Učinkovite biorafinerije putem ultrazvučne intenzifikacije procesa

Ultrasonication je tehnika intenziviranja procesa, koja se implementira u različite procese u biorafinerijama. Tipični procesi koji imaju značajne koristi od ultrazvučnog tretmana su ekstrakcija, spore heterogene reakcije kao i druge primjene koje uključuju intenzivno miješanje, homogenizaciju i disperziju. Ultrasonication ubrzava procese i reakcije i čini ih učinkovitijima. Rezultati ultrazvučno promoviranih procesa su veći prinosi/izlazi i veće stope konverzije.

Što su biorafinerije?

Biorafinerija je proizvodni pogon koji integrira procese pretvorbe biomase i opremu za obradu za proizvodnju goriva, energije i drugih korisnih proizvoda kao što su kemikalije iz sirovina biomase. Tipična biomasa prerađena u biorafinerijama uključuje sirovine poput poljoprivrednog otpada i nusproizvoda, koji se recikliraju u različite bio-bazirane proizvode s dodanom vrijednošću, npr. hrana, hrana za životinje, kemikalije, bioenergija (biogoriva, energija i/ili toplina) ). Proizvodni procesi biorafinerije trebaju biti održivi i ekološki prihvatljivi. Slično konvencionalnim rafinerijama, biorafinerije mogu proizvesti više kemikalija frakcioniranjem početne sirovine (biomase) u više međuproizvoda (ugljikohidrata, proteina, triglicerida) koji se dalje mogu pretvoriti u proizvode s dodanom vrijednošću. Ključna karakteristika biorafinerija je valorizacija i recikliranje/upcikliranje otpada kao što je poljoprivredni, urbani i industrijski otpad pretvaranjem beskorisne biomase u vrijedne materijale.

Ultrazvučno pojačane biorafinerije

Integracijom ultrazvučne obrade, mnogi procesi kao što su ekstrakcija, probava, dezintegracija, transesterifikacija među mnogim drugima mogu se izvoditi znatno učinkovitije. Intenziviranje ultrazvučnog procesa u biorafineriji uglavnom ima za cilj poboljšati prinose, učiniti procese vremenski i energetski učinkovitijima te poboljšati čistoću i kvalitetu konačnog proizvoda. Ultrasonication može doprinijeti različitim procesima biorafinerije.

Kako radi ultrazvuk? – Princip rada ultrazvuka

Za ultrazvučnu obradu visokih performansi, ultrazvuk visokog intenziteta niske frekvencije generira ultrazvučni generator i prenosi preko ultrazvučne sonde (sonotrode u tekućinu. Ultrazvuk velike snage smatra se ultrazvukom u rasponu od 16-30 kHz. Ultrazvuk sonda se širi i skuplja, npr. na 20 kHz, prenoseći tako 20 000 vibracija u sekundi u medij. Kada ultrazvučni valovi putuju kroz tekućinu, ciklusi visokog tlaka (kompresija) / niskog tlaka (razrjeđivanje ili ekspanzija) stvaraju male vakuumske mjehuriće. ili šupljine, koje rastu tijekom nekoliko ciklusa kompresije tekućine i mjehurića, tlak je pozitivan, dok faza razrjeđivanja stvara vakuum (negativni tlak). Tijekom ciklusa kompresije-ekspanzije, šupljine u tekućini rastu. dok ne dostignu veličinu u kojoj ne mogu apsorbirati više energije, implozija tih šupljina rezultira različitim visoko energetskim učincima, koji su poznati kao fenomen akustične / ultrazvučne kavitacije. Akustičnu kavitaciju karakteriziraju višestruki visoko energetski učinci, koji utječu na tekućine, sustave kruto/tekuće kao i sustave plin/tekućina. Zona guste energije ili kavitacijska zona poznata je kao takozvana zona vruće točke, koja je energetski najgušća u neposrednoj blizini ultrazvučne sonde i smanjuje se s povećanjem udaljenosti od sonotrode. Slika lijevo prikazuje intenzivnu kavitaciju na ultrazvučnoj sondi od 1kW u vodi. Glavne karakteristike ultrazvučne kavitacije uključuju lokalne vrlo visoke temperature i tlakove i odgovarajuće razlike, turbulencije i strujanje tekućine. Tijekom implozije ultrazvučnih šupljina u ultrazvučnim vrućim točkama mogu se mjeriti temperature do 5000 Kelvina, tlakovi do 200 atmosfera i mlazevi tekućine do 1000 km/h. Ovi izvanredni energetski intenzivni uvjeti doprinose sonomehaničkim i sonokemijskim učincima koji intenziviraju biomasu i kemijske sustave na različite načine.
Glavni utjecaj ultrazvuka na biomasu rezultat je sljedećih učinaka:

• Visoko smicanje: Ultrazvučne velike smične sile ometaju tekućine i sustave tekućina-kruto, uzrokujući intenzivno miješanje, homogenizaciju i prijenos mase.
• Udarac: Mlazovi tekućine i strujanje koje stvara ultrazvučna kavitacija ubrzavaju krute tvari u tekućinama, što dovodi do naknadnog sudara između čestica. Kada se čestice sudaraju pri vrlo velikim brzinama, one erodiraju, razbijaju se i fino melju i raspršuju, često do nano veličine. Za biološke tvari poput biljnog tkiva i biološkog otpada, mlazevi tekućine velike brzine i izmjenični ciklusi pritiska ometaju stanične stijenke i oslobađaju unutarstanični materijal. To rezultira vrlo učinkovitom ekstrakcijom bioaktivnih spojeva i homogenim miješanjem biomase.
• Uznemirenost: Ultrasonication uzrokuje intenzivne turbulencije, sile smicanja i mikro-kretanja u tekućini ili kaši. Pritom sonikacija uvijek pojačava prijenos mase i time ubrzava reakcije i procese.

Ultrazvučni procesori visokih performansi za biorafinerije

Hielscher Ultrasonic proizvodi i distribuira ultrazvučne miksere visokog smicanja za primjenu visokih performansi kao što su homogenizacija, miješanje, razbijanje stanica, dezintegracija, ekstrakcija, disperzija, deplinjavanje i pokretanje kemijskih reakcija. Ultrazvučni reaktori implementirani su u biorafinerijama diljem svijeta kako bi se povećala učinkovitost, prinosi i stopa pretvorbe različitih procesa.
Visokoučinkovita ultrazvučna oprema za biorafinerijske procese dostupna je za stolnu, pilotsku i industrijsku instalaciju. Budući da su ultrazvučne primjene kao što su ekstrakcija, dezintegracija, otapanje, poboljšanje prijenosa mase, homogenizacija i deaeracija već uspostavljeni procesi, prijelaz s prvih ispitivanja, optimizacija na vaše specifične zahtjeve procesa i instalacija potpuno industrijskog ultrazvučnog sustava za odvajanje i/ili ispiranje je brz i jednostavan.
Hielscher Ultrasonics isporučuje ultrazvučne uređaje visokih performansi svih veličina i kapaciteta. S UIP16000 (16kW), Hielscher proizvodi najsnažniji ultrazvučni procesor na svijetu. UIP16000 kao i svi drugi industrijski ultrazvučni sustavi mogu se jednostavno klasterirati do potrebnog kapaciteta obrade. Svi Hielscher ultrasonicators su napravljeni za 24/7 rad pod punim opterećenjem iu zahtjevnim okruženjima.

Ultrazvučne sonde i sono-reaktori za bilo koji volumen

Asortiman proizvoda Hielscher Ultrasonics pokriva cijeli spektar ultrazvučnih procesora od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja preko stolnih i pilotskih sustava do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora s kapacitetom obrade tereta kamiona po satu. Cijeli asortiman proizvoda omogućuje nam da vam ponudimo najprikladniju ultrazvučnu opremu za vašu primjenu, kapacitet procesa i proizvodne ciljeve.

Precizno kontrolirane amplitude za optimalne rezultate

Svi Hielscher ultrazvučni procesori se mogu precizno kontrolirati i stoga su pouzdani radni konji u R&D i proizvodnja. Amplituda je jedan od ključnih procesnih parametara koji utječu na učinkovitost i djelotvornost sonokemijski i sonomehanički induciranih reakcija. Sav Hielscher Ultrasonics’ procesori omogućuju precizno podešavanje amplitude. Sonotrode i booster rogovi su dodaci koji omogućuju izmjenu amplitude u još širem rasponu. Hielscherovi industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude i isporučiti potrebni ultrazvučni intenzitet za zahtjevne primjene. Amplitude do 200 µm mogu se lako neprekidno izvoditi u radu 24/7.
Precizne postavke amplitude i stalno praćenje parametara ultrazvučnog procesa putem pametnog softvera daju vam mogućnost obrade biomase pod najučinkovitijim ultrazvučnim uvjetima. Optimalna sonikacija za najučinkovitiju preradu biomase!
Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućuje 24/7 rad pri teškim uvjetima rada iu zahtjevnim okruženjima. To čini Hielscherovu ultrazvučnu opremu pouzdanim radnim alatom koji ispunjava vaše zahtjeve procesa biorafiniranja.

Najviša kvaliteta – Dizajnirano i proizvedeno u Njemačkoj

Kao tvrtka u obiteljskom vlasništvu, Hielscher daje prioritet najvišim standardima kvalitete za svoje ultrazvučne procesore. Svi ultrazvučni uređaji dizajnirani su, proizvedeni i temeljito testirani u našem sjedištu u Teltowu u blizini Berlina, Njemačka. Robusnost i pouzdanost Hielscherove ultrazvučne opreme čine je radnim konjem u vašoj proizvodnji. Rad 24/7 pod punim opterećenjem iu zahtjevnim okruženjima prirodna je karakteristika Hielscherovih ultrazvučnih sondi i reaktora visokih performansi. Naš stručni tim spreman je pomoći vam znanjem o procesu, obukom i podrškom.

Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja: