MultiPhaseCavitator-umetak za ultrazvučnu protočnu ćeliju

MultiPhaseCavitator Insert (InsertMPC48) dizajniran je za poboljšanje ultrazvučne obrade mješavina tekućina/tekućina ili tekućina/plin. 48 vrlo finih kanila ubrizgava tekućinu ili plin u tekuću fazu točno u zoni kavitacije. To stvara vrlo male suspendirane kapljice ili mjehuriće plina koji daju vrlo visoku specifičnu površinu.

Ovaj umetak je posebno koristan za kemiju emulzija, kao što su reakcije prijenosa faze, Fazni prijenos-kataliza (PTC) ili Liquid-Liquid-Extraction. Još jedno zanimljivo područje primjene je taloženje čestica iz dva tekuća prekursora ili sono-kristalizacija. Ovaj umetak dizajniran je za Hielscherove reaktore s protočnim ćelijama i omogućuje šaržnu ili kontinuiranu obradu.

Jedan i 48 otvora za ubrizgavanje

Ultrasonication je učinkovito sredstvo za emulzifikaciju i miješanje. Za razliku od konvencionalnih postavki, gdje se odvojene faze kombiniraju prije nego uđu u protočnu ćeliju i kavitaciju, ovaj umetak protočne ćelije poboljšava kombinaciju dviju faza. Kada se tekućina ubrizga kroz 48 finih kanila, ona ulazi u protočnu ćeliju u vrlo uskim nitima. Umetak koristi 48 vrlo finih medicinskih kanila s unutarnjim promjerom od 0,3 mm do 1,2 mm. Ove se kanile mogu jednostavno zamijeniti i jeftini su potrošni materijal (sterilne, cca. 2ct/kom). Ultrazvučna kavitacija (na 20 kHz) reže 48 tekućih niti koje dolaze u male kapljice kada uđu u tekuću fazu u protočnoj ćeliji.
Dizajn primjenjuje isti dovodni tlak iz jednog dovoda na svih 48 kanila kako bi se izjednačio protok između kanila.

48 ulaznih otvora u ultrazvučni reaktor za reakcije tekućina-tekućina

Upotreba i primjena

Hielscher ultrazvučni reaktori se često koriste za emulgiranje, za poboljšanje kinetike procesa faznog prijenosa ili stope otapanja u sustavima tekućina-tekuća faza. Primjeri takvih procesa su oksidativna desulfurizacija s vodikovim peroksidom i naknadna ekstrakcija otapalom ili bazno katalizirana transesterifikacija triglicerida.
Ograničena topljivost jedne faze reagensa u drugoj fazi reagensa značajan je problem u procesnoj kemiji emulzije jer obje faze reagiraju jedna s drugom samo u međufazi. Bez ultrazvuka, ovo rezultira niskim brzinama reakcije i sporom kinetikom pretvorbe u dvofaznim sustavima.
Korištenjem umetka s ultrazvučnim reaktorom, kavitacija proizvodi visoko hidrauličko smicanje i razbija ubrizganu fazu u kapljice submikronske i nanoveličine. Budući da je specifična površina fazne granice utjecajna na brzinu kemijske reakcije, ovo značajno smanjenje promjera kapljica poboljšava kinetiku reakcije i može smanjiti ili eliminirati potrebu za agensima za fazni prijenos. Volumni postotak ubrizgane faze može se smanjiti jer finijim emulzijama treba manji volumen kako bi osigurale istu kontaktnu površinu s drugom fazom reagensa.
Korištenje ovog umetka može smanjiti potrebnu količinu amfifilnih emulzijskih katalizatora ili katalizatori faznog prijenosa (PTC), kao što su kvaterne amonijeve soli s njihovom jedinstvenom sposobnošću otapanja u vodenim i organskim tekućinama.

Poboljšani prijenos mase za kemijske reakcije

Kada dvije faze reagensa reagiraju na faznoj granici, produkti reakcije nakupljaju se na površini kapljice i blokiraju interakciju faza reagensa na sučelju. Hidrauličko smicanje uzrokovano ultrazvučnom kavitacijom dovodi do turbulentnog protoka i transporta materijala od i do površina kapljica i dovodi do ponovljene koalescencije i kasnijeg stvaranja novih kapljica. Kako reakcija napreduje tijekom vremena, sonikacija povećava izloženost i interakciju reagensa.
Taj se učinak koristi u mnogim procesima, kao što je transesterifikacija biljnih ulja u biodizel ili sinteza poliestera transesterifikacijom diestera s diolima kako bi se formirale makromolekule.

Emulgiranje / Emulgiranje

Ovaj umetak protočne ćelije poboljšava emulzifikaciju pri miješanju tekućina koje se ne miješaju. To dovodi do manjih veličina kapljica i uže raspodjele veličina – ključni faktor za stabilnost emulzije. S ovim dizajnom možete ubrizgavati i emulgirati tekućine niske i srednje viskoznosti čak iu tekućine visoke viskoznosti, kao što su teška goriva (HFO), polimeri ili gelovi. Neke formulacije mogu zahtijevati dodavanje emulgatora ili stabilizatora. U ovom slučaju pomaže jednolično miješanje emulgatora. Prilagođeni dizajni za ubrizgavanje više od jedne faze iako su kanile dostupne na zahtjev.

tekućina-tekuća ekstrakcija

Ovaj umetak pospješuje procese ekstrakcije tekućina-tekućina stvaranjem turbulentne emulzije fine veličine, npr. faze otapala u uljnoj fazi. Opet, ovo povećava kontaktnu površinu faza i rezultira boljom ekstrakcijom i smanjenom upotrebom otapala.

Aqua-goriva za čistije izgaranje

Niskokvalitetna loživa ulja, kao što je teško loživo ulje koje se koristi na brodovima ili za proizvodnju električne energije, mogu se emulgirati s vodom. To rezultira učinkovitijim izgaranjem i značajnim smanjenjem NO_x emisije i čađe.
Pročitajte više o ultrazvučnom emulgiranju aqua-goriva (emulzija-goriva)!

Taloženje / Sono-kristalizacija

Pigmenti ili nanočestice mogu se stvarati odozdo prema gore taloženjem u tekućinama. U ovom slučaju, prezasićena smjesa počinje stvarati čvrste čestice ili kristale iz visoko koncentriranog materijala. Te će čestice rasti do određene točke i konačno se istaložiti. Kako bi se kontrolirala veličina i morfologija čestica/kristala, ključna je kontrola miješanja prekursora/reagensa.
Općenito, proces taloženja uključuje: miješanje, prezasićenje, nukleaciju, rast čestica i aglomeraciju. Potonje se izbjegava niskom koncentracijom krutine ili stabilizirajućim sredstvima. Miješanje je kritično; kao i za većinu procesa taloženja brzina reakcije je vrlo velika. InsertMPC48 kombinira brze uske ubrizgane mlaznice sa snažnim ultrazvučnim kavitacijskim smicanjem. Ovo maksimizira brzinu miješanja i učinak stvarajući više i manje čestice.