Ultrahangos átfolyó reaktorok – tervezés, alkalmazások és előnyök

Az ultrahangos reaktorok nagy teljesítményű ultrahanghullámok alkalmazásával lehetővé teszik a folyadékok és szuszpenziók folyamatos, gyártósorba épített kezelését. Az ultrahangos reaktorokat homogenizálásra, keverésre, emulgeálásra, diszpergálásra, extrakcióra, sejtfeltárásra, pasztőrözésre, gáztalanításra, oldásra, valamint kémiai reakciók, például szintézis vagy katalízis intenzifikálására használják. Tudjon meg többet az ultrahangos reaktortechnológiáról és arról, hogyan válhat az ultrahangos kezelés a folyamata előnyére!

Mire használják az átfolyó cellákat az ultrahangos kezelési folyamatokban?

Az átfolyó cella, más néven átáramlásos cella vagy átfolyó reaktor, különféle tudományos és mérnöki alkalmazásokban használt eszköz, amely folyamatos áramlású folyamatokat tesz lehetővé. Az átfolyó cellákat gyakran használják ultrahangos kezelési folyamatokban, különösen akkor, amikor nagy térfogatokat kezelnek nagy teljesítményű ultrahanggal. Az ultrahangos átfolyó cella vagy szonokémiai reaktor olyan speciális kamra vagy cella, amelyet úgy terveztek, hogy a folyadék vagy szuszpenzió átáramolhasson rajta, miközben ultrahangos kezelésben részesül.

Az átfolyó cellákat gyakran használják olyan területeken, mint a keverés és homogenizálás, a kémia, a biológia, az elektrokémia és a biotechnológia. A szakaszos folyamatokkal szemben számos előnyt kínálnak, többek között egyenletesebb ultrahangos kezelést, jobb szabályozhatóságot, kedvezőbb reakciókinetikát, hatékony anyagátadást, valamint az ultrahangos kezelés hatékony integrálását a gyártósorba épített termelési folyamatba.

Ipari ultrahangos homogenizátor átfolyó cellás reaktorral

A MultiSonoReactor MSR-4 egy ipari, gyártósorba építhető homogenizáló reaktor, amely folyadékok nagy áteresztőképességű ipari homogenizálására szolgál.

Az ultrahangos átfolyó cellák és szonokémiai reaktorok alkalmazásai

A Hielscher ultrahangos reaktorai számos olyan kémiai reakcióhoz lehetnek hasznosak, amelyek folyadék–szilárd, folyadék–folyadék vagy folyadék–gáz fázishatárokat érintenek. Az ultrahangos reaktorokkal intenzifikálható reakciók néhány példája:

Emulziók homogenizálása: Az ultrahangos reaktorok segíthetnek az emulziókban lévő részecskék aprításában és diszpergálásában, ami stabilabb és egyenletesebb termékeket eredményez.
Kristályosítás: Az ultrahangos besugárzás kristályosodást idézhet elő oldatokban, ami kis méretű, egyenletes és nagy tisztaságú kristályok képződéséhez vezet.
Gáztalanítás: Az ultrahangos besugárzás felhasználható az oldott gázok folyadékokból történő eltávolítására, ami javíthatja a termékek minőségét és stabilitását.
Extrakció: Az ultrahangos reaktorok növelhetik az extrakciós folyamatok hatékonyságát azáltal, hogy elősegítik az oldott anyagok membránokon vagy fázishatárokon keresztüli diffúzióját.
Polimerizáció: Az ultrahangos besugárzás elősegítheti a polimerizációs reakciók iniciálását és láncnövekedését, ami nagyobb reakciósebességet és nagyobb molekulatömeget eredményez.
Nanorészecskék szintézise: Az ultrahangos reaktorok szabályozott méretű, alakú és felületi tulajdonságú nanorészecskék szintézisére használhatók.
Szonokatalízis: Az ultrahangos besugárzás fokozhatja bizonyos anyagok katalitikus aktivitását, ami nagyobb reakciósebességet és jobb szelektivitást eredményez.

UIP6000hdT ultrahangos kezelőberendezés ultrahangos átfolyó cellás reaktorral és hangszigetelő szekrénnyel nagy áteresztőképességű ipari folyamatokhoz.

Az UIP6000hdT ipari ultrahangos kezelőberendezés ultrahangos átfolyó cellás reaktorral és hangszigetelő szekrénnyel.

Kavitáció okozta színváltozás az UP400St ultrahangos készülékkel

Kifinomult ultrahangos reaktorkialakítás a kiválóbb folyamateredményekért

A folyadékfeldolgozáshoz használt, gyártósorba épített reaktorok esetében több fontos tényezőt is figyelembe kell venni. A Hielscher ultrahangos reaktorait megtervezik és legyártják. Ezek a tényezők az adott alkalmazástól és követelményektől függően változhatnak, de az alábbiakban néhány lényeges szempontot ismertetünk:

Reaktorkialakítás: Magának a reaktornak a kialakítása az egyik legnagyobb hatású tényező a sikeres, gyártósorba épített ultrahangos feldolgozás szempontjából. Az olyan tényezőket, mint a méret, a geometria, a szonotróda helyzete és a szerkezeti anyag, figyelembe kell venni az ultrahanggal kezelt folyadékkal való kompatibilitás, valamint a kívánt reakciókörülmények (például ultrahang-intenzitás, hőmérséklet, nyomás) biztosítása érdekében.

Keverés és átkeverés: Az ultrahangos kezelés rendkívül hatékony mikrokeverést biztosít. Nagyobb tartályreaktorok esetében további keverés és átkeverés lehet előnyös a jó makrokeverés eléréséhez. A lapátos keverő vagy keverőkerék hozzájárul az optimális anyagátadáshoz, mivel a teljes anyagmennyiséget az ultrahangos kavitációs zónába mozgatja. Ezért a Hielscher reaktorainak kialakítása lehetővé teszi makrokeverők, például keverőkerekek vagy keverőberendezések beépítését.

Tartózkodási idő: A szonokémiai reaktorban töltött tartózkodási idő, amely azt az időt jelenti, amíg a folyadék a reaktorban van, kritikus paraméter: ez az az idő, amely alatt az anyag ultrahangos rezgésnek, kavitációnak és nyíróerőknek van kitéve. Befolyásolja a reakció előrehaladásának mértékét és a folyamat termelékenységét. A Hielscher ultrahangos reaktorait úgy tervezték, hogy a kívánt tartózkodási idő könnyen és megbízhatóan szabályozható és beállítható legyen, miközben megfelelő térfogatáramot tartanak fenn.

Hőmérséklet-szabályozás: Számos anyag és reakció esetében elengedhetetlen a pontos hőmérséklet-szabályozás. Ezért a Hielscher ultrahangos reaktorai rendelkeznek a kívánt hőmérséklet szabályozásához és fenntartásához szükséges megoldásokkal. Ezt különféle eszközökkel, például köpenyezéssel vagy külső fűtési/hűtési rendszerekkel érik el.

Nyomásszabályozás: Egyes reakcióknak kedveznek a meghatározott nyomásviszonyok. Általában az ultrahangos kezelés hatásai fokozódnak nagyobb nyomáson. A reaktornak képesnek kell lennie a kívánt nyomástartomány biztonságos és hatékony kezelésére. A Hielscher természetesen nyomásszabályozási megoldásokat, például nyomáshatároló szelepeket vagy nyomásszabályozókat kínál ultrahangos reaktoraihoz.

Biztonsági szempontok: Az egyszerű működtetés és a biztonság kiemelkedően fontos a reaktortervezésben. Az ipari szabványoknak és a legmagasabb szintű biztonsági szempontoknak megfelelően a Hielscher ultrahangos reaktorait megfelelő biztonsági funkciókkal tervezik és üzemeltetik, például nyomáshatároló szelepekkel, nyomás- és hőmérséklet-felügyeleti rendszerekkel, automatikus adatrögzítéssel, valamint szükség esetén inert gázzal történő átöblítési lehetőséggel.

Méretnövelési lehetőségek: Ha a folyadékfeldolgozási igények várhatóan növekedni fognak a jövőben, fontos figyelembe venni a reaktor méretnövelési lehetőségeit. A Hielscher ultrahangos reaktorait úgy tervezték, hogy méretük könnyen növelhető legyen a nagyobb termelési mennyiségek kiszolgálására, a folyamat hatékonyságának fenntartása mellett.

Karbantartás és tisztíthatóság: A Hielscher szonokémiai reaktorai nagyon robusztusak, és könnyű karbantartásra, ellenőrzésre és tisztításra tervezték őket. A sima belső felületek, a hozzáférhető és gyorsan eltávolítható csatlakozások, valamint a jó leüríthetőség és a helyben történő tisztítási (CIP) funkció segít minimalizálni az állásidőt és biztosítani a megfelelő higiéniát.

Kompatibilitás és korrózióállóság: A reaktor anyagainak a feldolgozott folyadékkal való kompatibilitását figyelembe véve a Hielscher egyedi igényekre szabott szonokémiai reaktorokat kínál. A kémiai kompatibilitás döntő fontosságú a korrózió, a szennyeződés vagy a nem kívánt reakciók megelőzésében.

Folyamatfelügyelet és -szabályozás: A nyomás- és hőmérséklet-érzékelők, az állítható adagolás és átáramlási sebesség, valamint a kapcsolódó felügyeleti eszközök beépítése, továbbá az ultrahangos folyamat körülményeinek automatikus adatrögzítése valós idejű adatokat szolgáltat a kritikus folyamatparaméterekről. Ezek az információk a legmagasabb szintű folyamatszabályozást, optimalizálást és szabványosítást teszik lehetővé.

Integrálás a folyamat berendezéseivel: A Hielscher ultrahangos reaktorai egyszerűen és kényelmesen integrálhatók a teljes folyadékfeldolgozó rendszerbe. A folyamat korábbi és későbbi szakaszaiban található berendezésekkel, például szivattyúkkal, szűrőkkel, hőcserélőkkel és termékgyűjtő/tároló egységekkel való kompatibilitás és megfelelő csatlakozás könnyen megvalósítható, majd később a gyártósor változásaihoz igazítható.

Hielscher UIP4000hdT gyártósorba építhető ultrahangos kezelőberendezés átfolyó cellával, gyártósorba épített homogenizálási és keverési folyamatokhoz

UIP4000hdT ipari 4kW ultrahangos homogenizátor átfolyó reaktorral a gyártósorba épített keveréshez és homogenizáláshoz

Ultrahangos kezelőberendezések és szonokémiai reaktorok gyártósorba épített, folyamatos áramlású folyamatokhoz

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos kezelőberendezéseket és ultrahangos reaktorokat kínál bármilyen méretű folyadékfeldolgozáshoz.

Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban készült minőség

A Hielscher ultrahangos kezelőberendezései és szonokémiai reaktorai a legmagasabb minőségi és tervezési követelményeikről ismertek. Robusztusságuk és egyszerű működtetésük lehetővé teszi ultrahangos kezelőberendezéseink és ultrahangos átfolyó celláink zökkenőmentes integrálását az ipari létesítményekbe. A Hielscher ultrahangos kezelőberendezései könnyedén megbirkóznak a zord körülményekkel és az igényes környezetekkel.

A Hielscher Ultrasonics ISO-tanúsítvánnyal rendelkező vállalat, amely különös hangsúlyt helyez a korszerű technológiával és felhasználóbarát működéssel rendelkező, nagy teljesítményű ultrahangos kezelőberendezésekre. A Hielscher ultrahangos kezelőberendezései természetesen megfelelnek a CE előírásainak, és teljesítik az UL, CSA és RoHs követelményeit.

Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos kezelőberendezéseink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:

Adagtérfogat	Térfogatáram	Ajánlott készülékek
0,5–1,5mL	n.a.	VialTweeter
1–500mL	10–200mL/min	UP100H
10–2000mL	20–400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1–20L	0,2–4L/min	UIP2000hdT
10–100L	2–10L/min	UIP4000hdT
15–150L	3–15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10–100L/min	UIP16000
n.a.	nagyobb	berendezéscsoport a következő típusból: UIP16000

Lépjen kapcsolatba velünk! / Kérdezzen tőlünk!

A nagy nyíróhatású ultrahangos homogenizátorokat laboratóriumi, asztali, kísérleti üzemi és ipari feldolgozásban használják.

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt keverési alkalmazásokhoz, diszpergáláshoz, emulgeáláshoz és extrakcióhoz laboratóriumi, kísérleti üzemi és ipari méretekben.

Kapcsolódó témák

Szakirodalom / Hivatkozások

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.

Nagy teljesítményű ultrahangtechnológia! A Hielscher termékkínálata a teljes spektrumot lefedi a kompakt laboratóriumi ultrahangos kezelőberendezéstől az asztali egységeken át a teljes ipari méretű ultrahangos rendszerekig.

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt a laboratóriumi mérettől az ipari méretig.