MultiPhaseCavitator – MPC48 behelyezése az ultrahangos áramlási cellába
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.
Ez a betét különösen hasznos az emulziós kémiában, például a fázistranszfer-reakciókban, Fázistranszfer-katalízis (PTC) vagy folyadék-folyadék extrakció. Egy másik érdekes alkalmazási terület a részecskék kicsapódása két folyékony prekurzorból vagy sono-kristályosodásból. Ez a betét Hielscher áramlási cellás reaktorokhoz készült, és lehetővé teszi a kötegelt vagy folyamatos feldolgozást.
Egy és 48 befecskendező port
Az ultrahangos kezelés hatékony eszköz az emulgeáláshoz és a keveréshez. A hagyományos beállítástól eltérően, ahol a különálló fázisokat kombinálják, mielőtt belépnek az áramlási cellába és a kavitációba, ez az áramlási cella betét javítja a két fázis kombinációját. Amikor folyadékot fecskendeznek át a 48 finom kanülön, nagyon keskeny szálakban jut be az áramlási cellába. A betét nagyon 48 finom orvosi kanült használ, amelyek belső átmérője 0,3 mm-től 1,2 mm-ig terjed. Ezek a kanülök könnyen cserélhetők és olcsó fogyóeszközök (steril, kb. 2 ct / db). Az ultrahangos kavitáció (20kHz-en) a 48 bejövő folyadékszálat kis cseppekre vágja, amikor belépnek a folyadékfázisba az áramlási cellában.
A kialakítás ugyanazt a betáplálási nyomást alkalmazza egy ellátásból mind a 48 kanülbe, hogy kiegyenlítse a kanülök közötti áramlást.
48 belépési nyílás az ultrahangos reaktorba folyadék-folyadék reakciókhoz
Injekció ultrahangos többfázisú kavitatorba
BeszúrásMPC48 – 48 finom kanül végződik a kavitációs zónában
Ultrahangos áramlási cellás reaktor FC100L1K-1S InsertMPC48
Felhasználások és alkalmazások
A Hielscher ultrahangos reaktorokat gyakran használják emulgeálásra, a fázisátviteli folyamat kinetikájának javítására vagy a folyadék-folyadék fázisú rendszerek oldódási sebességére. Ilyen eljárások például az oxidatív kéntelenítés hidrogén-peroxiddal és az azt követő oldószeres extrakció vagy a trigliceridek bázis-katalizált átészterezése.
Az egyik reagensfázis korlátozott oldhatósága egy másik reagensfázisban jelentős probléma a folyamatemulziós kémiában, mivel mindkét fázis csak az interfázisban reagál egymással. Ultrahang nélkül ez alacsony reakciósebességet és lassú konverziós kinetikát eredményez kétfázisú rendszerekben.
Az ultrahangos reaktorral ellátott betét segítségével a kavitáció nagy hidraulikus nyírást eredményez, és megszakítja a befecskendezett fázist szubmikron és nanoméretű cseppekké. Mivel a fázishatár fajlagos felülete befolyásolja a kémiai reakciósebességet, a cseppátmérő jelentős csökkenése javítja a reakciókinetikát, és csökkentheti vagy megszüntetheti a fázisátadó anyagok szükségességét. Az injektált fázis térfogatszázaléka csökkenthető, mivel a finomabb emulzióknak kevesebb térfogatra van szükségük ahhoz, hogy ugyanazt az érintkezési felületet biztosítsák a másik reagensfázissal.
Ennek az inszertnek a használata csökkentheti az amfifil emulziós katalizátorok szükséges mennyiségét, vagy fázisátviteli katalizátorok (PTC), például a kvaterner ammóniumsók, amelyek egyedülálló képességük vizes és szerves folyadékokban egyaránt oldódik.
Továbbfejlesztett tömegátadás kémiai reakciókhoz
Amikor két reagensfázis reagál egy fázishatáron, a reakciótermékek felhalmozódnak a cseppek felületén, és megakadályozzák a reagensfázisok kölcsönhatását a határfelületen. Az ultrahangos kavitáció által okozott hidraulikus nyírás turbulens áramlást és anyagszállítást eredményez a cseppek felületéről és a cseppek felületére, és ismételt összeolvadáshoz és új cseppek képződéséhez vezet. Ahogy a reakció idővel előrehalad, az ultrahangos kezelés maximalizálja a reagensek expozícióját és kölcsönhatását.
Ezt a hatást számos folyamatban használják, mint például a növényi olajok biodízellé történő átészterezése vagy a poliészterek szintézise a diészterek diolokkal történő átészterezésével makromolekulák előállításához.
Emulgeálás / emulgeálás
Ez az áramlási cella betét javítja az emulgeálást nem elegyedő folyadékok keverésekor. Ez kisebb cseppmérethez és szűkebb méreteloszláshoz vezet – Az emulzió stabilitásának kulcsfontosságú tényezője. Ezzel a kialakítással alacsony és közepes viszkozitású folyadékokat injektálhat és emulgeálhat még nagy viszkozitású folyadékokba is, például nehéz fűtőolajokba (HFO), polimerekbe vagy gélekbe. Egyes készítmények emulgeálószerek vagy stabilizátorok hozzáadását igényelhetik. Ebben az esetben segít az emulgeálószer egyenletes keverésében. Testreszabott kialakítások egynél több fázis befecskendezéséhez, bár a kanülök kérésre rendelkezésre állnak.
folyadék-folyadék extrakció
Ez a betét fokozza a folyadék-folyadék extrakciós folyamatokat azáltal, hogy finom méretű turbulens emulziót hoz létre, például oldószeres fázisban olajfázisban. Ez ismét növeli a fázissal érintkező felületet, és jobb extrakciót és csökkentett oldószerhasználatot eredményez.
Aqua-üzemanyagok a tisztább égésért
Az alacsony minőségű fűtőolajok, például a tengeri hajókon vagy energiatermelésre használt nehéz fűtőolaj vízzel emulgeálhatók. Ez hatékonyabb égést és az NO jelentős csökkenését eredményezix kibocsátás és korom.
További információ az aqua-üzemanyagok ultrahangos emulgeálásáról (emulzió-üzemanyagok)!
Csapadék / Sono-kristályosodás
A pigmentek vagy nanorészecskék alulról felfelé keletkezhetnek folyadékokban történő kicsapással. Ebben az esetben a túltelített keverék szilárd részecskéket vagy kristályokat képez az erősen koncentrált anyagból. Ezek a részecskék egy bizonyos pontra nőnek, és végül kicsapódnak. A részecske/kristály méretének és morfológiájának szabályozásához elengedhetetlen a prekurzor/reagens keveredés szabályozása.
Általában a csapadékfolyamat magában foglalja: keverést, túltelítettséget, nukleációt, részecskenövekedést és agglomerációt. Ez utóbbit alacsony szilárd koncentrációval vagy stabilizálószerekkel kerülik el. A keverés kritikus; A legtöbb csapadékfolyamat esetében a reakció sebessége nagyon magas. Az InsertMPC48 egyesíti a gyors, keskeny befecskendezésű fúvókákat az erős ultrahangos kavitációs nyíróval. Ez maximalizálja a keverési sebességet és teljesítményt, több és kisebb részecskét hozva létre.
Fe3O4 (magnetit) részecskék részecskeméret-eloszlása folyamatos ultrahangos kicsapódási reakcióban keletkezik (Banert et al., 2004).
A laboratóriumi teszteléstől a kísérleti méretezésig és a gyártásig
A Hielscher Ultrasonics berendezéseket kínál a technológia tesztelésére, ellenőrzésére és felhasználására bármilyen méretben. A koncepció könnyen beépíthető a meglévő folyamatokba.
- Az A fázist az áramlási cella alján lévő folyadékbevezető nyílásba kell táplálni
- A B fázist az áramlási cella oldalán lévő kisebb folyadékbeviteli csatlakozó(k)ba kell táplálni. Ezt a takarmányt 48 finom csövön keresztül injektáljuk a kavitációs területre
- Állítsa be a reaktornyomást egy ellennyomásos szeleppel az áramlási cella kimeneti nyílásánál
Asztali kivitelben az 1 kW-os UIP1000hdT ultrahangos készülék 100–1000 l/óra (25–250 gal/óra) áramlási sebességeket képes feldolgozni a folyamat bemutatásához és az ultrahangos kezelés paramétereinek optimalizálásához. A Hielscher ultrahangos feldolgozó berendezéseit úgy tervezték, hogy lineárisan skálázhatók legyenek nagyobb feldolgozási térfogatokra kísérleti vagy gyártási méretben. Az alábbi táblázat felsorolja a feldolgozási térfogatokat és az ajánlott berendezésméreteket.
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 0.2L | 0.25 és 2m között3/Hr | UIP1000hdt, UIP2000hdT |
| 0.2L | 1–8 m3/Hr | UIP4000hdt |
| n.a. | 4 és 30 m között3/Hr | UIP16000hdT |
| n.a. | 30m felett3/Hr | klaszter UIP10000 vagy UIP16000hdT |
Gyakran feltett kérdések a MultiPhaseCavitatorról – MPC48 ultrahangos áramlási cella betét
Mi az a MultiPhaseCavitator betét (MPC48 áramlási cella-betét)?
A MultiPhaseCavitator betét (InsertMPC48) egy áramlási cellabetét, amelyet a folyadék–folyadék vagy folyadék–gáz keverékek ultrahangos feldolgozásának javítására terveztek. 48 darab rendkívül finom kanül segítségével folyadékot vagy gázt juttat a folyadékfázisba közvetlenül a kavitációs zónában, így nagy fajlagos felületű, rendkívül apró szuszpendált cseppeket vagy gázbuborékokat hoz létre.
Mit jelent az MPC48?
Az MPC a MultiPhaseCavitator rövidítése. A 48-as szám azt jelzi, hogy a betét 48 kanüllel rendelkezik befecskendezési pontként. Kérésre az áramlási cellabetét több vagy kevesebb kanüllel is felszerelhető.
Hogyan működik az MPC48 áramlási cellabetét?
Amikor egy folyadékot a 48 vékony orvosi kanülön (belső átmérőjük 0,3 mm és 1,2 mm között) keresztül befecskendeznek, az nagyon keskeny szálakban jut be az áramlási cellába. A 20 kHz-es ultrahangos kavitáció a beáramló szálakat apró cseppekre vágja, amint azok a folyadékfázisba kerülnek. A kialakítás egy azonos tápnyomást biztosít az egyik tápforrásból mind a 48 kanül számára, hogy kiegyenlítse az áramlást közöttük.
Milyen alkalmazásokhoz alkalmas leginkább a MultiPhaseCavitator betét?
Különösen hasznos az emulziós kémia területén, például fázisátviteli reakciók, fázisátviteli katalízis (PTC) és folyadék-folyadék extrakció esetén. Emellett kiválóan alkalmas részecskék kicsapására két folyékony prekurzorból, valamint ultrahangos kristályosításra is. A betétet a Hielscher áramlási cellás reaktorokhoz tervezték, és lehetővé teszi a szakaszos vagy folyamatos feldolgozást.
Hogyan javítja az MPC48 betét a fázisátviteli reakciókat?
Mivel az egyik reagensfázis korlátozott oldhatósága a másikban a reakciót a fázishatárra korlátozza, a kétfázisú rendszerekben ultrahang alkalmazása nélkül gyakran alacsony a reakciósebesség. A betét segítségével a kavitáció nagy hidraulikus nyíróerőt hoz létre, és a befecskendezett fázist szubmikronos és nanoméretű cseppekre bontja. A cseppátmérő e jelentős csökkenése javítja a reakciókinetikát, és csökkentheti vagy akár teljesen kiküszöbölheti a fázisátviteli anyagok szükségességét.
Csökkentheti-e a betét a szükséges katalizátor mennyiségét?
Igen. A betét segítségével csökkenthető az amfifil emulziós katalizátorok vagy a fázisátviteli katalizátorok (PTC) – például a kvaterner ammóniumsók – szükséges mennyisége, mivel a finomabb emulzióknak kevesebb térfogatra van szükségük ahhoz, hogy ugyanolyan érintkezési felületet biztosítsanak a másik reagensfázissal.
Hogyan javítja az anyagátadást a kémiai reakciók során?
A reakciótermékek felhalmozódhatnak a cseppek felületén, és megakadályozhatják a reagensek kölcsönhatását a fázishatáron. Az ultrahangos kavitációból származó hidraulikus nyíróerő turbulens áramlást és anyagszállítást idéz elő a cseppek felülete felé és onnan vissza, ami ismételt összeolvadáshoz és új cseppek kialakulásához vezet. Idővel az ultrahangkezelés maximalizálja a reagensek expozícióját és kölcsönhatását. – olyan folyamatokban használják, mint például a növényi olajok biodízelré történő transzesterifikációja vagy a poliészterek szintézise.
Hatékony-e ez a betét folyadék–folyadék extrakcióhoz?
Igen. A betét finomszemcsés, turbulens emulziót hoz létre – például oldószerfázist olajfázisban –, ezzel elősegítve a folyadék–folyadék extrakciót. Ez növeli a fázisok közötti érintkezési felületet, és így jobb extrakciót eredményez kevesebb oldószer felhasználásával.
Használható-e vízalapú üzemanyagokhoz?
Igen. Az alacsony minőségű fűtőolajok, például a hajókban vagy az áramtermelésben használt nehéz fűtőolaj, vízzel emulgeálhatók. Ez hatékonyabb égést eredményez, valamint jelentősen csökkenti a NOx-kibocsátást és a koromképződést.
Fedezze fel a vízalapú üzemanyagok ultrahangos emulgeálásának előnyeit!
Hogyan segíti elő a betét a kicsapódást és a szonokristályosodást?
A pigmentek vagy a nanorészecskék folyadékokban végbemenő kicsapódás útján, „alulról felfelé” állíthatók elő. Az MPC48 betét a gyors, keskeny befecskendezett sugárokat erős ultrahangos kavitációs nyíróerővel kombinálja, ami maximalizálja a keverési sebességet és a teljesítményt, így több és kisebb részecskék keletkeznek. Mivel sok kicsapódási reakció sebessége nagyon magas, elengedhetetlen a prekurzorok és reagensok keverésének szabályozása, és a betét segít szabályozni a részecskék és kristályok méretét és morfológiáját.
A kanülök fogyóeszközök?
Igen. A 48 darab finom orvosi kanül könnyen cserélhető, és olcsó fogyóeszköz (steril, kb. 2 ct/db). Ezek a kanülök szabványos fogyóeszközök, és helyben is könnyen beszerezhetők. Kérésre egyedi kivitelű kanülök is rendelkezésre állnak, amelyekkel egynél több fázis is befecskendezhető.
Hogyan kell beállítani az áramlási cellát az InsertMPC48-cal? A koncepció könnyen beépíthető a meglévő folyamatokba: az A fázist az áramlási cella alján található folyadékbevezető nyílásba kell vezetni, a B fázist pedig az oldalán található kisebb folyadékbevezető nyílás(ok)ba (amelyeket a 48 vékony csövön keresztül a kavitációs területbe juttatnak), majd az áramlási cella kimeneti nyílásánál található ellennyomás-szelep segítségével kell beállítani a reaktor nyomását.
Milyen bővítési lehetőségek és berendezésméretek állnak rendelkezésre?
A Hielscher olyan berendezéseket kínál, amelyekkel ez a technológia bármilyen méretarányban tesztelhető, ellenőrizhető és alkalmazható, az asztali mérettől a kísérleti és gyártási méretig történő lineáris méretnöveléssel. Például egy UIP1000hd (1 kW) berendezés 100–1 000 l/óra teljesítményre képes bemutató célokra és a paraméterek optimalizálására; az ajánlott készülékek az UIP1000hd/UIP2000hd-től az UIP4000-ig és az UIP16000-ig terjednek, 30 m³/óra feletti áramlási sebességek esetén pedig UIP10000 vagy UIP16000 készülékekből álló klaszterek használhatók.
MPC48 ultrahangos áramlási cella betét – MultiPhaseCavitator