Produzione di biodiesel & Conversione di biodiesel

Hielscher's Ultrasonic 32MMGY Biodiesel ReactorNella produzione di biodiesel, una cinetica di reazione lenta e un trasferimento di massa insufficiente riducono la capacità dell'impianto di biodiesel e la resa e la qualità del biodiesel. I reattori a ultrasuoni Hielscher migliorano notevolmente la cinetica di transesterificazione. Di conseguenza, per la lavorazione del biodiesel sono necessari meno metanolo in eccesso e meno catalizzatori.

Il biodiesel viene comunemente prodotto in reattori batch che utilizzano calore e miscelazione meccanica come input energetico. La miscelazione cavitazionale a ultrasuoni è un'alternativa efficace per ottenere una migliore miscelazione nel processo commerciale del biodiesel. La cavitazione a ultrasuoni fornisce l'energia di attivazione necessaria per la transesterificazione industriale del biodiesel.

 

In questo video tutorial vi introduciamo alla scienza di come i reattori a ultrasuoni per biodiesel migliorino significativamente la produzione di biodiesel. I reattori per biodiesel a ultrasuoni Hielscher si sono affermati come un potente strumento per migliorare il processo di produzione del biodiesel e, in questo tutorial, approfondiamo il principio di funzionamento e mostriamo varie configurazioni a ultrasuoni per qualsiasi scala di produzione. Migliorate la vostra produzione di biodiesel in termini di efficienza ed economicità e producete rese più elevate di biodiesel di alta qualità con una conversione rapida. Allo stesso tempo, i reattori per biodiesel a ultrasuoni consentono di utilizzare oli poveri come gli oli vegetali di scarto o i grassi da cucina esausti e aiutano a risparmiare metanolo e catalizzatore, contribuendo a una produzione di biodiesel sostenibile e rispettosa dell'ambiente.

Produzione di biodiesel con i sonoreattori Hielscher per una maggiore resa e qualità & capienza

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3x ultrasuonatori UIP1000hdT per una transesterificazione altamente efficiente del biodiesel utilizzando oli vegetali di scarto, sego o altri oli.

La miscelazione a ultrasuoni migliora il tasso di conversione del biodiesel, aumenta la resa e risparmia metanolo e catalizzatore in eccesso.

Transesterificazione del biodiesel migliorata con gli ultrasuoni

La produzione di biodiesel comporta tipicamente una reazione chimica chiamata transesterificazione, in cui un trigliceride (come olio vegetale, grasso animale, oli da cucina esausti) reagisce con un alcol (come il metanolo) in presenza di un catalizzatore per produrre biodiesel (esteri metilici degli acidi grassi) e glicerolo. I reattori a ultrasuoni possono essere utilizzati per migliorare il processo di transesterificazione in diversi modi, ottenendo numerosi vantaggi:

  • Miglioramento della miscelazione: Le onde ultrasoniche possono creare bolle di cavitazione che collassano violentemente, provocando un'intensa miscelazione e agitazione della miscela di reazione. Questo porta a un migliore contatto tra i reagenti e il catalizzatore, con conseguente transesterificazione più rapida e completa.
  • Cinetica di reazione accelerata: Le condizioni ad alta energia generate dalle onde ultrasoniche possono attivare la reazione, aumentando la velocità di reazione e riducendo il tempo necessario per raggiungere un determinato livello di conversione. Ciò può portare a rese più elevate e a costi inferiori.
  • Riduzione dell'uso di catalizzatori: I reattori a ultrasuoni possono migliorare l'efficienza dell'uso del catalizzatore fornendo più siti attivi per la reazione. Ciò significa che è necessario meno catalizzatore per ottenere lo stesso livello di conversione, riducendo i costi e l'impatto ambientale.
  • Miglioramento della qualità dei prodotti: I reattori a ultrasuoni possono produrre biodiesel con un minore contenuto di acidi grassi liberi, una maggiore purezza e migliori proprietà di flusso a freddo. Ciò è dovuto alla migliore miscelazione e alla più rapida cinetica di reazione, che riduce al minimo la formazione di sottoprodotti e impurità indesiderate.

Questi vantaggi del trattamento del biodiesel con ultrasuoni rendono l'uso di un reattore a ultrasuoni altamente economico, poiché l'uso di reattori a ultrasuoni migliora significativamente l'efficienza, la velocità e la qualità della transesterificazione del biodiesel. In sintesi, ciò significa che gli ultrasuoni trasformano la transesterificazione in un processo più sostenibile dal punto di vista economico e ambientale.

Problemi di miscelazione del biodiesel convenzionale: La reazione di esterificazione convenzionale nella lavorazione in batch tende ad essere lenta e la separazione di fase della glicerina richiede molto tempo, spesso 5 ore o più.
 
I reattori a ultrasuoni vi aiutano ad accelerare il processo di produzione del biodiesel e ad aumentarne la resa e la qualità a costi inferiori!
 

Reattore ad ultrasuoni Hielscher per la transesterificazione del biodiesel con un'efficienza di processo superiore

Ultrasuonatore industriale UIP2000hdT con cella a flusso FC2T500k per l'esterificazione e la transesterificazione del biodiesel in linea.

 

I vantaggi della transesterificazione del biodiesel a ultrasuoni

  • Maggiori rese di biodiesel grazie a una migliore miscelazione
  • Aumento della qualità del biodiesel
  • Utilizzare come materia prima anche il petrolio più povero
  • Lavorazione continua in linea
  • Meno metanolo
  • Meno catalizzatore
  • Risparmio di tempo grazie alla conversione ad alta velocità
  • Risparmio energetico
  • Funzionamento semplice e sicuro
  • Robustezza e bassa manutenzione
  • Prestazioni elevate: funzionamento 24/7 a pieno carico
Tulsa Biocarburanti_Produttore

"Siamo stati molto soddisfatti dell'attrezzatura e del servizio Hielscher e abbiamo intenzione di includere la tecnologia di ultrasuoni Hielscher in tutti i nostri sforzi futuri".
 
Todd Stephens, Tulsa Biocarburanti

Ultrasuoni per la produzione di biodiesel

Il biodiesel viene spesso prodotto in reattori batch. La conversione del biodiesel a ultrasuoni consente un processo continuo in linea. La conversione a ultrasuoni può raggiungere una resa di biodiesel superiore al 99%. I reattori a ultrasuoni riducono il tempo di lavorazione dal tradizionale processo in batch di 1-4 ore a meno di 30 secondi. Ancora più importante, gli ultrasuoni riducono il tempo di separazione da 5-10 ore (utilizzando l'agitazione convenzionale) a meno di 60 minuti. Gli ultrasuoni contribuiscono inoltre a ridurre la quantità di catalizzatore necessaria fino al 50%, grazie all'aumento dell'attività chimica in presenza di cavitazione. Utilizzando gli ultrasuoni si riduce anche la quantità di metanolo in eccesso necessaria. Un altro vantaggio è l'aumento della purezza della glicerina.
 
Produzione di biodiesel a ultrasuoni passo dopo passo:

  1. l'olio vegetale o il grasso animale viene mescolato con il metanolo (che produce esteri metilici) o l'etanolo (per gli esteri etilici) e il metossido o idrossido di sodio o di potassio
  2. la miscela viene riscaldata, ad esempio a temperature comprese tra 45 e 65°C
  3. la miscela riscaldata viene sonicata in linea per 5-15 secondi
  4. la glicerina viene eliminata o separata mediante centrifughe
  5. il biodiesel convertito viene lavato con acqua

 
Più comunemente, la sonicazione viene eseguita a una pressione elevata (da 1 a 3 bar, pressione relativa) utilizzando una pompa di alimentazione e una valvola di contropressione regolabile accanto alla cella a flusso.

La conversione industriale del biodiesel non richiede molta energia ultrasonica. Il fabbisogno energetico effettivo può essere determinato su scala di banco utilizzando, ad esempio, un processore a ultrasuoni da 1 kW come il modello UIP1000hdT. Tutti i risultati di queste prove al banco possono essere scalati in modo lineare e senza problemi. Se necessario, sono disponibili dispositivi a ultrasuoni certificati ATEX, come l'UIP1000hdT. UIP1000-Exd.

Hielscher fornisce apparecchiature industriali a ultrasuoni per il trattamento del biodiesel in tutto il mondo. Con processori a ultrasuoni fino a 16kW di potenza per singolo dispositivo, non c'è limite alle dimensioni dell'impianto di biodiesel o alla capacità di lavorazione.

Costi di produzione di biodiesel ad ultrasuoni

L'efficienza energetica complessiva è importante quando si produce biodiesel. L'efficienza descrive quanta potenza viene trasmessa dalla spina alla miscela olio/metanolo. I nostri reattori ad ultrasuoni hanno un'efficienza complessiva di oltre l'80%.Gli ultrasuoni sono un mezzo efficace per aumentare la velocità di reazione e il tasso di conversione nella produzione commerciale di biodiesel. I costi del processo a ultrasuoni derivano principalmente dall'investimento per le apparecchiature a ultrasuoni, dai costi di gestione e dalla manutenzione. L'eccezionale efficienza energetica degli ultrasuonatori Hielscher contribuisce a ridurre i costi delle utenze e a rendere questo processo ancora più ecologico. I costi risultanti per l'ultrasonorizzazione variano da 0,1 a 1,0 centesimi per litro (da 0,4 a 1,9 centesimi per gallone) se utilizzati su scala commerciale.
Per saperne di più sull'efficienza del processo e sui vantaggi economici della produzione di biodiesel a ultrasuoni!
 

Riduci il fabbisogno energetico del tuo processo di biodiesel con la miscelazione a ultrasuoni!

La miscelazione a ultrasuoni riduce il consumo specifico di energia nella produzione di biodiesel superando di gran lunga la miscelazione magnetica idrodinamica e i miscelatori ad alto potere di taglio.

 

Configurazione del biodiesel a ultrasuoni su piccola scala

Gli ultrasuoni possono essere utilizzati per la conversione dell'olio in biodiesel su qualsiasi scala. L'immagine sottostante mostra una configurazione su piccola scala per la lavorazione di 60-70 litri (16-19 galloni). Questa è la configurazione tipica per gli studi iniziali e la dimostrazione del processo.

Grafico di processo che mostra il processo di biodiesel in modalità batch. Gli ultrasuoni possono migliorare significativamente l'esterificazione e la transesterificazione.

L'esterificazione e la transesterificazione a ultrasuoni possono essere eseguite come processo batch o continuo in linea. Questo grafico mostra il processo batch a ultrasuoni per la conversione del biodiesel.

I reattori a cavitazione a ultrasuoni della Hielscher Ultrasonics sono ampiamente installati negli impianti di produzione di biodiesel per migliorare l'efficienza del processo, aumentare le rese e ridurre i costi di produzione.

3x 1kW ultrasuoni del modello 1000hdT con reattore a flusso continuo a ultrasuoni per una conversione altamente efficiente del biodiesel.

Per un'impostazione semplice ma altamente efficace del biodiesel a ultrasuoni sono necessarie le seguenti apparecchiature:

  • un ultrasuonatore (ad esempio, UIP500hdT o UIP1000hdT) con booster, sonotrodo e cella di flusso
  • misuratore di potenza per la misurazione della potenza e dell'energia
  • Serbatoio di lavorazione da 80L (plastica, ad es. HDPE)
  • elemento riscaldante (da 1 a 2kW)
  • Serbatoio premiscela catalizzatore da 10 litri (plastica, ad esempio HDPE)
  • premixer catalizzatore (agitatore)
  • pompa (centrifuga, mono o ad ingranaggi) per circa 10 - 20L/min a 1 - 3 barg.
  • valvola di contropressione per la regolazione della pressione nella cella di flusso
  • manometro per la misurazione della pressione di alimentazione
Fare clic qui per scaricare la versione PDF pertinente a “Miscelazione ad ultrasuoni per la produzione di biodiesel”

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Reattori a ultrasuoni per una lavorazione superiore del biodiesel

Hielscher Ultrasonics offre processori e reattori a ultrasuoni ad alte prestazioni, che miglioreranno la vostra produzione di biodiesel grazie a rese più elevate, una migliore qualità del biodiesel, tempi di lavorazione ridotti e costi di produzione inferiori.

Reattori a ultrasuoni su piccola e media scala per la transesterificazione del biodiesel

Trasduttori a ultrasuoni UIP500hd (500W), UIP1000hd (1000W) e UIP15000 (1500W) con celle a flusso per il trattamento continuo del biodieselPer la produzione di biodiesel di piccole e medie dimensioni, fino a 9 tonnellate/ora (2900 gal/ora), Hielscher offre i modelli UIP500hdT (500 watt), UIP1000hdT (1000 watt), UIP1500hdT (1500 watt) e UIP2000hdT (2000 watt) come miscelatori a ultrasuoni ad alto coefficiente di taglio con reattori a flusso continuo per una lavorazione del biodiesel in linea affidabile ed efficiente. Questi quattro reattori a ultrasuoni sono molto compatti, facili da integrare o da montare in un secondo momento. Sono costruiti per un funzionamento gravoso in ambienti difficili. Di seguito sono riportate le configurazioni dei reattori consigliate per una serie di tassi di produzione.

ton/ora
gal/ora
1x UIP500hdT (500 watt)
0.25 a 0,5
Da 80 a 160
1x UIP1000hdT (1000 watt)
0.5 a 1,0
Da 160 a 320
1x UIP1500hdT (1500 watt)
0.75 a 1,5
da 240 a 480
1x UIP2000hdT (2000 watt)
Da 1,0 a 2,0
da 320 a 640
2x UIP2000hdT (2000 watt)
2.0 a 4.0
640 a 1280
4xUIP1500hdT (1500 watt)
Da 3,0 a 6,0
Dal 960 al 1920
6x UIP1500hdT (1500 watt)
Da 4,5 a 9,0
da 1440 a 2880
6x UIP2000hdT (2000 watt)
Da 6,0 a 12,0
1920 al 3840

Reattori industriali di biodiesel di grande portata

Cella di flusso UIP4000hdT per sonicazione in linea su scala industrialePer gli impianti di produzione di biodiesel Hielscher offre gli omogeneizzatori a ultrasuoni UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW) e UIP16000hdT (16kW)! Questi processori a ultrasuoni sono progettati per il trattamento continuo di portate elevate. I modelli UIP4000hdT, UIP6000hdT e UIP10000 possono essere integrati in container marittimi standard. In alternativa, tutti e quattro i modelli di processore sono disponibili in armadi di acciaio inossidabile. Un'installazione verticale richiede uno spazio minimo. Di seguito sono riportate le configurazioni consigliate per le tipiche velocità di elaborazione industriale.

ton/ora
gal/ora
1x UIP6000hdT (6000 watt)
Da 3,0 a 6,0
Dal 960 al 1920
3x UIP4000hdT (4000 watt)
Da 6,0 a 12,0
1920 al 3840
5x UIP4000hdT (4000 watt)
10,0 a 20,0
da 3200 a 6400
3x UIP6000hdT (6000 watt)
9,0 a 18,0
2880 a 5880
3x UIP10000 (10.000 watt)
Da 15,0 a 30,0
da 4800 a 9600
3x UIP16000hdT (16.000 watt)
Da 24,0 a 48,0
da 7680 a 15360
5x UIP16000hdT
Da 40,0 a 80,0
Da 12800 a 25600

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Utilizzate il modulo sottostante per richiedere ulteriori informazioni sui nostri processori e reattori a ultrasuoni per biodiesel, sui dati tecnici e sui prezzi. Saremo lieti di discutere con voi del vostro processo di biodiesel e di offrirvi un reattore a ultrasuoni che soddisfi le vostre esigenze!









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Processore industriale a ultrasuoni con potenza di 16.000 watt per elevate capacità di lavorazione del biodiesel.

L'ultrasuonatore UIP16000hdT è in grado di trattare 32MMGY di biodiesel.

Gelo & L'innovazione tecnologica di Sullivan dell'anno

Il gelo & Il premio "Sullivan European Technology Innovation of the Year Award in Biodiesel processing technologies" va alla Hielscher Ultrasonics come riconoscimento per lo sviluppo da parte dell'azienda di una nuova tecnologia a ultrasuoni per la produzione di biodiesel.

Hielscher Ultrasonics ha ricevuto il prestigioso premio Frost and Sullivan Technology Innovation of the Year Award come riconoscimento per lo sviluppo di una nuova tecnologia a ultrasuoni per la produzione di biodiesel.
Clicca qui per saperne di più sul premio Frost and Sullivan per i reattori per biodiesel di Hielscher Ultrasonics!

Transesterificazione – La conversione chimica del biodiesel

La produzione di biodiesel da oli vegetali (ad esempio soia, colza, jatropha, semi di girasole), alghe, grassi animali e oli da cucina di scarto prevede la transesterificazione catalizzata da basi degli acidi grassi con metanolo o etanolo per ottenere i corrispondenti esteri metilici o etilici. La glicerina è un sottoprodotto inevitabile di questa reazione.

Gli oli vegetali, come i grassi animali, sono trigliceridi composti da tre catene di acidi grassi legate da una molecola di glicerina. I trigliceridi sono esteri. Gli esteri sono acidi, come gli acidi grassi, combinati con un alcol. La glicerina (= glicerolo) è un alcol pesante. Nel processo di conversione gli esteri dei trigliceridi vengono trasformati in esteri alchilici (= biodiesel) utilizzando un catalizzatore (liscivia) e un reagente alcolico, ad esempio il metanolo, che produce biodiesel a base di esteri metilici. Il metanolo sostituisce la glicerina. Questo processo di conversione chimica è chiamato transesterificazione.

Dopo la transesterificazione, la glicerina, che è la fase più pesante, affonda sul fondo. Il biodiesel, che è la fase più leggera, galleggia in cima e può essere separato, ad esempio con decantatori o centrifughe.

Preparazione del biodiesel

L'idrossido di potassio (da 0,2 a 0,4 kg, catalizzatore) viene sciolto in circa 8,5L di metanolo nel serbatoio di premiscelazione del catalizzatore. Ciò richiede l'agitazione della premiscela del catalizzatore. Il serbatoio di lavorazione viene riempito con 66 litri di olio vegetale. L'olio viene riscaldato dall'elemento riscaldante a 45 - 65°C.

Conversione di biodiesel

Quando il catalizzatore è completamente disciolto nel metanolo, la premiscela del catalizzatore viene miscelata con l'olio riscaldato. La pompa alimenta la miscela alla cella di flusso. Mediante la valvola di contropressione, la pressione viene regolata da 1 a 3 barg (15 a 45 psig). Il ricircolo attraverso il reattore a biodiesel ad ultrasuoni dovrebbe essere eseguito per circa 20 minuti. Durante questo periodo, l'olio viene convertito in biodiesel. Dopo di che, la pompa e l'ecografo vengono spenti. La glicerina (fase più pesante) si separerà dal biodiesel (fase più leggera). La separazione richiede da 30 a 60 minuti circa. Quando la separazione è terminata, la glicerina può essere drenata.

Lavaggio Biodiesel

Poiché il biodiesel convertito contiene impurità, è necessario un lavaggio. Per il lavaggio, l'acqua viene mescolata al biodiesel. Gli ultrasuoni possono favorire la miscelazione del biodiesel con l'acqua. Ciò aumenta la superficie attiva come risultato della riduzione delle dimensioni delle gocce. Si tenga presente che una sonicazione molto intensa può ridurre le gocce d'acqua a una dimensione tale da formare un'emulsione quasi stabile che richiederà mezzi speciali (ad esempio, una centrifuga) per essere separata.
 

Il video mostra l'emulsione altamente efficiente dell'olio utilizzando un ultrasuonatore a sonda. Il processore a ultrasuoni utilizzato è un ultrasuonatore Hielscher UP400St, ideale per preparare lotti di medie dimensioni di emulsioni di alta qualità.

Video: UP400St - Omogeneizzatore a ultrasuoni da 400 Watt

Miniatura del video

 

Impianto di produzione di biodiesel

Il diagramma di flusso sottostante mostra una tipica configurazione per la sonicazione in linea di olio, metanolo e catalizzatore per la conversione in biodiesel.
 

Grafico di processo che mostra il processo del biodiesel in modalità di flusso continuo. Gli ultrasuoni possono migliorare significativamente l'esterificazione e la transesterificazione.

L'esterificazione e la transesterificazione a ultrasuoni possono essere eseguite come processo in batch o continuo in linea. Il grafico mostra il processo in linea a ultrasuoni per la transesterificazione del biodiesel (FAME).

 

Lavorazione e separazione continua del biodiesel

In una configurazione per il trattamento continuo del biodiesel e la separazione continua, l'olio riscaldato e la premiscela di catalizzatori vengono miscelati in modo continuo utilizzando pompe regolabili. Un miscelatore statico in linea migliora l'omogeneità dell'alimentazione del reattore a ultrasuoni. La miscela di olio e catalizzatore passa nella cella di flusso, dove viene esposta alla cavitazione ultrasonica per circa 5-30 secondi. Una valvola di contropressione viene utilizzata per controllare la pressione nella cella di flusso. La miscela sonicata entra nella colonna del reattore, nella parte superiore. Il volume della colonna del reattore è progettato per garantire un tempo di ritenzione di circa 1 ora nella colonna. Durante questo tempo, la reazione di transesterificazione viene completata. La miscela glicerina/biodiesel reagita viene pompata alla centrifuga dove viene separata nelle frazioni di biodiesel e glicerina. Il post-trattamento prevede il recupero del metanolo, il lavaggio e l'asciugatura e può essere effettuato anche in continuo.

Questa configurazione elimina i lotti del reattore del biodiesel, gli agitatori convenzionali e le grandi vasche di separazione.

Velocità di reazione alla transesterificazione del biodiesel

I diagrammi seguenti mostrano i risultati tipici della transesterificazione dell'olio di colza (di qualità industriale) con metossido di sodio (a sinistra) e idrossido di potassio (a destra). Per entrambi i test, un campione di controllo (linea blu) è stato esposto a un'intensa miscelazione meccanica. La linea rossa rappresenta il campione sonicato di una formulazione identica per rapporto di volume, concentrazione di catalizzatore e temperatura. L'asse orizzontale indica il tempo dopo la miscelazione o la sonicazione, rispettivamente. L'asse verticale mostra il volume di glicerina che si è depositato sul fondo. Si tratta di un semplice strumento per misurare la velocità di reazione. In entrambi i diagrammi, il campione sonicato (rosso) reagisce molto più velocemente del campione di controllo (blu).
 

La miscelazione a ultrasuoni supera quella convenzionale grazie a rese più elevate di biodiesel e a una conversione più rapida. Questo vantaggio della sonicazione si applica indipendentemente dal catalizzatore utilizzato.

Confronto tra miscelazione ad ultrasuoni (grafico rosso) e miscelazione convenzionale (grafico blu) per la produzione di biodiesel – utilizzando come catalizzatori il metossido di sodio (a sinistra) e l'idrossido di potassio (a destra).

 

Collegamenti per le forniture di biodiesel

Clicca qui per i link ai fornitori di pompe e serbatoi per l'industria del biodiesel.

Informazioni chimiche e di sicurezza

Si prega di leggere attentamente le informazioni riportate di seguito, per evitare complicazioni ed effetti avversi sulla salute.

Biodiesel Prodotti chimici

Il metanolo è tossico. Può causare il deterioramento dei nervi a causa di un uso prolungato. Può essere adsorbito anche dalla pelle. Se spruzzato negli occhi può causare cecità e il metanolo può essere fatale se ingerito. Per questo motivo, prendere le precauzioni necessarie durante la manipolazione del metanolo. Si raccomanda di utilizzare un buon respiratore, un grembiule e guanti di gomma.

L'idrossido di potassio (KOH) è tossico e provoca ustioni cutanee al contatto. È necessaria una buona ventilazione.

Assicurarsi che l'area di lavoro sia generosamente e accuratamente ventilata per consentire la fuoriuscita dei fumi. I respiratori a cartuccia vapori non sono efficaci contro i fumi di metanolo. Un sistema di mandata aria (SCBA — Autorespiratore) offre una migliore protezione contro i vapori di metanolo.

Biodiesel e parti in gomma

Il funzionamento a biodiesel al 100% per un tempo più lungo può causare complicazioni alle parti in gomma bagnate (pompa, tubi flessibili, O-ring) del motore. La sostituzione con parti in acciaio o gomma resistente può eliminare questo problema. In alternativa è possibile miscelare circa il 25% di diesel convenzionale (fossile) nel biodiesel per evitare complicazioni.



Letteratura / Referenze


Ultrasuoni ad alte prestazioni! La gamma di prodotti Hielscher copre l'intero spettro, dagli ultrasuoni da laboratorio compatti alle unità da banco fino ai sistemi a ultrasuoni industriali completi.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensione industriale.


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