में 3.5 गुना वृद्धि के अनुरूप था, लेकिन sonication के माध्यम से शोरबा के प्रति घन मीटर अतिरिक्त पावर इनपुट की 952W की आवश्यकता है। ऊर्जा के लिए यह अतिरिक्त आवश्यकता उच्च मूल्य के उत्पादों के लिए, आसानी से उत्पादकता वृद्धि से मुआवजा दिया जा सकता है बायोरिएक्टर के लिए स्वीकार्य परिचालन मानदंडों के भीतर निश्चित रूप से किया गया था और,।

निष्कर्ष: Ultrasonically सहायता प्राप्त किण्वन से लाभ

अल्ट्रासोनिक उपचार के लिए एक कुशल और अभिनव तकनीक bioethanol उपज बढ़ाने के लिए के रूप में दिखाया गया है। जाहिर है, इस तरह के अल्ट्रासाउंड मक्का, सोयाबीन, पुआल, ligno-cellulosic सामग्री या सब्जी अपशिष्ट पदार्थों के रूप में बायोमास से intracellular सामग्री को निकालने के लिए, प्रयोग किया जाता है।

  • bioethanol उपज में वृद्धि
  • Disinteration / सेल distruction और इंट्रा-सेलुलर सामग्री की रिहाई
  • बेहतर अवायवीय अपघटन
  • हल्के sonication द्वारा एंजाइमों के सक्रियण
  • उच्च एकाग्रता slurries द्वारा प्रक्रिया दक्षता में सुधार

सरल परीक्षण, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य पैमाने अप और आसान स्थापना (यह भी पहले से ही विद्यमान उत्पादन धाराओं में) ultrasonics एक लाभदायक और कुशल प्रौद्योगिकी बनाता है। वाणिज्यिक प्रसंस्करण के लिए विश्वसनीय औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर उपलब्ध हैं और यह संभव वस्तुतः असीमित मात्रा में तरल sonicate है।

UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

Picure 4 - 1000 वाट अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर के साथ सेटअप UIP1000hd, प्रवाह सेल, टैंक और पंप

हमसे संपर्क करें / अधिक जानकारी के लिए पूछें

अपने संसाधन आवश्यकताओं के बारे में हमसे बात करें। हम अपनी परियोजना के लिए सबसे उपयुक्त सेटअप और प्रसंस्करण मानकों की सिफारिश करेंगे।





कृपया ध्यान दें हमारे गोपनीयता नीति


साहित्य / संदर्भ

  • Hielscher, टी (2005): नैनो-आकार emulsions और dispersions की अल्ट्रासोनिक उत्पादन। में: यूरोपीय Nanosystems की कार्यवाही सम्मेलन ENS’05।
  • Jomdecha, सी .; Prateepasen, ए (2006): कम अल्ट्रासोनिक ऊर्जा अनुसंधान किण्वन की प्रक्रिया में खमीर विकास को प्रभावित करता है। बारह बजेवें एनडीटी पर एशिया प्रशांत सम्मेलन, 5.-2006/10/11, ऑकलैंड, न्यूजीलैंड।
  • Kuldiloke, जे (2002): पर फलों की एनजाइम गतिविधि एक गुणवत्ता संकेतकों और सब्जियों के रस अल्ट्रासाउंड, तापमान और दबाव उपचार का प्रभाव; पीएच.डी. Technische यूनिवर्सिटैट पर थीसिस। बर्लिन, 2002।
  • Mokkila, एम, Mustranta, ए, Buchert, जे, Poutanen, के.एच. (2004): बेर का रस प्रसंस्करण में एंजाइमों के साथ सत्ता अल्ट्रासाउंड संयोजन। में: 2 इंट। सम्मेलन। भोजन और पेय पदार्थ, 19.-2004/09/22, स्टटगार्ट, जर्मनी के Biocatalysis।
  • मुलर, एम आर ए .; Ehrmann, एम ए .; वोगेल, आर एफ (2000): लैक्टोबैसिलस PONTIS की जांच और दो संबंधित प्रजाति एक जामन किण्वन में लिए मल्टीप्लेक्स पीसीआर। आवेदन किया है & पर्यावरणिक सूक्ष्म जीव विज्ञान। 66/5 2000 पीपी। 2113-2116।
  • Nikolic, एस .; Mojovic, एल .; Rakin, एम .; Pejin, डी .; Pejin, जे (2010): simoultaneous शर्करीकरण और मकई भोजन के किण्वन से अल्ट्रासाउंड की मदद से bioethanol का उत्पादन। में: खाद्य रसायन विज्ञान 122/2010। पीपी। 216-222।
  • सुलेमान, ए जेड .; अजीत, ए .; यूनुस, आर एम .; Cisti, वाई (2011): अल्ट्रासाउंड की मदद से किण्वन bioethanol उत्पादकता को बढ़ाता है। बायोकेमिकल इंजीनियरिंग जर्नल 54/2011। पीपी। 141-150।
  • Suslick, के एस (1998): रासायनिक प्रौद्योगिकी के किर्क-Othmer विश्वकोश। 4वें ईडी। विले & संस: न्यूयॉर्क, 1998 पीपी 517-541।।
  • Yoswathana, एन .; Phuriphipat, पी .; Treyawutthiawat, पी .; Eshtiaghi, एम एन (2010): राइस स्ट्रॉ से bioethanol उत्पादन। में: ऊर्जा अनुसंधान जर्नल 1/1 2010 पीपी 26-31।।