Reattori a flusso ultrasonico – Design, applicazioni e vantaggi

I reattori a ultrasuoni consentono un trattamento continuo in linea di liquidi e fanghi applicando potenti onde ultrasoniche. I reattori a ultrasuoni sono utilizzati per l'omogeneizzazione, la miscelazione, l'emulsificazione, la dispersione, l'estrazione, la disintegrazione cellulare, la pastorizzazione, la degassificazione, la dissoluzione e l'intensificazione di reazioni chimiche come la sintesi o la catalisi. Per saperne di più sulla tecnologia dei reattori a ultrasuoni e su come il vostro processo può trarre vantaggio dalla sonicazione!

A cosa servono le celle a flusso nei processi di sonicazione?

Una cella a flusso, nota anche come cella a flusso passante o reattore a flusso, è un dispositivo utilizzato in varie applicazioni scientifiche e ingegneristiche per consentire processi a flusso continuo. Le celle di flusso sono comunemente utilizzate nei processi di sonicazione, soprattutto quando vengono trattati volumi elevati con ultrasuoni di potenza. Una cella a flusso ultrasonico o un reattore sionochimico è una camera o una cella specializzata progettata per consentire il passaggio di un liquido o di un fango durante la sonicazione.

Le celle a flusso sono comunemente utilizzate in campi quali la miscelazione e l'omogeneizzazione, la chimica, la biologia, l'elettrochimica e la biotecnologia. Offrono diversi vantaggi rispetto ai processi batch, tra cui una sonicazione più uniforme, un maggiore controllo, una migliore cinetica di reazione, un trasferimento di massa efficiente e la possibilità di integrare il processo di sonicazione in modo efficiente in un processo di produzione in linea.

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Omogeneizzatore industriale a ultrasuoni con reattore a celle di flusso

Il MultiSonoReactor MSR-4 è un reattore di omogeneizzazione industriale in linea per liquidi ad alta produttività.

Applicazioni per le celle a flusso ultrasonico e i reattori sonotecnici

I reattori a ultrasuoni Hielscher possono essere utili per un'ampia gamma di reazioni chimiche che coinvolgono interfacce liquido-solido, liquido-liquido o liquido-gas. Alcuni esempi di reazioni che possono essere migliorate utilizzando reattori a ultrasuoni includono:

  • Omogeneizzazione delle emulsioni: I reattori a ultrasuoni possono aiutare a rompere e disperdere le particelle nelle emulsioni, ottenendo prodotti più stabili e uniformi.
  • Cristallizzazione: L'irradiazione a ultrasuoni può indurre la cristallizzazione nelle soluzioni, portando alla formazione di cristalli piccoli e uniformi con elevata purezza.
  • Degassamento: L'irradiazione a ultrasuoni può essere utilizzata per rimuovere i gas disciolti dai liquidi, migliorando la qualità e la stabilità dei prodotti.
  • Estrazione: I reattori a ultrasuoni possono aumentare l'efficienza dei processi di estrazione promuovendo la diffusione dei soluti attraverso le membrane o le interfacce.
  • Polimerizzazione: L'irradiazione a ultrasuoni può favorire l'avvio e la propagazione delle reazioni di polimerizzazione, portando a tassi di reazione più rapidi e a pesi molecolari più elevati.
  • Sintesi di nanoparticelle: I reattori a ultrasuoni possono essere utilizzati per sintetizzare nanoparticelle con dimensioni, forma e proprietà superficiali controllate.
  • Sonocatalisi: L'irradiazione a ultrasuoni può potenziare l'attività catalitica di alcuni materiali, portando a velocità di reazione più elevate e a una migliore selettività.

 

Ultrasuonatore UIP6000hdT con reattore a celle di flusso a ultrasuoni e armadio di protezione acustica per processi industriali ad alta produttività.

Il sonicatore industriale UIP6000hdT con reattore a celle di flusso a ultrasuoni e armadio di protezione acustica.

Questo video mostra un cambiamento di colore indotto dalla cavitazione ultrasonica in un liquido. Il trattamento di sonicazione intensifica la reazione ossidativa.

Cambiamento di colore indotto dalla cavitazione con il Sonicator UP400St

Miniatura del video

Design sofisticato del reattore a ultrasuoni per risultati di processo superiori

Quando si parla di reattori in linea per il trattamento dei liquidi, occorre considerare diversi fattori importanti. I reattori a ultrasuoni Hielscher sono progettati e costruiti in base a questi fattori, che possono variare a seconda dell'applicazione specifica e dei requisiti, ma ecco alcune considerazioni rilevanti:

  • Progettazione del reattore: La progettazione di un reattore è uno dei fattori più influenti per il successo del processo in linea a ultrasuoni. Fattori come le dimensioni, la geometria, la posizione del sonotrodo e il materiale di costruzione devono essere presi in considerazione per garantire la compatibilità con il liquido da sonicare e le condizioni di reazione desiderate (ad esempio, intensità degli ultrasuoni, temperatura e pressione).
  • Miscelazione e agitazione: La sonicazione fornisce una micro-miscelazione altamente efficiente. Per i reattori in vasca più grandi, potrebbe essere utile un'ulteriore miscelazione e agitazione per ottenere una buona macro-miscelazione. Un miscelatore a pale o una girante contribuiscono a un trasferimento di massa ottimale, poiché tutto il materiale viene spostato nella zona di cavitazione a ultrasuoni. Pertanto, i reattori Hielscher consentono di incorporare macromiscelatori, come giranti o agitatori.
  • Tempo di permanenza: Il tempo di residenza nel reattore stereo, che si riferisce al tempo che il liquido trascorre all'interno del reattore, è un parametro critico: È il tempo durante il quale il materiale è esposto alle vibrazioni ultrasoniche, alla cavitazione e alle forze di taglio. Influisce sull'entità della reazione e sulla produttività del processo. I reattori a ultrasuoni Hielscher sono progettati per controllare e regolare in modo semplice e affidabile il tempo di permanenza desiderato, mantenendo una portata adeguata.
  • Controllo della temperatura: Per molti materiali e reazioni è essenziale un controllo preciso della temperatura. Per questo motivo, i reattori a ultrasuoni Hielscher sono dotati di dispositivi per il controllo e il mantenimento della temperatura desiderata. Questo si ottiene con vari mezzi, come il rivestimento o i sistemi di riscaldamento/raffreddamento esterni.
  • Controllo della pressione: Alcune reazioni traggono vantaggio da condizioni di pressione specifiche. In generale, gli effetti della sonicazione si intensificano a pressioni elevate. Il reattore deve essere in grado di gestire l'intervallo di pressione desiderato in modo sicuro ed efficace. Naturalmente, Hielscher offre meccanismi di controllo della pressione, come valvole di sicurezza o regolatori di pressione, per i suoi reattori a ultrasuoni.
  • Considerazioni sulla sicurezza: La semplicità di funzionamento e la sicurezza sono di primaria importanza nella progettazione dei reattori. In conformità agli standard industriali e alle massime considerazioni in materia di sicurezza, i reattori a ultrasuoni Hielscher sono progettati e gestiti con caratteristiche di sicurezza adeguate, come valvole di sicurezza, sistemi di monitoraggio della pressione e della temperatura, registrazione automatica dei dati e capacità di spurgo del gas inerte, se necessario.
  • Potenziale di scalabilità: Se si prevede che le esigenze di lavorazione dei liquidi aumenteranno in futuro, è importante considerare il potenziale di scalabilità del reattore. I reattori a ultrasuoni Hielscher sono progettati per essere facilmente scalabili, per adattarsi a volumi di produzione più elevati mantenendo l'efficienza del processo.
  • Manutenzione e pulizia: I reattori stereo Hielscher sono molto robusti e progettati per facilitare la manutenzione, l'ispezione e la pulizia. Superfici interne lisce, connessioni accessibili e rapidamente rimovibili, nonché una buona drenabilità e la funzione CIP (Clean-in-Place) contribuiscono a ridurre al minimo i tempi di inattività e a garantire una corretta igiene.
  • Compatibilità e resistenza alla corrosione: Considerando la compatibilità dei materiali del reattore con il liquido da trattare, Hielscher offre reattori stereo personalizzati. La compatibilità chimica è fondamentale per evitare corrosione, contaminazione o reazioni indesiderate.
  • Monitoraggio e controllo dei processi: I sensori di pressione e temperatura, la velocità di alimentazione e di passaggio regolabile e i relativi dispositivi di monitoraggio, nonché la protocollatura automatica delle condizioni del processo a ultrasuoni, forniscono dati in tempo reale sui parametri critici del processo. Queste informazioni consentono il massimo controllo, l'ottimizzazione e la standardizzazione del processo.
  • Integrazione con le apparecchiature di processo: I reattori a ultrasuoni Hielscher possono essere facilmente e comodamente integrati nell'intero sistema di trattamento dei liquidi. La compatibilità e le connessioni corrette con le apparecchiature a monte e a valle, come pompe, filtri, scambiatori di calore e unità di raccolta/stoccaggio del prodotto, possono essere facilmente implementate e successivamente adattate alle modifiche della linea di produzione.
  • Ultrasuonatore in linea Hielscher UIP4000hdT con cella di flusso per processi di omogeneizzazione e miscelazione in linea

    Omogeneizzatore ad ultrasuoni industriale 4kW UIP4000hdT con reattore a flusso continuo per la miscelazione e l'omogeneizzazione in linea

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    Sonicatori e reattori sonici per processi a flusso in linea

    Hielscher Ultrasonics offre sonicatori e reattori a ultrasuoni ad alte prestazioni per il trattamento di liquidi di qualsiasi dimensione.

    Progettazione, produzione e consulenza – Qualità Made in Germany

    Il reattore a ultrasuoni a flusso continuo soddisfa gli standard industriali per i processi ad alto volume, quali miscelazione, dispersione, omogeneizzazione, emulsione e reazioni chimiche.I sonicatori e i reattori sicochimici Hielscher sono noti per i loro elevati standard di qualità e progettazione. La robustezza e la facilità di funzionamento consentono di integrare senza problemi i nostri sonicatori e le nostre celle di flusso a ultrasuoni negli impianti industriali. I sonicatori Hielscher sono in grado di gestire facilmente condizioni difficili e ambienti impegnativi.

    Hielscher Ultrasonics è un'azienda certificata ISO e pone particolare enfasi sugli ultrasuonatori ad alte prestazioni, caratterizzati da tecnologia all'avanguardia e facilità d'uso. Naturalmente, gli ultrasuoni Hielscher sono conformi alla normativa CE e soddisfano i requisiti UL, CSA e RoH.
     
    La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

    Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
    0,5-1,5 mL n.a. VialTweeter
    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
    Da 15 a 150L Da 3 a 15L/min UIP6000hdT
    n.a. 10 - 100L/min UIP16000
    n.a. più grande cluster di UIP16000

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    Gli omogeneizzatori a ultrasuoni ad alto potere di taglio sono utilizzati in laboratorio, su banco, in processi pilota e industriali.

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



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    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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