Ultrazvučni protočni reaktori – konstrukcija, primjene i prednosti

Ultrazvučni reaktori omogućuju kontinuiranu obradu tekućina i suspenzija u liniji primjenom snažnih ultrazvučnih valova. Ultrazvučni reaktori upotrebljavaju se za homogenizaciju, miješanje, emulgiranje, dispergiranje, ekstrakciju, razaranje stanica, pasterizaciju, otplinjavanje, otapanje i intenziviranje kemijskih reakcija poput sinteze ili katalize. Pročitajte više o tehnologiji ultrazvučnih reaktora i o tome kako sonikacija može unaprijediti vaš proces!

Za što se upotrebljavaju protočne ćelije u procesima sonikacije?

Protočna ćelija, poznata i kao ćelija s protokom ili protočni reaktor, uređaj je koji se upotrebljava u različitim znanstvenim i inženjerskim primjenama kako bi omogućio kontinuirane protočne procese. Protočne ćelije često se upotrebljavaju u procesima sonikacije, posebno kada se veliki volumeni obrađuju ultrazvukom velike snage. Ultrazvučna protočna ćelija ili sonokemijski reaktor specijalizirana je komora ili ćelija konstruirana tako da omogućuje protjecanje tekućine ili suspenzija kroz nju tijekom sonikacije.

Protočne ćelije često se upotrebljavaju u područjima kao što su miješanje i homogenizacija, kemija, biologija, elektrokemija i biotehnologija. Nude nekoliko prednosti u odnosu na šaržne procese, uključujući ujednačeniju sonikaciju, bolju kontrolu, poboljšanu kinetiku reakcije, učinkovit prijenos tvari i mogućnost učinkovitog uključivanja procesa sonikacije u proizvodni proces u liniji.

Industrijski ultrazvučni homogenizator s reaktorom s protočnom ćelijom

MultiSonoReactor MSR-4 industrijski je reaktor za homogenizaciju u liniji namijenjen industrijskoj homogenizaciji tekućina pri velikim protocima.

Primjene ultrazvučnih protočnih ćelija i sonokemijskih reaktora

Ultrazvučni reaktori Hielscher mogu biti korisni za širok raspon kemijskih reakcija koje uključuju međufazne granice tekućina–krutina, tekućina–tekućina ili tekućina–plin. Neki primjeri reakcija koje se mogu poboljšati primjenom ultrazvučnih reaktora uključuju:

Homogenizacija emulzija: ultrazvučni reaktori mogu pomoći pri usitnjavanju i dispergiranju čestica u emulzijama, čime se dobivaju stabilniji i ujednačeniji proizvodi.
Kristalizacija: Izlaganje ultrazvuku može potaknuti kristalizaciju u otopinama, što dovodi do stvaranja malih i ujednačenih kristala visoke čistoće.
Otplinjavanje: Izlaganje ultrazvuku može se primijeniti za uklanjanje otopljenih plinova iz tekućina, čime se mogu poboljšati kvaliteta i stabilnost proizvoda.
Ekstrakcija: Ultrazvučni reaktori mogu povećati učinkovitost procesa ekstrakcije poticanjem difuzije otopljenih tvari kroz membrane ili preko međufaznih granica.
Polimerizacija: Izlaganje ultrazvuku može potaknuti inicijaciju i propagaciju reakcija polimerizacije, što dovodi do većih brzina reakcije i većih molekulskih masa.
Sinteza nanočestica: Ultrazvučni reaktori mogu se upotrebljavati za sintezu nanočestica kontrolirane veličine, oblika i površinskih svojstava.
Sonokataliza: Izlaganje ultrazvuku može povećati katalitičku aktivnost određenih materijala, što dovodi do većih brzina reakcije i poboljšane selektivnosti.

Ultrazvučni uređaj UIP6000hdT s ultrazvučnim reaktorom s protočnom ćelijom i zvučno izoliranim kućištem za industrijske procese s velikim protokom.

Industrijski sonikator UIP6000hdT s ultrazvučnim reaktorom s protočnom ćelijom i zvučno izoliranim kućištem.

Promjena boje izazvana kavitacijom uz sonikator UP400St

Napredna konstrukcija ultrazvučnih reaktora za vrhunske rezultate procesa

Kada je riječ o reaktorima za obradu tekućina u liniji, treba razmotriti nekoliko važnih čimbenika. Ultrazvučni reaktori Hielscher projektiraju se i proizvode. Ti čimbenici mogu varirati ovisno o specifičnoj primjeni i zahtjevima, no u nastavku su navedena neka relevantna razmatranja:

Konstrukcija reaktora: Konstrukcija samog reaktora jedan je od najutjecajnijih čimbenika za uspješnu ultrazvučnu obradu u liniji. Čimbenici poput veličine, geometrije, položaja sonotrode i materijala izrade moraju se uzeti u obzir kako bi se osigurala kompatibilnost s tekućinom koja se sonificira, kao i željeni reakcijski uvjeti (npr. intenzitet ultrazvuka, temperatura, tlak).

Miješanje i agitacija: Sonikacija omogućuje vrlo učinkovito mikromiješanje. Kod većih spremničkih reaktora dodatno miješanje i agitacija mogu biti korisni za postizanje dobrog makromiješanja. Miješalica s lopaticama ili impeler doprinosi optimalnom prijenosu tvari jer se sav materijal dovodi u zonu ultrazvučne kavitacije. Stoga konstrukcija reaktora Hielscher omogućuje ugradnju makromiješalica, poput impelera ili drugih miješalica.

Vrijeme zadržavanja: Vrijeme zadržavanja u sonokemijskom reaktoru, koje označava vrijeme koje tekućina provede unutar reaktora, ključan je parametar: to je vrijeme tijekom kojeg je materijal izložen ultrazvučnim vibracijama, kavitaciji i smičnim silama. Utječe na stupanj odvijanja reakcije i produktivnost procesa. Ultrazvučni reaktori Hielscher konstruirani su tako da omogućuju jednostavnu i pouzdanu kontrolu i prilagodbu željenog vremena zadržavanja uz održavanje odgovarajućeg protoka.

Kontrola temperature: Za mnoge materijale i reakcije nužna je precizna kontrola temperature. Stoga su ultrazvučni reaktori Hielscher opremljeni rješenjima za kontrolu i održavanje željene temperature. To se postiže različitim načinima, poput temperaturnog plašta ili vanjskih sustava grijanja/hlađenja.

Kontrola tlaka: Određeni tlačni uvjeti pogoduju nekim reakcijama. Općenito se učinci sonikacije pojačavaju pri povišenim tlakovima. Reaktor bi trebao moći sigurno i učinkovito raditi u željenom rasponu tlaka. Naravno, Hielscher za svoje ultrazvučne reaktore nudi mehanizme kontrole tlaka, poput ventila za rasterećenje tlaka ili regulatora tlaka.

Sigurnosna razmatranja: Jednostavno rukovanje i sigurnost od najveće su važnosti pri projektiranju reaktora. U skladu s industrijskim standardima i najvišim sigurnosnim zahtjevima, ultrazvučni reaktori Hielscher projektiraju se i upotrebljavaju uz odgovarajuće sigurnosne značajke, poput ventila za rasterećenje tlaka, sustava za nadzor tlaka i temperature, automatskog bilježenja podataka i, prema potrebi, mogućnosti propuhivanja inertnim plinom.

Mogućnost povećanja proizvodnog kapaciteta: Ako se u budućnosti očekuje povećanje potreba za obradom tekućina, važno je razmotriti mogućnost povećanja proizvodnog kapaciteta reaktora. Ultrazvučni reaktori Hielscher konstruirani su za jednostavno povećanje kapaciteta kako bi se prilagodili većim proizvodnim volumenima uz održavanje učinkovitosti procesa.

Održavanje i mogućnost čišćenja: Sonokemijski reaktori Hielscher vrlo su robusni i konstruirani za jednostavno održavanje, pregled i čišćenje. Glatke unutarnje površine, pristupačni spojevi koji se brzo uklanjaju, kao i dobra mogućnost pražnjenja te funkcija čišćenja na mjestu (CIP), pomažu svesti zastoje na najmanju moguću mjeru i osigurati odgovarajuću higijenu.

Kompatibilnost i otpornost na koroziju: Uzimajući u obzir kompatibilnost materijala reaktora s tekućinom koja se obrađuje, Hielscher nudi prilagođene sonokemijske reaktore. Kemijska kompatibilnost ključna je za sprječavanje korozije, kontaminacije ili neželjenih reakcija.

Nadzor i kontrola procesa: Uključivanje senzora tlaka i temperature, podesive brzine dovoda i protjecanja te pripadajućih nadzornih uređaja, kao i automatskog bilježenja podataka o uvjetima ultrazvučnog procesa, omogućuje dobivanje podataka o ključnim parametrima procesa u stvarnom vremenu. Ti podaci omogućuju najvišu razinu kontrole, optimizacije i standardizacije procesa.

Integracija s procesnom opremom: Ultrazvučni reaktori Hielscher mogu se jednostavno i praktično integrirati u cjelokupni sustav za obradu tekućina. Kompatibilnost i odgovarajući spojevi s opremom prije i poslije reaktora, poput pumpi, filtara, izmjenjivača topline i jedinica za prikupljanje/skladištenje proizvoda, mogu se jednostavno osigurati i naknadno prilagoditi promjenama u proizvodnoj liniji.

Ultrazvučni uređaj Hielscher UIP4000hdT za rad u liniji s protočnom ćelijom za procese homogenizacije i miješanja u liniji

Industrijski ultrazvučni homogenizator UIP4000hdT snage 4kW s protočnim reaktorom za miješanje i homogenizaciju u liniji

Sonikatori i sonokemijski reaktori za protočne procese u liniji

Hielscher Ultrasonics nudi sonikatore i ultrazvučne reaktore visokih performansi za obradu tekućina u bilo kojem opsegu.

Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – kvaliteta proizvedena u Njemačkoj

Sonikatori i sonokemijski reaktori Hielscher poznati su po najvišim standardima kvalitete i konstrukcije. Robusnost i jednostavno rukovanje omogućuju nesmetanu integraciju naših sonikatora i ultrazvučnih protočnih ćelija u industrijska postrojenja. Sonikatori Hielscher lako se nose s teškim uvjetima i zahtjevnim okruženjima.

Hielscher Ultrasonics tvrtka je certificirana prema ISO normama i poseban naglasak stavlja na ultrazvučne uređaje visokih performansi koji se odlikuju najsuvremenijom tehnologijom i jednostavnošću uporabe. Naravno, ultrazvučni uređaji Hielscher sukladni su zahtjevima za oznaku CE i zadovoljavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.

Tablica u nastavku daje pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Volumen šarže	Protok	Preporučeni uređaji
0,5 do 1,5mL	n.a.	VialTweeter
1 do 500mL	10 do 200mL/min	UP100H
10 do 2000mL	20 do 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 do 20L	0,2 do 4L/min	UIP2000hdT
10 do 100L	2 do 10L/min	UIP4000hdT
15 do 150L	3 do 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 do 100L/min	UIP16000
n.a.	veći	skupina uređaja UIP16000

Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!

Ultrazvučni homogenizatori s visokim smicanjem upotrebljavaju se za laboratorijsku, stolnu, pilotnu i industrijsku obradu.

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za primjene miješanja, dispergiranja, emulgiranja i ekstrakcije u laboratorijskom, pilotnom i industrijskom mjerilu.

Povezane teme

Literatura / Reference

Barrera-Salgado, Karen; Ramírez-Robledo, Gabriela; Alvarez-Gallegos, Alberto; Arellano, Carlos; Sierra, Fernando; Perez, J. A.; Silva Martínez, Susana (2016): Fenton Process Coupled to Ultrasound and UV Light Irradiation for the Oxidation of a Model Pollutant. Journal of Chemistry, 2016. 1-7.
Han N.S., Basri M., Abd Rahman M.B. Abd Rahman R.N., Salleh A.B., Ismail Z. (2012): Preparation of emulsions by rotor-stator homogenizer and ultrasonic cavitation for the cosmeceutical industry. Journal of Cosmetic Science Sep-Oct; 63(5), 2012. 333-44.
Antonia Tamborrino, Agnese Taticchi, Roberto Romaniello, Claudio Perone, Sonia Esposto, Alessandro Leone, Maurizio Servili (2021): Assessment of the olive oil extraction plant layout implementing a high-power ultrasound machine. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 73, 2021.

Ultrazvučna tehnologija visokih performansi! Asortiman proizvoda Hielscher obuhvaća cijeli spektar, od kompaktnog laboratorijskog ultrazvučnog uređaja preko stolnih jedinica do potpuno industrijskih ultrazvučnih sustava.

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorijskih do industrijskih veličina.