MultiPhaseCavitator – Pasang MPC48 untuk Sel Aliran Ultrasonik

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.

Penyisipan ini sangat berguna untuk emulsi kimia, seperti Phase-Transfer-Reactions, Phase-Transfer-Catalysis (PTC) atau Liquid-Liquid-Extraction. Bidang aplikasi lain yang menarik adalah pengendapan partikel dari dua prekursor cair atau sono kristalisasi. Insert ini dirancang untuk reaktor sel aliran Hielscher dan memungkinkan pemrosesan batch atau kontinyu.

Satu dan 48 Port Injeksi

Ultrasonikasi adalah cara efektif untuk emulsifikasi dan pencampuran. Berbeda dengan pengaturan konvensional, di mana fase terpisah digabungkan sebelum masuk ke sel aliran dan kavitasi, sel sisipan aliran ini meningkatkan kombinasi dua fase. Ketika cairan disuntikkan melalui 48 cannual halus, serta memasukkan sel aliran dalam untaian yang sangat sempit. Sisanya menggunakan 48 cannual medis dengan diameter dalam dari 0,3 mm sampai 1,2 mm. Cannual ini bisa dengan mudah diganti dan harganya murah (steril, sekitar 2ct / pc). Kavitasi ultrasonik (pada 20 kHz) memotong 48 cairan standar yang masuk menjadi tetesan kecil saat mereka memasuki fase cair di flow cell/ sel aliran.
Desain berlaku tekanan pakan yang sama dari satu pasokan untuk semua 48 cannulas untuk tingkat aliran antara cannulas.

48/entry port ke reaktor ultrasonik untuk reaksi cair-cair

Menunjukkan detail fase injeksi Multi-Phase-Cavitator

Injeksi ke dalam ultrasonik multiphasecavitator

InsertMPC48 – 48 cannulas halus berakhir di zona kavitasi

Ultrasonik Flow Cell reaktor FC100L1K-1S dengan InsertMPC48

Penggunaan dan Aplikasi

Ultrasonic Mixing untuk Emulsi Kimia Reaktor ultrasonik Hielscher sering digunakan untuk mengemulsi, memperbaiki kinetika proses transfer tahap atau tingkat pelarutan dalam sistem fase cair-cair. Contoh untuk proses tersebut adalah desulfurisasi oksidatif dengan hidrogen peroksida dan ekstraksi pelarut berikutnya atau transesterifikasi katalis yang dikatalisis oleh dasar trigliserida.
Kelarutan terbatas dari satu fase reagen pada fase pereaksi lain adalah masalah yang signifikan dalam proses kimia emulsi karena kedua fase bereaksi satu sama lain hanya pada interphase. Tanpa ultrasonik, ini menghasilkan laju reaksi rendah dan kinetika konversi yang lambat dalam sistem dua fasa.
Dengan menggunakan insert dengan reaktor ultrasonik, kavitasi menghasilkan shear hidrolik yang tinggi dan memecahkan fase yang disuntikkan ke tetesan mikron dan tetesan. Karena luas permukaan spesifik dari batas fasa berpengaruh terhadap laju reaksi kimia, penurunan diameter droplet yang signifikan ini meningkatkan kinetika reaksi dan dapat mengurangi atau menghilangkan kebutuhan agen transfer fasa. Persentase volume fase yang disuntikkan dapat diturunkan, karena emulsi yang lebih halus membutuhkan volume yang lebih sedikit untuk menyediakan permukaan kontak yang sama dengan fase pereaksi lainnya.
Penggunaan insert ini dapat menurunkan jumlah yang diperlukan dari katalis emulsi amphiphilic atau fase transfer katalis (PTC), seperti garam amonium kuarter dengan kemampuan uniknya untuk larut dalam cairan berair dan organik.

Peningkatan Massa-Transfer untuk Reaksi Kimia

Ketika dua fase reagen bereaksi pada batas fase, produk reaksi menumpuk di permukaan tetesan dan menghalangi fase reagen untuk berinteraksi pada interface. Shear hidrolik yang disebabkan oleh hasil kavitasi ultrasonik dalam aliran turbulen dan pengangkutan material dari dan ke permukaan tetesan dan menyebabkan koalesensi berulang dan pembentukan tetesan baru berikutnya. Seiring reaksi berlangsung dengan berjalannya waktu, sonikasi memaksimalkan eksposur dan interaksi reagen.
Efek ini digunakan dalam banyak proses, seperti transesterifikasi minyak nabati menjadi biodiesel atau sintesis poliester oleh transesterifikasi diester dengan diol untuk membentuk makromolekul.

Emulsi / Emulsifikasi

Penyisipan sel insert ini meningkatkan emulsifikasi saat mencampur cairan yang tidak bercampur. Hal ini menyebabkan ukuran tetesan yang lebih kecil dan distribusi ukuran yang lebih sempit – faktor kunci untuk stabilitas emulsi. Dengan disain ini Anda bisa menyuntikkan dan mengemulsi cairan viskositas rendah dan menengah ke dalam cairan viskositas tinggi sekalipun, seperti bahan heavy fuel oil (HFO), polimer atau gel. Beberapa formulasi mungkin memerlukan pengemulsi atau zat penstabil untuk ditambahkan. Dalam hal ini membantu untuk mencampur pengemulsi secara seragam. Desain yang disesuaikan untuk injeksi lebih dari satu fase meskipun cannula yang tersedia berdasarkan permintaan.

Ekstraksi Cair-Cair

Insert ini meningkatkan proses ekstraksi cair-cair dengan membuat emulsi bergolak halus, misalnya dari fase pelarut dalam fase minyak. Sekali lagi, ini meningkatkan permukaan kontak fasa dan menghasilkan ekstraksi yang lebih baik dan mengurangi penggunaan pelarut.

Aqua-Fuels untuk Cleaner Combustion

Bahan bakar minyak kelas rendah, seperti bahan bakar minyak berat yang digunakan pada kapal laut atau untuk pembangkit listrik dapat diemulsi dengan air. Hal ini menghasilkan pembakaran yang lebih efisien dan pengurangan NO yang signifikan_x emisi dan jelaga.
Baca lebih lanjut tentang emulsifikasi ultrasonik bahan bakar air (bahan bakar emulsi)!

Presipitasi / Sono-kristalisasi

Pigmen atau nano-partikel dapat dihasilkan dari atas ke bawah dengan presipitasi dalam cairan. Dalam kasus ini, campuran supersaturated mulai membentuk partikel padat atau kristal dari bahan yang sangat terkonsentrasi. Partikel ini akan tumbuh sampai titik tertentu dan akhirnya mengendap. Untuk mengendalikan ukuran / partikel / ukuran kristal dan morphology, mengendalikan prekursor / pencampuran reagen sangat penting.
Secara umum, proses curah hujan melibatkan: pencampuran, supersaturasi, pembentukan inti, partikel pertumbuhan, dan aglomerasi. Yang terakhir ini dihindari dengan konsentrasi padat rendah atau dengan zat penstabil. Pencampuran ini kritis; seperti kebanyakan proses presipitasi, kecepatan reaksi sangat tinggi. InsertMPC48 menggabungkan jet injeksi cepat yang sempit dengan shear kavitasi ultrasonik yang kuat. Ini memaksimalkan kecepatan dan kinerja pencampuran yang menciptakan partikel yang lebih banyak dan lebih kecil.

Distribusi ukuran partikel partikel Fe3O4 (magnetit) yang dihasilkan dalam reaksi presipitasi ultrasonik terus menerus (Banert et al., 2004).

Dari Lab Pengujian untuk Skala Pilot dan Produksi

Hielscher Ultrasonics menawarkan peralatan untuk menguji, memverifikasi dan memanfaatkan teknologi ini pada skala apapun. Konsepnya mudah dimasukkan ke dalam proses yang ada.

Feed tahap A ke dalam liquid entry port di bagian bawah flow cell/sel aliran
Feed tahap B ke dalam smaller liquid entry port(s) di sisi sel aliran. Feed ini akan disuntikkan ke daerah kavitasional melalui 48 pipa halus
Menyesuaikan tekanan reaktor dengan menggunakan katup tekanan balik pada port outlet sel aliran

Pada skala laboratorium, sonicator 1 kW UIP1000hdT Dapat memproses laju aliran mulai dari 100 hingga 1000 L/jam (25 hingga 250 galon/jam) untuk demonstrasi proses dan optimasi parameter sonikasi. Prosesor ultrasonik Hielscher dirancang untuk peningkatan skala linier ke volume pemrosesan yang lebih besar pada skala uji coba atau produksi. Tabel di bawah ini mencantumkan volume pemrosesan dan ukuran peralatan yang direkomendasikan.

Batch Volume	Flow Rate	Direkomendasikan perangkat
0.2L	0.25 sampai 2m³/ jam	UIP1000hdT, UIP2000hdT
0.2L	1 sampai 8m³/ jam	UIP4000hdT
n.a.	4-30m³/ jam	UIP16000hdT
n.a.	di atas 30m³/ jam	cluster UIP10000 atau UIP16000hdT

Pertanyaan yang Sering Diajukan tentang MultiPhaseCavitator – Sisipan Sel Aliran Ultrasonik MPC48

Apa itu MultiPhaseCavitator Insert (Flow Cell Insert MPC48)?

MultiPhaseCavitator Insert (InsertMPC48) adalah sisipan sel aliran yang dirancang untuk meningkatkan proses ultrasonik pada campuran cairan/cairan atau cairan/gas. Insert ini menggunakan 48 kanula yang sangat halus yang menyuntikkan cairan atau gas ke dalam fase cair tepat di zona kavitasi, sehingga menghasilkan tetesan tersuspensi yang sangat kecil atau gelembung gas dengan luas permukaan spesifik yang tinggi.

Apa arti MPC48?

MPC adalah singkatan dari MultiPhaseCavitator. Angka 48 menunjukkan bahwa sisipan tersebut memiliki 48 kanula sebagai titik injeksi. Berdasarkan permintaan, sisipan sel aliran dapat dilengkapi dengan jumlah kanula yang lebih banyak atau lebih sedikit.

 Bagaimana cara kerja Flow Cell Insert MPC48?

 Ketika suatu cairan disuntikkan melalui 48 kanula medis halus (diameter dalam berkisar antara 0,3 mm hingga 1,2 mm), cairan tersebut masuk ke dalam sel aliran dalam bentuk aliran yang sangat tipis. Kavitasi ultrasonik pada frekuensi 20 kHz memecah aliran-aliran tersebut menjadi tetesan-tetesan kecil saat memasuki fase cair. Desain ini menerapkan tekanan suplai yang sama dari satu sumber ke seluruh 48 kanula untuk menyeimbangkan aliran di antara kanula-kanula tersebut.

 Untuk aplikasi apa saja MultiPhaseCavitator Insert paling cocok digunakan?

 Alat ini sangat berguna untuk kimia emulsi, seperti Reaksi Transfer Fase, Katalisis Transfer Fase (PTC), dan Ekstraksi Cair-Cair. Alat ini juga sangat cocok untuk presipitasi partikel dari dua prekursor cair serta sonokristalisasi. Insert ini dirancang untuk reaktor sel aliran Hielscher dan memungkinkan pemrosesan secara batch maupun kontinu.

 Bagaimana sisipan MPC48 meningkatkan reaksi transfer fase?

 Karena keterbatasan kelarutan salah satu fase reagen dalam fase lainnya membatasi reaksi pada antarfase, sistem dua fase sering kali memiliki laju reaksi yang rendah tanpa penggunaan ultrasonik. Dengan adanya sisipan tersebut, kavitasi menghasilkan geser hidraulik yang tinggi dan memecah fase yang disuntikkan menjadi tetesan berukuran sub-mikron dan nano. Penurunan diameter tetesan yang signifikan ini meningkatkan kinetika reaksi dan dapat mengurangi atau menghilangkan kebutuhan akan agen transfer fase.

 Apakah sisipan tersebut dapat mengurangi jumlah katalis yang dibutuhkan?

Ya. Penggunaan bahan tambahan tersebut dapat mengurangi jumlah katalis emulsi amfifilik atau katalis transfer fase (PTC), seperti garam amonium kuaterner, yang diperlukan, karena emulsi yang lebih halus membutuhkan volume yang lebih sedikit untuk menghasilkan luas permukaan kontak yang sama dengan fase reagen lainnya.

 Bagaimana hal itu meningkatkan transfer massa dalam reaksi kimia?

Produk reaksi dapat menumpuk di permukaan tetesan dan menghalangi interaksi reagen di antarmuka. Gaya geser hidraulik akibat kavitasi ultrasonik menciptakan aliran turbulen serta perpindahan materi ke dan dari permukaan tetesan, yang mengakibatkan penggabungan berulang dan pembentukan tetesan baru. Seiring waktu, sonikasi memaksimalkan paparan dan interaksi reagen – digunakan dalam proses-proses seperti transesterifikasi minyak nabati menjadi biodiesel atau sintesis poliester.

 Apakah sisipan tersebut efektif untuk ekstraksi cair-cair?

 Ya. Sisipan tersebut meningkatkan proses ekstraksi cair-cair dengan menghasilkan emulsi turbulen berukuran halus, misalnya fase pelarut dalam fase minyak. Hal ini memperluas luas permukaan kontak antar fase dan menghasilkan ekstraksi yang lebih baik dengan penggunaan pelarut yang lebih sedikit.

 Apakah bahan ini dapat digunakan untuk bahan bakar berbasis air?

Ya. Minyak bakar berkualitas rendah, seperti minyak bakar berat yang digunakan pada kapal laut atau untuk pembangkit listrik, dapat diemulsikan dengan air. Hal ini menghasilkan pembakaran yang lebih efisien serta pengurangan yang signifikan terhadap emisi NOx dan jelaga.
Temukan manfaat emulsifikasi ultrasonik pada bahan bakar berbasis air!

 Bagaimana sisipan tersebut membantu proses presipitasi dan sonokristalisasi?

Pigmen atau nanopartikel dapat dihasilkan secara bottom-up melalui proses presipitasi dalam cairan. Insert MPC48 menggabungkan semburan injeksi yang cepat dan sempit dengan geseran kavitasi ultrasonik yang kuat, yang memaksimalkan kecepatan dan kinerja pencampuran, sehingga menghasilkan partikel yang lebih banyak dan lebih kecil. Karena kecepatan banyak reaksi presipitasi sangat tinggi, pengendalian pencampuran prekursor/reagen sangat penting, dan insert ini membantu mengendalikan ukuran serta morfologi partikel/kristal.

 Apakah kanula termasuk barang habis pakai?

Ya. Ke-48 kanula medis halus tersebut dapat diganti dengan mudah dan merupakan bahan habis pakai yang terjangkau (steril, sekitar 2 ct/buah). Kanula-kanula ini merupakan bahan habis pakai standar dan dapat diperoleh dengan mudah di pasar lokal. Desain khusus untuk menyuntikkan lebih dari satu fase melalui kanula-kanula tersebut tersedia berdasarkan permintaan.
 Bagaimana cara menyiapkan sel aliran dengan InsertMPC48? Konsep ini mudah diintegrasikan ke dalam proses yang sudah ada: masukkan fase A ke port masuk cairan di bagian bawah sel aliran, masukkan fase B ke port masuk cairan yang lebih kecil di sisi sel (disuntikkan ke area kavitasi melalui 48 pipa halus), dan atur tekanan reaktor menggunakan katup tekanan balik di port keluar sel aliran.

 Pilihan peningkatan kapasitas dan ukuran peralatan apa saja yang tersedia?

 Hielscher menyediakan peralatan untuk menguji, memverifikasi, dan menerapkan teknologi ini pada skala apa pun, dengan peningkatan skala linier mulai dari skala laboratorium hingga skala uji coba dan produksi. Sebagai contoh, unit UIP1000hd (1 kW) dapat memproses 100–1.000 L/jam untuk keperluan demonstrasi dan optimasi parameter; perangkat yang direkomendasikan berkisar dari UIP1000hd/UIP2000hd hingga UIP4000 dan UIP16000, dengan kluster UIP10000 atau UIP16000 untuk laju aliran di atas 30 m³/jam.

Sisipan Sel Aliran Ultrasonik MPC48 – MultiPhaseCavitator