MultiPhaseCavitator – Insert MPC48 ներդիր ուլտրաձայնային հոսքային բջջի համար
MultiPhaseCavitator ներդիրը (Insert MPC48) նախատեսված է հեղուկ/հեղուկ կամ հեղուկ/գազ խառնուրդների ուլտրաձայնային մշակումը բարելավելու համար։ 48 շատ բարակ կանյուլաները հեղուկ կամ գազ են ներարկում հեղուկ ֆազի մեջ՝ անմիջապես կավիտացիայի գոտում։ Այսպիսով առաջանում են շատ փոքր կախված կաթիլներ կամ գազային պղպջակներ՝ ապահովելով շատ մեծ տեսակարար մակերես։
Այս ներդիրը հատկապես օգտակար է էմուլսիոն քիմիայում, օրինակ՝ միջֆազային փոխանցման ռեակցիաների, միջֆազային փոխանցման կատալիզի (PTC) կամ հեղուկ–հեղուկ էքստրակցիայի համար։ Կիրառման մեկ այլ հետաքրքիր ոլորտ է երկու հեղուկ նախանյութերից մասնիկների նստեցումը կամ ուլտրաձայնային բյուրեղացումը։ Այս ներդիրը նախատեսված է Hielscher հոսքային բջջային ռեակտորների համար և թույլ է տալիս իրականացնել խմբաքանակային կամ շարունակական մշակում։
Մեկ և 48 ներարկման մուտքեր
Ուլտրաձայնային մշակումը էմուլգացման և խառնման արդյունավետ միջոց է։ Ի տարբերություն սովորական կառուցվածքի, որտեղ առանձին ֆազերը միավորվում են նախքան հոսքային բջիջ և կավիտացիայի գոտի մտնելը, հոսքային բջջի այս ներդիրը բարելավում է երկու ֆազերի միավորումը։ Երբ հեղուկը ներարկվում է 48 բարակ կանյուլաների միջով, այն հոսքային բջիջ է մտնում շատ նեղ շիթերով։ Ներդիրում օգտագործվում են 48 շատ բարակ բժշկական կանյուլաներ՝ 0,3mm-ից մինչև 1,2mm ներքին տրամագծերով։ Այս կանյուլաները հեշտությամբ փոխարինվում են և ցածրարժեք սպառանյութ են (ստերիլ, մոտավորապես 2ct/pc)։ Ուլտրաձայնային կավիտացիան (20kHz հաճախականությամբ) մուտք գործող հեղուկի 48 շիթերը բաժանում է փոքր կաթիլների, երբ դրանք մտնում են հոսքային բջջի հեղուկ ֆազի մեջ։
Կառուցվածքն ապահովում է մեկ սնուցման աղբյուրից մատակարարման նույն ճնշումը բոլոր 48 կանյուլաներին՝ դրանցով անցնող հոսքերը հավասարեցնելու համար։
Հեղուկ–հեղուկ ռեակցիաների համար ուլտրաձայնային ռեակտորի 48 մուտքեր
Ներարկում ուլտրաձայնային multiphasecavitator-ի մեջ
InsertMPC48 – 48 բարակ կանյուլաների ծայրերը գտնվում են կավիտացիայի գոտում
Ուլտրաձայնային հոսքային բջջային ռեակտոր FC100L1K-1S՝ InsertMPC48 ներդիրով
Օգտագործում և կիրառություններ
Hielscher ուլտրաձայնային ռեակտորները հաճախ օգտագործվում են էմուլգացման, հեղուկ–հեղուկ ֆազային համակարգերում միջֆազային փոխանցման գործընթացների կինետիկայի բարելավման կամ լուծման արագությունների բարձրացման համար։ Նման գործընթացների օրինակներ են ջրածնի պերօքսիդով օքսիդատիվ ծծմբազերծումը և դրան հաջորդող լուծիչով էքստրակցիան կամ տրիգլիցերիդների՝ հիմքով կատալիզվող տրանսէսթերիֆիկացումը։
Մի ռեագենտային ֆազի սահմանափակ լուծելիությունը մյուս ռեագենտային ֆազում էմուլսիոն քիմիայի գործընթացներում էական խնդիր է, քանի որ երկու ֆազերը միմյանց հետ փոխազդում են միայն միջֆազային սահմանին։ Առանց ուլտրաձայնի սա երկֆազ համակարգերում հանգեցնում է ռեակցիայի ցածր արագությունների և փոխակերպման դանդաղ կինետիկայի։
Երբ ներդիրն օգտագործվում է ուլտրաձայնային ռեակտորի հետ, կավիտացիան առաջացնում է ուժեղ հիդրավլիկ սահք և ներարկվող ֆազը բաժանում ենթամիկրոնային ու նանոչափ կաթիլների։ Քանի որ ֆազերի սահմանի տեսակարար մակերեսն ազդում է քիմիական ռեակցիայի արագության վրա, կաթիլների տրամագծի այս զգալի նվազումը բարելավում է ռեակցիայի կինետիկան և կարող է նվազեցնել կամ վերացնել միջֆազային փոխանցման նյութերի անհրաժեշտությունը։ Ներարկվող ֆազի ծավալային տոկոսը կարող է նվազեցվել, քանի որ ավելի մանր կաթիլներով էմուլսիաների դեպքում ավելի փոքր ծավալ է անհրաժեշտ՝ մյուս ռեագենտային ֆազի հետ նույն շփման մակերեսն ապահովելու համար։
Այս ներդիրի օգտագործումը կարող է նվազեցնել ամֆիֆիլ էմուլսիոն կատալիզատորների կամ միջֆազային փոխանցման կատալիզատորների (PTC) պահանջվող քանակը. այդպիսիք են, օրինակ, չորրորդային ամոնիումային աղերը՝ ինչպես ջրային, այնպես էլ օրգանական հեղուկներում լուծվելու իրենց եզակի ունակությամբ։
Բարելավված զանգվածափոխանակություն քիմիական ռեակցիաների համար
Երբ երկու ռեագենտային փուլեր արձագանքում են փուլերի բաժանման սահմանին, ռեակցիայի արգասիքները կուտակվում են կաթիլի մակերևույթին և խոչընդոտում ռեագենտային փուլերի փոխազդեցությանը բաժանման մակերևույթում։ Ուլտրաձայնային կավիտացիայի առաջացրած հիդրավլիկ սահքը հանգեցնում է տուրբուլենտ հոսքի և նյութի տեղափոխման՝ կաթիլների մակերևույթներից ու դեպի այդ մակերևույթները, ինչպես նաև կաթիլների բազմակի միաձուլման և դրան հաջորդող նոր կաթիլների առաջացման։ Ժամանակի ընթացքում ռեակցիայի առաջընթացին զուգահեռ ուլտրաձայնային մշակումը առավելագույնի է հասցնում ռեագենտների փոխադարձ շփումն ու փոխազդեցությունը։
Այս ազդեցությունն օգտագործվում է բազմաթիվ գործընթացներում, օրինակ՝ բուսական յուղերի վերաէսթերացմամբ կենսադիզել ստանալու կամ դիէսթերները դիոլներով վերաէսթերացնելու միջոցով մակրոմոլեկուլներ առաջացնելով պոլիէսթերներ սինթեզելու համար։
Էմուլգացում / Էմուլսիայի առաջացում
Հոսքային բջջի այս ներդիրը բարելավում է էմուլգացումը չխառնվող հեղուկները խառնելիս։ Դա հանգեցնում է կաթիլների ավելի փոքր չափերի և ըստ չափի ավելի նեղ բաշխման, ինչը էմուլսիայի կայունության առանցքային գործոն է։ Այս կառուցվածքը թույլ է տալիս ցածր և միջին մածուցիկության հեղուկները ներարկել ու էմուլգացնել նույնիսկ բարձր մածուցիկության հեղուկների մեջ, օրինակ՝ ծանր վառելիքային յուղերի (HFOs), պոլիմերների կամ գելերի։ Որոշ բաղադրությունների դեպքում կարող է պահանջվել էմուլգատորների կամ կայունացուցիչների ավելացում։ Այդ դեպքում ներդիրն օգնում է էմուլգատորը միատեսակ խառնել։ Ըստ պատվերի հասանելի են հատուկ կառուցվածքներ՝ կանյուլաների միջով մեկից ավելի փուլ ներարկելու համար։
Հեղուկ–հեղուկ էքստրակցիա
Այս ներդիրն ուժեղացնում է հեղուկ–հեղուկ էքստրակցիայի գործընթացները՝ առաջացնելով մանր կաթիլներով տուրբուլենտ էմուլսիա, օրինակ՝ յուղային փուլում լուծիչի փուլի էմուլսիա։ Սա ևս մեծացնում է փուլերի շփման մակերեսը և հանգեցնում ավելի արդյունավետ էքստրակցիայի ու լուծիչի ծախսի նվազեցման։
Ջրային էմուլսիոն վառելիքներ՝ ավելի մաքուր այրման համար
Ցածրորակ վառելիքային յուղերը, օրինակ՝ ծովային նավերում կամ էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար օգտագործվող ծանր վառելիքային յուղը, կարելի է էմուլգացնել ջրով։ Սա հանգեցնում է ավելի արդյունավետ այրման, ինչպես նաև NOx արտանետումների և մրի զգալի նվազեցման։
Կարդացեք ավելին ջրային էմուլսիոն վառելիքների (էմուլսիոն վառելիքների) ուլտրաձայնային էմուլգացման մասին։
Նստեցում / Ուլտրաձայնային բյուրեղացում
Գունանյութեր կամ նանոմասնիկներ կարելի է ստանալ փոքր կառուցվածքային միավորներից ավելի մեծերի ձևավորման սկզբունքով՝ հեղուկներում նստեցման միջոցով։ Այս դեպքում գերհագեցած խառնուրդում բարձր խտությամբ նյութից սկսում են առաջանալ պինդ մասնիկներ կամ բյուրեղներ։ Այս մասնիկները աճում են մինչև որոշակի չափ և վերջապես նստում։ Մասնիկների կամ բյուրեղների չափն ու մորֆոլոգիան վերահսկելու համար անհրաժեշտ է վերահսկել նախանյութի և ռեագենտի խառնումը։
Ընդհանուր առմամբ նստեցման գործընթացը ներառում է խառնում, գերհագեցում, սաղմնագոյացում, մասնիկների աճ և ագլոմերացում։ Վերջինից խուսափում են պինդ նյութի ցածր խտության կամ կայունացնող նյութերի միջոցով։ Խառնումը վճռորոշ նշանակություն ունի, քանի որ նստեցման գործընթացների մեծ մասում ռեակցիայի արագությունը շատ բարձր է։ InsertMPC48-ը համատեղում է արագ, նեղ ներարկվող շիթերը ուժեղ ուլտրաձայնային կավիտացիոն սահքի հետ։ Սա առավելագույնի է հասցնում խառնման արագությունն ու արդյունավետությունը՝ առաջացնելով ավելի մեծ թվով և ավելի փոքր մասնիկներ։
Շարունակական ուլտրաձայնային նստեցման ռեակցիայի ընթացքում ստացված Fe3O4 (մագնետիտ) մասնիկների բաշխումն ըստ չափի (Banert et al., 2004)։
Լաբորատոր փորձարկումներից մինչև փորձնական մասշտաբ և արտադրություն
Hielscher Ultrasonics-ն առաջարկում է սարքավորումներ՝ այս տեխնոլոգիան ցանկացած մասշտաբով փորձարկելու, ստուգելու և կիրառելու համար։ Այս մոտեցումը հեշտ է ներդնել գործող գործընթացներում։
- A փուլը մատակարարեք հոսքային բջջի ներքևի մասում գտնվող հեղուկի մուտքային անցքով
- B փուլը մատակարարեք հոսքային բջջի կողային մասում գտնվող հեղուկի ավելի փոքր մուտքային անցքով կամ անցքերով։ Այս հոսքը 48 բարակ խողովակների միջով կներարկվի կավիտացիայի գոտի
- Կարգավորեք ռեակտորի ճնշումը՝ օգտագործելով հոսքային բջջի ելքային անցքում տեղադրված հակաճնշման փականը
Լաբորատոր սեղանի մակարդակում 1kW հզորությամբ UIP1000hdT ուլտրաձայնային մշակման սարքը կարող է մշակել 100-ից մինչև 1000L/hr (25-ից մինչև 250 gal/hr) ծավալային հոսքեր՝ գործընթացը ցուցադրելու և ուլտրաձայնային մշակման պարամետրերը օպտիմալացնելու համար։ Hielscher-ի ուլտրաձայնային մշակման սարքերը նախատեսված են փորձնական կամ արտադրական մասշտաբում մշակման ավելի մեծ ծավալների անցնելու գծային մասշտաբավորման համար։ Ստորև բերված աղյուսակում նշված են մշակման ծավալները և սարքավորումների առաջարկվող չափերը։
| Խմբաքանակի ծավալը | Ծավալային հոսքի արագությունը | Առաջարկվող սարքերը |
|---|---|---|
| 0,2L | 0,25-ից մինչև 2m3/hr | UIP1000hdT, UIP2000hdT |
| 0,2L | 1-ից մինչև 8m3/hr | UIP4000hdT |
| n.a. | 4-ից մինչև 30m3/hr | UIP16000hdT |
| n.a. | ավելի քան 30m3/hr | սարքերի կլաստեր՝ UIP10000 կամ UIP16000hdT |
Հաճախ տրվող հարցեր MultiPhaseCavitator-ի՝ ուլտրաձայնային հոսքային բջջի MPC48 ներդիրի մասին
Ի՞նչ է MultiPhaseCavitator ներդիրը (հոսքային բջջի MPC48 ներդիրը)։
MultiPhaseCavitator ներդիրը (InsertMPC48) հոսքային բջջի ներդիր է, որը նախատեսված է հեղուկ/հեղուկ կամ հեղուկ/գազ խառնուրդների ուլտրաձայնային մշակումը բարելավելու համար։ Այն օգտագործում է 48 շատ բարակ կանյուլա, որոնք հեղուկ կամ գազ են ներարկում հեղուկ փուլ անմիջապես կավիտացիայի գոտում՝ ստեղծելով տեսակարար մակերեսի մեծ մակերեսով շատ փոքր կախված կաթիլներ կամ գազային պղպջակներ։
Ի՞նչ է նշանակում MPC48-ը։
MPC-ն MultiPhaseCavitator-ի հապավումն է։ 48 թիվը ցույց է տալիս, որ ներդիրն ունի ներարկման կետեր ծառայող 48 կանյուլա։ Ըստ պահանջի՝ հոսքային բջջի ներդիրը կարող է համալրվել ավելի մեծ կամ փոքր թվով կանյուլաներով։
Ինչպե՞ս է աշխատում հոսքային բջջի MPC48 ներդիրը։
Երբ հեղուկը ներարկվում է 48 բարակ բժշկական կանյուլաների միջով (ներքին տրամագծերը՝ 0,3 mm-ից մինչև 1,2 mm), այն հոսքային բջիջ է մտնում շատ նեղ շիթերով։ 20 kHz հաճախականությամբ ուլտրաձայնային կավիտացիան այս ներհոսող շիթերը բաժանում է փոքր կաթիլների, երբ դրանք մտնում են հեղուկ փուլ։ Կառուցվածքն ապահովում է մատակարարման մեկ աղբյուրից սնուցման նույն ճնշման կիրառումը բոլոր 48 կանյուլաների վրա՝ դրանց միջով հոսքերը հավասարեցնելու համար։
Ո՞ր կիրառությունների համար է MultiPhaseCavitator ներդիրն առավել հարմար։
Այն հատկապես օգտակար է էմուլսիոն քիմիայում, օրինակ՝ միջֆազային տեղափոխմամբ ռեակցիաների, միջֆազային տեղափոխման կատալիզի (PTC) և հեղուկ–հեղուկ էքստրակցիայի համար։ Այն նաև հարմար է երկու հեղուկ պրեկուրսորներից մասնիկների նստեցման և ուլտրաձայնային բյուրեղացման համար։ Ներդիրը նախատեսված է Hielscher հոսքային բջջով ռեակտորների համար և թույլ է տալիս իրականացնել խմբաքանակային կամ շարունակական մշակում։
Ինչպե՞ս է MPC48 ներդիրը բարելավում միջֆազային տեղափոխմամբ ռեակցիաները։
Քանի որ մի ռեագենտային փուլի սահմանափակ լուծելիությունը մյուսում ռեակցիան սահմանափակում է միջֆազային սահմանով, երկփուլ համակարգերում առանց ուլտրաձայնի ռեակցիաների արագությունները հաճախ ցածր են։ Ներդիրի կիրառման դեպքում կավիտացիան առաջացնում է բարձր հիդրավլիկ սահք և ներարկված փուլը բաժանում ենթամիկրոնային ու նանոչափ կաթիլների։ Կաթիլների տրամագծի այս զգալի նվազումը բարելավում է ռեակցիայի կինետիկան և կարող է նվազեցնել կամ վերացնել միջֆազային տեղափոխման միջոցների անհրաժեշտությունը։
Կարո՞ղ է ներդիրը նվազեցնել կատալիզատորի անհրաժեշտ քանակը։
Այո։ Ներդիրը կարող է նվազեցնել ամֆիֆիլ էմուլսիոն կատալիզատորների կամ միջֆազային տեղափոխման կատալիզատորների (PTC), օրինակ՝ չորրորդային ամոնիումային աղերի անհրաժեշտ քանակը, քանի որ ավելի մանրադիսպերս էմուլսիաներին ավելի փոքր ծավալ է անհրաժեշտ՝ մյուս ռեագենտային փուլի հետ շփման նույն մակերեսն ապահովելու համար։
Ինչպե՞ս է այն ուժեղացնում զանգվածափոխանակությունը քիմիական ռեակցիաներում։
Ռեակցիայի արգասիքները կարող են կուտակվել կաթիլի մակերեսին և խոչընդոտել ռեագենտների փոխազդեցությանը միջֆազային սահմանում։ Ուլտրաձայնային կավիտացիայից առաջացող հիդրավլիկ սահքը ստեղծում է տուրբուլենտ հոսք և նյութի տեղափոխում դեպի կաթիլների մակերեսներ և դրանցից հեռու՝ հանգեցնելով կրկնվող միաձուլման և նոր կաթիլների առաջացման։ Ժամանակի ընթացքում ուլտրաձայնային մշակումը առավելագույնի է հասցնում ռեագենտների շփման հնարավորությունն ու փոխազդեցությունը․ այս ազդեցությունն օգտագործվում է այնպիսի գործընթացներում, ինչպիսիք են բուսական յուղերի տրանսէսթերիֆիկացումը՝ բիոդիզել ստանալու համար, կամ պոլիէսթերների սինթեզը։
Արդյունավե՞տ է արդյոք ներդիրը հեղուկ–հեղուկ էքստրակցիայի համար։
Այո։ Ներդիրը ուժեղացնում է հեղուկ–հեղուկ էքստրակցիան՝ ստեղծելով մանրադիսպերս տուրբուլենտ էմուլսիա, օրինակ՝ լուծիչի փուլը յուղային փուլում։ Սա մեծացնում է փուլերի շփման մակերեսը և ապահովում ավելի արդյունավետ էքստրակցիա՝ լուծիչի նվազեցված սպառմամբ։
Կարո՞ղ է այն օգտագործվել ջուր պարունակող վառելիքների համար։
Այո։ Ցածրորակ վառելիքային յուղերը, օրինակ՝ ծովային նավերում կամ էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար օգտագործվող ծանր վառելիքային յուղը, կարող են էմուլսացվել ջրի հետ։ Սա հանգեցնում է ավելի արդյունավետ այրման և NOx արտանետումների ու մրի զգալի նվազման։
Բացահայտե՛ք ջուր պարունակող վառելիքների ուլտրաձայնային էմուլսացման առավելությունները։
Ինչպե՞ս է ներդիրն օգնում նստեցմանը և ուլտրաձայնային բյուրեղացմանը։
Հեղուկներում նստեցման միջոցով պիգմենտներ կամ նանոմասնիկներ կարելի է ստանալ «ստորից վեր» մեթոդով։ Insert MPC48-ը համատեղում է ներարկվող արագ, նեղ շիթերը ուլտրաձայնային կավիտացիայից առաջացող ուժեղ սահքային ազդեցության հետ, ինչը առավելագույնի է հասցնում խառնման արագությունն ու արդյունավետությունը՝ առաջացնելով ավելի մեծ թվով և ավելի փոքր չափերի մասնիկներ։ Քանի որ նստեցման բազմաթիվ ռեակցիաների արագությունը շատ բարձր է, պրեկուրսորների/ռեագենտների խառնումը վերահսկելը էական նշանակություն ունի, իսկ ներդիրն օգնում է վերահսկել մասնիկների/բյուրեղների չափերն ու մորֆոլոգիան։
Արդյո՞ք կանյուլաները ծախսանյութեր են։
Այո։ 48 բարակ բժշկական կանյուլաները հեշտությամբ փոխարինվում են և էժան ծախսանյութ են (ստերիլ, մոտ 2 ct/pc)։ Այս կանյուլաները ստանդարտ ծախսանյութեր են և հեշտությամբ կարելի է ձեռք բերել տեղում։ Ըստ պահանջի հասանելի են անհատական նախագծային լուծումներ՝ կանյուլաների միջով մեկից ավելի ֆազեր ներարկելու համար։
Ինչպե՞ս կարգավորել հոսքային բջիջը InsertMPC48-ով։
Այս լուծումը հեշտ է ներդնել առկա գործընթացներում. A ֆազը մատակարարեք հոսքային բջջի ստորին մասում գտնվող հեղուկի մուտքային անցքին, B ֆազը մատակարարեք կողային մասում գտնվող հեղուկի ավելի փոքր մուտքային անցքին կամ անցքերին (այն ներարկվում է կավիտացիայի գոտի 48 բարակ խողովակներով), և կարգավորեք ռեակտորի ճնշումը՝ հոսքային բջջի ելքային անցքի մոտ տեղադրված հակաճնշման փականի միջոցով։
Մասշտաբի մեծացման ի՞նչ տարբերակներ և սարքավորումների ի՞նչ չափեր են հասանելի։
Hielscher-ն առաջարկում է սարքավորումներ՝ այս տեխնոլոգիան ցանկացած մասշտաբով փորձարկելու, ստուգելու և կիրառելու համար՝ սեղանադիր մակարդակից մինչև փորձնական և արտադրական մակարդակ գծային մասշտաբավորմամբ։ Օրինակ՝ UIP1000hd (1 kW) սարքը կարող է մշակել 100–1 000 L/hr ծավալային հոսք՝ ցուցադրության և պարամետրերի օպտիմալացման նպատակով։ Առաջարկվող սարքերի շարքը ներառում է UIP1000hd/UIP2000hd-ից մինչև UIP4000 և UIP16000 մոդելները, իսկ 30 m³/hr-ից բարձր ծավալային հոսքերի համար՝ UIP10000 կամ UIP16000 սարքերի խմբեր։
Ուլտրաձայնային հոսքային բջջի ներդիր MPC48 – MultiPhaseCavitator