Učinkovita biorefinerija putem ultrazvučnog intenziviranja procesa
Ultrasonikacija je tehnika intenziviranja procesa, koja se provodi u različite procese u biorefinerijama. Tipični procesi koji imaju značajne koristi od ultrazvučnog liječenja su ekstrakcija, spore heterogene reakcije kao i druge primjene koje uključuju intenzivno miješanje, homogeniziranje i raspršivanje. Ultrazvuka ubrzava procese i reakcije i čini ih učinkovitijima. Rezultati ultrazvuka promoviranog procesa su veći prinosi/ostvarenja i veće stope konverzije.
Što su Bio-Rafinerije?
Biorefinerija je proizvodni pogon koji integrira procese pretvorbe biomase i opremu za preradu za proizvodnju goriva, energije i drugih korisnih proizvoda kao što su kemikalije iz sirovine biomase. Tipična biomasa prerađena u biorefinerijama uključuje sirovine kao što su poljoprivredni otpad i povoljenici, koji se u različitim proizvodima s dodanom vrijednošću, bioenergijama, npr. Proizvodni procesi biorefinacije namijenjeni su održivosti i ekološki prihvatljivoj. Slično konvencionalnim rafinerijama, biorefinerije mogu pružiti više kemikalija razlomljavanjem početne sirovine (biomase) u više intermedijara (ugljikohidrati, proteini, trigliceridi) koji se mogu dalje pretvoriti u proizvode s dodanom vrijednošću. Ključna karakteristika biorefinerija je valorizacija i recikliranje/upcycling otpada kao što su poljoprivredni, gradski i industrijski otpad pomoću pretvaranja beskorisne biomase u vrijedne materijale.
Ultrazvučne pojačane biorefinerije
Integracijom ultrazvuka, mnogi procesi kao što su ekstrakcija, probava, raspad, transesterifikacija među mnogim drugima mogu se pokrenuti znatno učinkovitije. Ultrazvučnim intenziviranjem procesa u biorefineriji teži se uglavnom poboljšanju prinosa, većoj vremenskoj i energetski učinkovitijoj obradi procesa te poboljšanju čistoće i kvalitete konačnog proizvoda. Ultrazvukcija može doprinijeti različitim biorefinacijskim procesima.
Ultrazvučna ekstrakcija i homogenizacija zelene biomase kako bi se oslobodili i izolirali vrijedni spojevi
Kako funkcionira sonikacija? – Radno načelo ultrazvuka
Za ultrazvučnu obradu visokih performansi, ultrazvuk visokog intenziteta, niskofrekventni ultrazvuk generira ultrazvučni generator i prenosi se ultrazvučnom sondom (sonotrode u tekućinu. Ultrazvuk velike snage smatra se ultrazvukom u rasponu od 16-30kHz. Ultrazvučna sonda se proširuje i kontrakcij, na 20kHz, čime se prenosi 20.000 vibracija u sekundi u medij. Kada ultrazvučni valovi putuju kroz tekućinu, naizmjenično visokotlačni (kompresija) / niskotlačni (rarefaction ili ekspanzija) ciklusi stvaraju minute vakuumskih mjehurića ili šupljina, koji rastu tijekom nekoliko ciklusa tlaka. Tijekom faze kompresije tekućine i mjehurića, tlak je pozitivan, dok faza rijetke proizvodnje proizvodi vakuum (negativan tlak.) Tijekom ciklusa kompresije i širenja, šupljine u tekućini rastu dok ne dosegnu veličinu, pri čemu ne mogu apsorbirati više energije. U ovom trenutku nasilno implodiraju. Implozija tih šupljina rezultira različitim visokoegetskim učincima, koji su poznati kao fenomen akustične / ultrazvučne karitacije. Akustičnu karitaciju karakteriziraju višenamjeseni visokoegetski učinci, koji utječu na tekućine, čvrste/tekuće sustave kao i plinske/tekuće sustave. Energetski gusta zona ili kavitatacijska zona poznata je kao takozvana hot-spot zona, koja je energetski najgušća u neposrednoj blizini ultrazvučne sonde i opada s povećanjem udaljenosti od sonotroda. Lijeva slika prikazuje intenzivnu karitaciju na ultrazvučnu sondu od 1kW u vodi. Glavne karakteristike ultrazvučne karitacije uključuju lokalno vrlo visoke temperature i tlakove i odgovarajuće diferencijale, turbulencije i tekući streaming. Tijekom implozije ultrazvučnih šupljina u ultrazvučnim žarištima mogu se mjeriti temperature do 5000 Kelvina, pritisci do 200 atmosfera i tekući mlazovi s do 1000 km/h. Ovi izvanredni energetski intenzivni uvjeti doprinose sonomehaničkim i sonokemijskim učincima koji na različite načine pojačavaju biomasu i kemijske sustave.
Glavni utjecaj ultarsonikacije na biomasu rezultat je sljedećih učinaka:
- Visoka smicanje: Ultrazvučne sile visokog smicanja ometaju tekućine i tekuće čvrste sustave uzrokujući intenzivnu uznemirenost, homogenizaciju i prijenos mase.
- Utjecaj: Tekući mlazovi i strujanje koje generira ultrazvučna kavijacija ubrzavaju krutine u tekućinama, što dovodi nakon toga do međupartikoluarnog sudara. Kada se čestice sudaraju pri vrlo visokim brzinama, erodiraju, razbijaju se i sitno se glodaju i raspršuju, često sve do nano-veličine. Za biološku tvar kao što su biljno tkivo i bioottvar, tekući mlazovi velike brzine i ciklusi naizmjeničnog tlaka ometaju stanične stijenke i oslobađaju unutarstanični materijal. To rezultira vrlo učinkovitom ekstrakcijom bioaktivnih spojeva i homogenim miješanjem biomase.
- Uznemirenost: Ultrazvukcija uzrokuje intenzivne turbulencije, sile smicanja i mikro-kretanje u tekućini ili kaši. Time sonikacija uvijek pojačava prijenos mase i time ubrzava reakcije i procese.
Ultrazvuk visokih performansi je tehnika intenziviranja procesa koja se primjenjuje na više industrija. Ultrazvuka se koristi za obradu tekućina i kaša kako bi se pomiješali i homogenizirali, promicali prijenos mase, ekstraktni spojevi i/ili pokrenule kemijske reakcije.
Uobičajene primjene ultrazvuka u biorefinerijama su:
- bioetanol Proizvodnja
- ekstrakcija vrijednih spojeva iz biomase (npr. proteini, pektini, škrobovi itd.)
- sinteza biodizela iz potrošenih biljnih ulja i životinjskih masti
- Biodizel iz algi nafte
- liječenje lignocelulozom
- modifikacija škroba
UIP4000hdT – 4kW snage ultrazvučni sustav za kontinuiranu inline sonikacija kaša
Ultrazvučni procesori visokih performansi za biorefinerije
Hielscher Ultrasonic proizvodi i distribuira ultrazvučne miksere visokih smicanja za primjenu visokih performansi kao što su homogenizacija, miješanje, poremećaj stanica, raspad, ekstrakcija, disperzija, deparifikacija i pokretanje kemijskih reakcija. Ultrazvučni reaktori implementiraju se u biorefinerije diljem svijeta kako bi se povećala učinkovitost, prinosi i stopa konverzije različitih procesa.
Ultrazvučna oprema visokih performansi za biorefinerijske procese lako je dostupna za bench-top, pilot 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 ugradnja potpuno industrijskog ultrazvučnog sustava odvajanja i/ili ispiranja je brz i jednostavan.
Hielscher Ultrasonics isporučuje ultrazvuke visokih performansi u bilo kojoj veličini i kapacitetu. S UIP16000 (16kW), Hielscher proizvodi najmoćniji ultrazvučni procesor širom svijeta. UIP16000 kao i svi drugi industrijski ultrazvučni sustavi mogu se lako grupiraju do potrebnog kapaciteta obrade. Svi Hielscher ultrazvučnici izgrađeni su za 24/7 rad pod punim opterećenjem iu zahtjevnim okruženjima.
Ultrazvučne sonde i Sono-reaktori za bilo koji volumen
Hielscher Ultrasonics asortiman proizvoda pokriva cijeli spektar ultrazvučnih procesora od kompaktnih laboratorijskih ultrasonikatora preko bench-top i pilot sustava do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora s kapacitetom za obradu kamiona na sat. Cijeli asortiman proizvoda omogućuje nam da vam ponudimo najprikladniju ultrazvučnu opremu za vašu primjenu, kapacitet procesa i proizvodne ciljeve.
Precizno Controllable Amplitudes za Optimum Rezultate
Svi Hielscherovi ultrazvučni procesori su precizno kontrolirani i time pouzdani radni konji u R&D i produkcija. Amplitude je jedan od ključnih procesa parametara koji utječu na učinkovitost i učinkovitost sonokemijski i sonomehanički izazvane reakcije. Svi Hielscher ultrazvuci’ procesori omogućuju precizno postavljanje amplitude. Sonotrodes i booster rogovi su pribor koji omogućuju izmjenu amplitude u još širem rasponu. Hielscher je industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude i isporučiti potreban ultrazvučni intenzitet za zahtjevne aplikacije. Amplitude do 200μm mogu se lako kontinuirano izvoditi u 24/7 operaciji.
Precizne postavke amplitude i trajno praćenje parametara ultrazvučnog procesa putem pametnog softvera daju vam mogućnost obrade biomase u najučinkovitijim ultrazvučnim uvjetima. Optimalna sonikacija za najučinkovitiji upcycling biomase!
Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućuje 24/7 rad na teškim dužnostima i u zahtjevnim okruženjima. To hielscherovu ultrazvučnu opremu čini pouzdanim radnim alatom koji ispunjava vaše zahtjeve za biorefiniranjem.
Najviša kvaliteta – Dizajniran i proizveden u Njemačkoj
Kao obiteljski i obiteljski vođen posao, Hielscher daje prednost najvišim standardima kvalitete za svoje ultrazvučne procesore. Svi ultrasonikatori su dizajnirani, proizvedeni i temeljito testirani u našem sa sjedištem u Teltowu u blizini Berlina, Njemačka. Robusnost i pouzdanost Hielscherove ultrazvučne opreme čine ga radnim konjem u vašoj proizvodnji. 24/7 rad pod punim opterećenjem iu zahtjevnim okruženjima prirodna je karakteristika Hielscherove ultrazvučne sonde i reaktora visokih performansi. Naš kvalificirani tim spreman vam je pomoći u znanju o procesu, obuci i podršci.
Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Batch Volumen | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 mL | 10 do 200 mL / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 mL / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l / min | UIP4000hdT |
| N.a. | 10 do 100 l / min | UIP16000 |
| N.a. | veći | grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Književnost / Reference
- García, A., González Alriols, M., Wukovits, W. et al. (2014): Assessment of biorefinery process intensification by ultrasound technology. Clean Techn Environ Policy 16, 1403–1410 (2014).
- Velmuruga, Rajendran; Muthukumar, Karuppan (2011): Utilization of sugarcane bagasse for bioethanol production: Sono-assisted acid hydrolysis approach. Bioresource Technology Vol. 102, Issue 14; 2011. 7119-7123.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.