多相キャビテーター-超音波フローセル用インサート

MultiPhaseキャビテーターの挿入物(InsertMPC48)は液体/液体または液体/ガスの混合物の超音波処理を改善するために設計されている。48個の非常に細いカニューレが、キャビテーションゾーンの液相に液体または気体を注入します。これにより、非常に小さな浮遊液滴または気泡が発生し、非常に高い比表面積が生じます。

このインサートは、相移動反応などのエマルジョン化学に特に有用です。 相転移触媒 (PTC)または液体液体抽出。別の興味深い応用分野は、2つの液体前駆体からの粒子の沈殿またはソノ結晶化です。このインサートは、ヒールシャーフローセルリアクター用に設計されており、バッチ処理または連続処理が可能です。

1 個および 48 個のインジェクションポート

超音波処理は、乳化および混合のための効果的な手段である。フローセルとキャビテーションに入る前に別々のフェーズを組み合わせる従来のセットアップとは異なり、このフローセルインサートは2つのフェーズの組み合わせを改善します。液体が48本の細いカニューレを通して注入されると、非常に細いストランドでフローセルに入ります。インサートは、内径が0.3mmから1.2mmの非常に48本の微細な医療用カニューレを使用しています。これらのカニューレは簡単に交換でき、低コストの消耗品です(滅菌済み、約2ct/pc)。超音波キャビテーション(20kHz)は、48個の入射液ストランドがフローセル内の液相に入るときに小さな液滴に切断します。
この設計では、1つの供給から48個のカニューレすべてに同じ供給圧力を適用して、カニューレ間の流れを平準化します。

液液反応のための超音波反応器への48の入口ポート

用途と用途

ヒールシャー超音波反応器は、液液相系における相移動プロセス速度または溶解速度を改善するために、乳化するためによく使用されます。このようなプロセスの例は、過酸化水素による酸化的脱硫とそれに続く溶媒抽出、またはトリグリセリドの塩基触媒によるエステル交換です。
1つの試薬相が別の試薬相に溶けないことは、両方の相が間相でのみ互いに反応するため、プロセスエマルジョン化学における重大な問題です。超音波を使用しないと、二相系では反応速度が低くなり、変換速度が遅くなります。
超音波反応器を備えたインサートを使用すると、キャビテーションは高い水硬性せん断を生成し、注入された相をサブミクロンおよびナノサイズの液滴に分解します。相境界の比表面積は化学反応速度に影響を与えるため、この液滴直径の大幅な減少により反応速度が向上し、相移動剤の必要性が減少または排除される可能性があります。注入された相の体積パーセンテージは、より細かいエマルジョンが他の試薬相と同じ接触面を提供するためにより少ない体積を必要とするため、低下し得る。
このインサートを使用すると、両親媒性エマルジョン触媒の必要量が低下する可能性があります。 相間移動触媒(PTC)、例えば、水性液体と有機液体の両方に溶解する独自の能力を持つ四級アンモニウム塩など。

化学反応のための物質移動の強化

2つの試薬相が相境界で反応すると、反応生成物は液滴表面に蓄積し、試薬相が界面で相互作用するのをブロックします。超音波キャビテーションによって引き起こされる水圧せん断は、液滴表面との間の乱流および材料輸送をもたらし、新たな液滴の反復合体およびその後の形成をもたらす。反応が経時的に進行するにつれて、超音波処理は試薬の曝露および相互作用を最大化する。
この効果は、植物油のバイオディーゼルへのエステル交換や、ジオールによるジエステルのエステル交換によるポリエステルの合成による高分子の形成など、多くのプロセスで使用されます。

乳化・乳化

このフローセルインサートは、非混和性液体を混合する際の乳化を改善します。これにより、液滴のサイズが小さくなり、サイズ分布が狭くなります – エマルジョンの安定性の重要な要素。この設計により、重油(HFO)、ポリマー、ゲルなどの高粘度の液体にも、低粘度および中粘度の液体を注入して乳化することができます。一部の製剤では、乳化剤または安定剤を添加する必要がある場合があります。この場合、乳化剤を均一に混合するのに役立ちます。カニューレを介して複数のフェーズの注入のためのカスタマイズされたデザインは、ご要望に応じてご利用いただけます。

液液抽出

このインサートは、油相の溶媒相などの微細なサイズの乱流エマルジョンを作成することにより、液液抽出プロセスを後押しします。繰り返しになりますが、これにより相接触面が増加し、抽出が改善され、溶媒の使用量が削減されます。

よりクリーンな燃焼のための水産燃料

船舶や発電に使用される重油などの低品位燃料油は、水で乳化することができます。これにより、燃焼効率が向上し、NOが大幅に減少します_x 排出物とすす。
水産燃料(エマルジョン燃料)の超音波乳化についてもっと読む!

沈殿物/ソノ結晶化

顔料またはナノ粒子は、液体中の沈殿によってボトムアップで生成できます。この場合、過飽和混合物は、高濃度の材料から固体粒子または結晶を形成し始めます。これらの粒子は特定のポイントまで成長し、最終的に沈殿します。粒子/結晶サイズと形態を制御するためには、前駆体/試薬の混合を制御することが不可欠です。
一般に、沈殿プロセスには、混合、過飽和、核形成、粒子成長、および凝集が含まれます。後者は、低固形分濃度または安定化剤によって回避されます。ミキシングは重要です。ほとんどの沈殿プロセスと同様に、反応の速度は非常に高いです。InsertMPC48は、高速の狭い注入ジェットと強力な超音波キャビテーションせん断を組み合わせています。これにより、混合速度とパフォーマンスが最大化され、より多くの小さな粒子が生成されます。

ラボテストからパイロットスケール、生産まで

ヒールシャー超音波は、任意の規模でこの技術をテストし、検証し、利用するための機器を提供しています。このコンセプトは、既存のプロセスに簡単に組み込むことができます。

1. フローセルの下部にある液体入口ポートに供給フェーズ
2. フェーズBをフローセルの側面にある小さな液体入口ポートに供給します。このフィードは、48本の細いパイプを介してキャビテーション領域に注入されます
3. フローセル出口の背圧バルブを使用してリアクトル圧力を調整します

ベンチトップ レベル a UIP1000HDの (1kW)は、プロセスのデモンストレーションと超音波処理パラメータの最適化のために、100〜1000L / hr(25〜250ガロン/ hr)の流量を処理できます。ヒールシャー超音波プロセッサは、パイロットまたは生産規模でより大きな処理量への線形スケールアップのために設計されています。以下の表は、処理量と推奨される機器サイズを示しています。