Višefazni kavitator – Umetnite MPC48 za ultrazvučnu protočnu ćeliju
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.
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
Ubrizgavanje u ultrazvučni višefazni kavitator
Umetnite MPC48 – 48 finih kanila završava u zoni kavitacije
Ultrazvučni protočni reaktor FC100L1K-1S s umetkom MPC48
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 NOx 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.
Raspodjela veličine čestica Fe3O4 (magnetita) nastalih u kontinuiranoj ultrazvučnoj reakciji taloženja (Banert et al., 2004.).
Od laboratorijskog testiranja do pilotiranja i proizvodnje
Hielscher Ultrasonics nudi opremu za testiranje, provjeru i korištenje ove tehnologije u bilo kojoj mjeri. Koncept je lako ugraditi u postojeće procese.
- Napunite fazu A u ulazni otvor za tekućinu na dnu protočne ćelije
- Ubacite fazu B u manji ulaz(e) tekućine na strani protočne ćelije. Ovo punjenje će se ubrizgavati u kavitacijsko područje kroz 48 finih cijevi
- Podesite tlak reaktora pomoću protutlačnog ventila na izlaznom otvoru protočne ćelije
Na vrhunskoj razini sonikator od 1kW UIP1000hdT može obraditi brzine protoka od 100 do 1000L/h (25 do 250 gal/h) za demonstraciju procesa i za optimizaciju parametara ultrazvuka. Hielscher ultrazvučni procesori dizajnirani su za linearno povećanje na veće količine obrade u pilot ili proizvodnoj mjeri. Tablica u nastavku navodi količine obrade i preporučene veličine opreme.
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 0.2L | 0.25 do 2 m3/sat | UIP1000hdT, UIP2000hdT |
| 0.2L | 1 do 8m3/sat | UIP4000hdT |
| na | 4 do 30m3/sat | UIP16000hdT |
| na | iznad 30m3/sat | klaster od UIP10000 ili UIP16000hdT |
Često postavljana pitanja o MultiPhaseCavitatoru – Umetak ultrazvučne protočne ćelije MPC48
Što je MultiPhaseCavitator Insert (Flow Cell Insert MPC48)?
Umetak MultiPhaseCavitator (InsertMPC48) je umetak protočnog spremnika dizajniran za poboljšanje ultrazvučne obrade tekućih/tekućih ili tekućih/ plinovitih mješavina. Koristi 48 vrlo finih kanila koje ubrizgavaju tekućinu ili plin u tekuću fazu izravno u zonu kavitacije, stvarajući vrlo male suspendirane kapljice ili mjehuriće plina s velikim specifičnim površinskim područjem.
Što znači MPC48?
MPC je kratica za MultiPhaseCavitator. Broj 48 označava da umetak ima 48 kanila kao mjesta za ubrizgavanje. Na zahtjev, umetak protoka se može opremiti s više ili manje kanila.
Kako radi Flow Cell Insert MPC48?
Kada se tekućina ubrizga kroz 48 finih medicinskih kanila (unutarnji promjeri od 0,3 mm do 1,2 mm), ulazi u protočnu ćeliju u vrlo uskim nizovima. Ultrazvučna kavitacija na 20 kHz reže ove dolazeće niti na male kapljice pri ulasku u tekuću fazu. Dizajn primjenjuje isti tlak napajanja iz jednog izvora na svih 48 kanila kako bi se izjednačio protok između njih.
Za koje je primjene umetak MultiPhaseCavitator najprikladniji?
Posebno je koristan za kemiju emulzije kao što su reakcije prijenosa faze, katalize prijenosa faze (PTC) i ekstrakcije tekućina-tekućina. Također je vrlo prikladan za precipitaciju čestica iz dva tekuća prekursora i za sonokristalizaciju. Umetak je dizajniran za Hielscherove reaktore s protočnim ćelijama i omogućuje serijsku ili kontinuiranu obradu.
Kako MPC48 umetak poboljšava reakcije prijenosa faza?
Budući da ograničena topljivost jedne faze reagensa u drugoj ograničava reakciju na međufazni sloj, sustavi s dvije faze često imaju niske brzine reakcije bez ultrazvuka. S umetak, kavitacija proizvodi visoki hidraulički smicanje i razbija ubrizganu fazu u submikronske i nano veličine kapljica. Ovo značajno smanjenje promjera kapljica poboljšava kinetiku reakcije i može smanjiti ili eliminirati potrebu za agensima za prijenos faze.
Može li umetak smanjiti potrebnu količinu katalizatora?
Da. Umetak može smanjiti potrebnu količinu amfifilnih emulzijskih katalizatora ili katalizatora za prijenos faze (PTC), kao što su kvarterni amonijevi soli, jer finije emulzije zahtijevaju manji volumen da bi osigurale istu površinu kontakta s drugom fazom reagensa.
Kako poboljšava prijenos mase u kemijskim reakcijama?
Proizvodi reakcije mogu se nakupljati na površini kapljica i blokirati interakciju reagensa na sučelju. Hidraulički smicanje uzrokovano ultrazvučnom kavitacijom stvara turbulentan tok i prijenos materijala prema površinama kapljica i od njih, što dovodi do ponovljenog spajanja i formiranja novih kapljica. S vremenom, sonikacija maksimizira izloženost i interakciju reagensa – koristi se u procesima kao što su transesterifikacija biljnog ulja u biodizel ili sinteza poliestera.
Je li umetak učinkovit za tekuće-tekuću ekstrakciju?
Da. Umetak poboljšava tekuće-tekuću ekstrakciju stvaranjem finog, turbulentnog emulzije, na primjer otapalne faze u uljnoj fazi. To povećava kontakt površine faza i rezultira boljom ekstrakcijom uz smanjenu potrošnju otapala.
Može li se koristiti za vodene gorive?
Da. Niskokvalitetna loživa ulja, poput teškog loživog ulja koje se koristi na brodovima ili za proizvodnju električne energije, mogu se emulgirati s vodom. To dovodi do učinkovitijeg izgaranja i značajnog smanjenja emisija NOx-a i čađe.
Otkrijte prednosti ultrazvučne emulgacije vodenih goriva!
Kako umetak pomaže kod taloženja i sono-kristalizacije?
Pigmenti ili nanočestice mogu se stvarati odozdo prema gore taloženjem u tekućinama. Insert MPC48 kombinira brze uske ubrizgane mlaznice sa snažnim ultrazvučnim kavitacijskim smicanjem, što maksimizira brzinu i učinak miješanja, stvarajući više i manje čestice. Budući da je brzina mnogih reakcija taloženja vrlo velika, kontroliranje miješanja prekursora/reagensa je bitno, a umetak pomaže u kontroli veličine i morfologije čestica/kristala.
Jesu li kanile potrošni materijal?
Da. 48 finih medicinskih kanila može se jednostavno zamijeniti i jeftini su potrošni materijal (sterilne, cca. 2 ct/kom). Ove su kanile standardni potrošni materijal i mogu se lako nabaviti lokalno. Prilagođeni dizajni za ubrizgavanje više od jedne faze kroz kanile dostupni su na zahtjev.
Kako postaviti protočnu ćeliju s InsertMPC48?
Koncept je jednostavan za uključiti u postojeće procese: faza dovoda A u ulazni otvor tekućine na dnu ćelije protoka, faza B ulaza u manje ulazne otvore za tekućinu sa strane (ubrizgana u kavitacijsko područje kroz 48 finih cijevi), te podešavanje tlaka reaktora pomoću ventila za povratni tlak na izlazu ćelije protoka.
Koje su opcije skaliranja i veličine opreme dostupne?
Hielscher nudi opremu za testiranje, verifikaciju i korištenje ove tehnologije na bilo kojoj skali, s linearnim povećanjem s laboratorijske do pilot i proizvodne razine. Na primjer, UIP1000hd (1 kW) može obrađivati 100–1.000 L/sat za demonstraciju i optimizaciju parametara; preporučeni uređaji se kreću od UIP1000hd/UIP2000hd do UIP4000 i UIP16000, s klasterima UIP10000 ili UIP16000 za protoke iznad 30 m³/sat.
Umetak ultrazvučne protočne ćelije MPC48 – Višefazni kavitator