Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Biorefinerie efficienti tramite l'intensificazione del processo a ultrasuoni


L'ultrasonicazione 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 ad ultrasuoni sono l'estrazione, le reazioni lente ed eterogenee, così come altre applicazioni che comportano una miscelazione intensa, l'omogeneizzazione e la dispersione. L'ultrasonicazione accelera i processi e le reazioni e li rende più efficienti. I risultati dei processi promossi dagli ultrasuoni sono rendimenti/uscite più elevati e tassi di conversione più elevati.

Cosa sono le Bio-Refinerie?

Una bioraffineria è un impianto di produzione che integra i processi di conversione della biomassa e le attrezzature di lavorazione per produrre combustibili, energia e altri prodotti benefici come le sostanze chimiche dalla materia prima della biomassa. Le biomasse tipiche lavorate nelle bioraffinerie includono materie prime come i rifiuti agricoli e i sottoprodotti, che vengono riciclati in vari prodotti a valore aggiunto a base biologica, ad esempio, alimenti, mangimi, prodotti chimici, bioenergia (biocarburanti, energia e/o calore). I processi di produzione di una bioraffineria devono essere sostenibili e rispettosi dell'ambiente. Come le 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 chiave delle bioraffinerie è la valorizzazione e il riciclaggio/riciclaggio dei rifiuti come i rifiuti agricoli, urbani e industriali attraverso la conversione di biomasse inutili in materiali di valore.

Bioraffinerie ad ultrasuoni intensificati

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

Ultrasonic extraction of green biomass

Estrazione ad ultrasuoni e omogeneizzazione della biomassa verde per liberare e isolare i composti preziosi

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

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

  • Taglio alto: Le forze ad ultrasuoni ad alto taglio perturbano i liquidi e i sistemi liquidi-solidi causando un'intensa agitazione, l'omogeneizzazione e il trasferimento di massa.
  • Impatto: I getti di liquidi e lo streaming generato dalla cavitazione ultrasonica accelerano i solidi nei liquidi, il che porta successivamente alla collisione interparticellare. Quando le particelle si scontrano a velocità molto elevate, erodono, si frantumano e vengono macinate e disperse finemente, spesso fino a dimensioni nanometriche. Per la materia biologica, come i tessuti vegetali e i rifiuti organici, i getti di liquido ad alta velocità e i cicli di pressione alternati interrompono le pareti cellulari e rilasciano il materiale intracellulare. Ciò si traduce in un'estrazione altamente efficiente dei composti bioattivi e nella miscelazione omogenea della biomassa.
  • Agitazione: L'ultrasonicizzazione provoca intense turbolenze, forze di taglio e micro-movimenti nel liquido o nel fango. In questo modo la sonicazione intensifica sempre il trasferimento di massa e accelera così le reazioni e i processi.

Processore ad ultrasuoni UIP4000hdT per l'estrazione e l'elaborazione di flussi di grandi volumi

Gli ultrasuoni ad alte prestazioni sono una tecnica di intensificazione del processo applicata a più industrie. L'ultrasonicizzazione è utilizzata per trattare liquidi e fanghi al fine di miscelare e omogeneizzare, promuovere il trasferimento di massa, estrarre composti e/o avviare reazioni chimiche.

Le applicazioni comuni di ultrasuoni nelle bioraffinerie sono:

  • Produzione di bioetanolo
  • estrazione di composti preziosi dalla biomassa (ad esempio proteine, pectine, amidi, ecc.)
  • sintesi di biodiesel da oli vegetali esausti e grassi animali
  • Dall'Olio di Alga al Biodiesel
  • trattamento lignocellulosa
  • modifica dell'amido
Ultrasuoni ad alte prestazioni UIP4000hdT per applicazioni industriali

UIP4000hdT – Sistema ad ultrasuoni di potenza 4kW per la sonicazione continua in linea dei fanghi

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Processori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per bioraffinerie

Cella di flusso UIP4000hdT per sonicazione in linea su scala industrialeHielscher Ultrasonic produce e distribuisce miscelatori ad ultrasuoni ad alto rendimento per applicazioni ad alte prestazioni come l'omogeneizzazione, la miscelazione, la rottura delle cellule, la disgregazione, la disintegrazione, l'estrazione, la dispersione, la degassificazione e l'avvio di reazioni chimiche. I reattori a ultrasuoni sono implementati nelle bioraffinerie di tutto il mondo per aumentare l'efficienza, i rendimenti e il tasso di conversione dei vari processi.
Apparecchiature ad ultrasuoni ad alte prestazioni per processi di bioraffineria sono prontamente disponibili per installazioni da banco, pilota e industriali. Poiché le applicazioni ad ultrasuoni come l'estrazione, la disintegrazione, la dissoluzione, il miglioramento del trasferimento di massa, l'omogeneizzazione e la disaerazione sono processi già consolidati, il passaggio dalle prime prove, l'ottimizzazione alle vostre specifiche esigenze di processo e l'installazione di un sistema di separazione e/o lisciviazione ad ultrasuoni completamente industriale è semplice e veloce.
Hielscher Ultrasonics fornisce ultrasuoni ad alte prestazioni di qualsiasi dimensione e capacità. Con l'UIP16000 (16kW), Hielscher produce il processore ad ultrasuoni più potente al mondo. L'UIP16000 così come tutti gli altri sistemi industriali ad ultrasuoni possono essere facilmente raggruppati alla capacità di elaborazione richiesta. Tutti gli ultrasuoni Hielscher sono costruiti per il funzionamento 24/7 a pieno carico e in ambienti esigenti.

Sonde a ultrasuoni e reattori sonori per qualsiasi volume

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

Ampiezze precisamente controllabili per risultati ottimali

Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Tutti i processori ad ultrasuoni Hielscher sono controllabili con precisione e quindi affidabili cavalli di lavoro in R&D e produzione. L'ampiezza è uno dei parametri di processo cruciali che influenzano l'efficienza e l'efficacia delle reazioni indotte sonicamente e sonomeccanicamente. Tutti gli Ultrasonici Hielscher’ I processori consentono di impostare con precisione l'ampiezza. I sonotrodi e le trombe di richiamo sono accessori che permettono di modificare l'ampiezza in una gamma ancora più ampia. I processori industriali ad ultrasuoni di Hielscher sono in grado di fornire ampiezze molto elevate e di fornire l'intensità ultrasonica richiesta per le applicazioni più esigenti. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in continuo 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
Le impostazioni precise dell'ampiezza e il monitoraggio permanente dei parametri di processo a ultrasuoni tramite un software intelligente vi danno la possibilità di trattare la biomassa nelle condizioni ultrasoniche più efficaci. Sonicazione ottimale per il più efficiente upcycling della biomassa!
La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili. Questo rende l'apparecchiatura ad 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 e a conduzione familiare, Hielscher dà la priorità ai più alti standard di qualità per i suoi processori a ultrasuoni. Tutti gli ultrasuoni sono progettati, prodotti e accuratamente testati nella nostra sede centrale di Teltow vicino a Berlino, Germania. La robustezza e l'affidabilità delle apparecchiature a ultrasuoni di 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 ad ultrasuoni ad alte prestazioni di Hielscher. Il nostro team di esperti è pronto ad assistervi con la conoscenza del processo, la formazione e il supporto.

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

Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
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
n.a. 10 - 100L/min UIP16000
n.a. più grande cluster di UIP16000

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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione in laboratorio, pilota e su scala industriale.

Letteratura / Referenze