Bioraffinerie efficienti grazie all'intensificazione del processo a ultrasuoni

L'ultrasuonoterapia è una tecnica di intensificazione del processo, che viene implementata in vari processi nelle bioraffinerie. I processi tipici che beneficiano in modo significativo del trattamento a ultrasuoni sono l'estrazione, le reazioni eterogenee lente e altre applicazioni che comportano un'intensa miscelazione, omogeneizzazione e dispersione. Gli ultrasuoni accelerano i processi e le reazioni e li rendono più efficienti. I risultati dei processi promossi dagli ultrasuoni sono rese/uscite più elevate e tassi di conversione più alti.

Cosa sono le bioraffinerie?

Una bioraffineria è un impianto di produzione che integra i processi di conversione della biomassa e le attrezzature di lavorazione per produrre carburanti, energia e altri prodotti benefici come le sostanze chimiche dalla materia prima biomassa. La tipica biomassa trattata nelle bioraffinerie comprende materie prime come rifiuti e sottoprodotti agricoli, che vengono riciclati in vari prodotti a base biologica a valore aggiunto, ad esempio alimenti, mangimi, prodotti chimici e bioenergia (biocarburanti, energia e/o calore). I processi di produzione di una bioraffineria devono essere sostenibili e rispettosi dell'ambiente. Analogamente alle raffinerie convenzionali, le bioraffinerie possono fornire più prodotti chimici frazionando una materia prima iniziale (biomassa) in più prodotti intermedi (carboidrati, proteine, trigliceridi) che possono essere ulteriormente convertiti in prodotti a valore aggiunto. Una caratteristica fondamentale delle bioraffinerie è la valorizzazione e il riciclo dei rifiuti, come quelli agricoli, urbani e industriali, attraverso la conversione di biomasse inutili in materiali di valore.

Bioraffinerie intensificate a ultrasuoni

Grazie all'integrazione degli ultrasuoni, molti processi come l'estrazione, la digestione, la disintegrazione, la transesterificazione e molti altri possono essere eseguiti in modo significativamente più efficiente. L'intensificazione dei processi a ultrasuoni in una bioraffineria mira principalmente a migliorare i rendimenti, a rendere i processi più efficienti in termini di tempo ed energia e a migliorare la purezza e la qualità del prodotto finale. Gli ultrasuoni possono contribuire a diversi processi di bioraffineria.

Come funziona la sonicazione? – Il principio di funzionamento degli ultrasuoni

Per la lavorazione a ultrasuoni ad alte prestazioni, gli ultrasuoni ad alta intensità e bassa frequenza vengono generati da un generatore di ultrasuoni e trasmessi attraverso una sonda a ultrasuoni (sonotrodo) in un liquido. Per ultrasuoni ad alta potenza si intendono gli ultrasuoni nell'intervallo 16-30kHz. La sonda a ultrasuoni si espande e si contrae, ad esempio, a 20 kHz, trasmettendo così nel liquido rispettivamente 20.000 vibrazioni al secondo. Quando le onde ultrasoniche attraversano il liquido, l'alternanza di cicli di alta pressione (compressione) e bassa pressione (rarefazione o espansione) crea minuscole bolle di vuoto o cavità, che si sviluppano per diversi cicli di pressione. Durante la fase di compressione del liquido e delle bolle, la pressione è positiva, mentre la fase di rarefazione produce il vuoto (pressione negativa). Durante i cicli di compressione-espansione, le cavità nel liquido crescono fino a raggiungere una dimensione tale da non poter più assorbire energia. A questo punto, implodono violentemente. L'implosione di queste cavità provoca vari effetti altamente energetici, noti come fenomeno della cavitazione acustica/ ultrasonica. La cavitazione acustica è caratterizzata da molteplici effetti altamente energetici che colpiscono liquidi, sistemi solido/liquido e sistemi gas/liquido. La zona ad alta densità energetica o zona di cavitazione è nota come zona hot-spot, che è più densa di energia nelle immediate vicinanze della sonda a ultrasuoni e diminuisce con l'aumentare della distanza dal sonotrodo. L'immagine a sinistra mostra l'intensa cavitazione di una sonda a ultrasuoni da 1 kW in acqua. Le caratteristiche principali della cavitazione a ultrasuoni comprendono temperature e pressioni molto elevate che si verificano localmente e i rispettivi differenziali, turbolenze e flussi di liquido. Durante l'implosione di cavità ultrasoniche in hot-spot ultrasonici, si possono misurare temperature fino a 5000 Kelvin, pressioni fino a 200 atmosfere e getti di liquido fino a 1000km/h. Queste condizioni di eccezionale intensità energetica contribuiscono agli effetti sonomeccanici e sicochimici che intensificano in vario modo la biomassa e i sistemi chimici.
L'impatto principale dell'ultrassonorizzazione sulla biomassa deriva dai seguenti effetti:

• Alta resistenza al taglio: Le forze ultrasoniche ad alto taglio perturbano i liquidi e i sistemi liquido-solido provocando un'intensa agitazione, omogeneizzazione e trasferimento di massa.
• Impatto: I getti e i flussi di liquido generati dalla cavitazione ultrasonica accelerano i solidi nei liquidi, portando successivamente alla collisione interparticellare. Quando le particelle si scontrano a velocità molto elevate, si erodono, si frantumano e vengono macinate e disperse finemente, spesso fino a dimensioni nanometriche. Per i materiali biologici, come i tessuti vegetali e i rifiuti organici, i getti di liquido ad alta velocità e i cicli di pressione alternati distruggono le pareti cellulari e rilasciano il materiale intracellulare. Ne consegue un'estrazione altamente efficiente dei composti bioattivi e una miscelazione omogenea della biomassa.
• Agitazione: L'ultrasuonizzazione provoca intense turbolenze, forze di taglio e micromovimenti nel liquido o nel fango. In questo modo, la sonicazione intensifica sempre il trasferimento di massa e accelera le reazioni e i processi.

Processori a ultrasuoni ad alte prestazioni per le bioraffinerie

Hielscher Ultrasonic produce e distribuisce miscelatori a ultrasuoni ad alto coefficiente di taglio per applicazioni ad alte prestazioni come omogeneizzazione, miscelazione, disgregazione cellulare, disintegrazione, estrazione, dispersione, degassificazione e avvio di reazioni chimiche. I reattori a ultrasuoni vengono utilizzati nelle bioraffinerie di tutto il mondo per aumentare l'efficienza, i rendimenti e il tasso di conversione dei vari processi.
Le apparecchiature a ultrasuoni ad alte prestazioni per i processi di bioraffinazione sono prontamente disponibili per installazioni da banco, pilota e industriali. Poiché le applicazioni a ultrasuoni come l'estrazione, la disintegrazione, la dissoluzione, il miglioramento del trasferimento di massa, l'omogeneizzazione e la disaerazione sono processi già consolidati, la transizione dalle prime prove, all'ottimizzazione in base ai requisiti specifici del processo e all'installazione di un sistema di separazione e/o lisciviazione a ultrasuoni completamente industriale è rapida e semplice.
Hielscher Ultrasonics fornisce ultrasuonatori ad alte prestazioni di qualsiasi dimensione e capacità. Con il modello UIP16000 (16kW), Hielscher produce il processore a ultrasuoni più potente al mondo. L'UIP16000 e tutti gli altri sistemi industriali a ultrasuoni possono essere facilmente raggruppati in base alla capacità di elaborazione richiesta. Tutti gli ultrasonori Hielscher sono costruiti per funzionare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, a pieno carico e in ambienti difficili.

Sonde a ultrasuoni e Sono-Reactor per qualsiasi volume

La gamma di prodotti Hielscher Ultrasonics copre l'intero spettro dei processori a ultrasuoni, dai compatti ultrasuoni da laboratorio ai sistemi da banco e pilota, fino ai processori a ultrasuoni completamente industriali con la capacità di trattare carichi di camion all'ora. L'intera gamma di prodotti ci permette di offrirvi l'apparecchiatura a ultrasuoni più adatta alla vostra applicazione, alla vostra capacità di processo e ai vostri obiettivi di produzione.

Ampiezze controllabili con precisione per risultati ottimali

Tutti i processori a ultrasuoni Hielscher sono controllabili con precisione e quindi affidabili cavalli di battaglia in R&D e la produzione. L'ampiezza è uno dei parametri di processo cruciali che influenzano l'efficienza e l'efficacia delle reazioni indotte per via sonica e sonomeccanica. Tutti i prodotti Hielscher Ultrasonics’ I processori consentono di impostare con precisione l'ampiezza. I sonotrodi e le trombe di rinforzo sono accessori che consentono di modificare l'ampiezza in un intervallo ancora più ampio. I processori industriali a ultrasuoni di Hielscher sono in grado di fornire ampiezze molto elevate e di fornire l'intensità ultrasonica richiesta per le applicazioni più complesse. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in modo continuo, 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
Le impostazioni precise dell'ampiezza e il monitoraggio permanente dei parametri del processo a ultrasuoni tramite un software intelligente consentono di trattare la biomassa nelle condizioni ultrasoniche più efficaci. Sonicazione ottimale per l'upcycling della biomassa più efficiente!
La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili. Ciò rende le apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher uno strumento di lavoro affidabile che soddisfa i requisiti del processo di bioraffinazione.

Massima qualità – Progettato e prodotto in Germania

In quanto azienda a conduzione familiare, Hielscher dà priorità ai più alti standard di qualità per i suoi processori a ultrasuoni. Tutti gli ultrasuoni sono progettati, prodotti e testati a fondo nella nostra sede centrale di Teltow, vicino a Berlino, in Germania. La robustezza e l'affidabilità delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher ne fanno un cavallo di battaglia nella vostra produzione. Il funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, a pieno carico e in ambienti difficili è una caratteristica naturale delle sonde e dei reattori a ultrasuoni ad alte prestazioni di Hielscher. Il nostro team di esperti è pronto ad assistervi con la conoscenza dei processi, la formazione e l'assistenza.

La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori: