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超音波フローリアクター – デザイン、用途、利点

超音波リアクターは、強力な超音波を利用して液体やスラリーをインラインで連続処理することができます。超音波リアクターは、ホモジナイズ、混合、乳化、分散、抽出、細胞崩壊、低温殺菌、脱気、溶解、合成や触媒反応などの化学反応の強化に使用されます。超音波リアクター技術の詳細と、超音波処理によるプロセスの利点についてお読みください!

ソニケーション・プロセスにおけるフローセルとは?

フローセル(フロースルー・セルまたはフロー・リアクターとも呼ばれる)は、様々な科学的・工学的応用において、連続フロープロセスを可能にするために使用される装置である。フローセルは、特に大量の超音波を出力する超音波処理プロセスでよく使用されます。超音波フローセルまたはソノケミカルリアクターは、超音波処理を施しながら液体またはスラリーを通過させるように設計された特殊なチャンバーまたはセルです。

フローセルは、混合やホモジナイゼーション、化学、生物学、電気化学、バイオテクノロジーなどの分野で一般的に使用されています。フローセルは、バッチプロセスと比較して、より均一な超音波処理、高度な制御、反応速度論の改善、効率的な物質移動、インライン生産プロセスにおける超音波処理プロセスの効率的な統合能力など、いくつかの利点を提供します。

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フローセルリアクター付き工業用超音波ホモジナイザー

マルチソノリアクターMSR-4は工業用インラインホモジナイザーです。

超音波フローセルとソノケミカルリアクターの用途

Hielscher社製の超音波リアクターは、液体-固体、液体-液体、液体-気体の界面を含む幅広い化学反応に有用である。超音波リアクターを使用して向上させることができる反応の例には、以下のようなものがある:

  • エマルションの均質化超音波リアクターは、エマルション中の粒子を分解・分散させ、より安定した均一な製品を作るのに役立ちます。
  • 結晶化: 超音波照射は溶液中の結晶化を誘発し、高純度で小さく均一な結晶の形成をもたらす。
  • ガス抜き: 超音波照射は、液体から溶存ガスを除去するために使用することができ、製品の品質と安定性を向上させることができる。
  • 抽出: 超音波リアクターは、膜や界面を横切る溶質の拡散を促進することで、抽出プロセスの効率を高めることができる。
  • 重合: 超音波照射は、重合反応の開始と進行を促進し、反応速度の高速化と高分子量化につながる。
  • ナノ粒子の合成: 超音波リアクターは、サイズ、形状、表面特性を制御したナノ粒子の合成に使用できる。
  • ソノカタリシス: 超音波照射は、ある種の材料の触媒活性を高め、反応速度の高速化と選択性の向上につながる。

 

工業用高スループットプロセス用の超音波フローセルリアクタと防音キャビネットを備えた超音波発生装置UIP6000hdT。

工業用ソニケーター UIP6000hdT 超音波フローセル・リアクターと防音キャビネット付き。

このビデオでは、超音波キャビテーションによる液体中の色の変化を示しています。超音波処理により酸化還元反応が促進されます。

ソニケーターUP400Stによるキャビテーション誘発色の変化

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優れたプロセス結果をもたらす洗練された超音波リアクター設計

液体処理用のインラインリアクターに関しては、いくつかの重要な要素を考慮する必要があります。Hielscher 社の超音波リアクターは、設計・製造されています。 これらの要因は、特定のアプリケーションや要件によって異なりますが、以下に関連する考慮事項を示します:

  • 原子炉の設計: 超音波インライン処理を成功させるためには、リアクター自体の設計が最も影響力のある要因の一つです。サイズ、形状、ソノトロードの位置、構造材料などの要因は、超音波処理される液体との適合性、および望ましい反応条件(例えば、超音波強度、温度、圧力)を確保するために考慮されなければなりません。
  • 混合と攪拌: ソニケーションは非常に効率的なマイクロミキシングを提供する。より大きなタンクの反応器では、良好なマクロ混合を得るために混合と撹拌を追加することが有益な場合がある。ブレードミキサーまたはインペラーは、すべての材料が超音波キャビテーションゾーンに移動するため、最適な物質移動に貢献します。したがって、Hielscherリアクターの設計では、インペラーやスターラーなどのマクロミキサーを組み込むことができます。
  • 滞在時間: 超音波リアクター内の滞留時間は、液体がリアクター内で過ごす時間を指し、重要なパラメーターである:材料が超音波振動、キャビテーション、せん断力にさらされる時間です。これは反応の程度とプロセスの生産性に影響します。Hielscher社の超音波リアクターは、適切な流量を維持しながら、望ましい滞留時間を簡単かつ確実に制御・調整できるように設計されています。
  • 温度管理: 多くの材料や反応では、正確な温度制御が不可欠です。そのため、Hielscher社の超音波リアクターには、所望の温度を制御・維持するための装置が装備されています。これは、ジャケッティングや外部加熱/冷却システムなどの様々な手段によって達成されます。
  • 圧力制御: 特定の圧力条件が有効な反応もある。一般に、超音波処理の効果は高圧下で強まる。リアクターは、希望する圧力範囲を安全かつ効果的に処理できるものでなければなりません。もちろん、Hielscher社は超音波リアクターにリリーフバルブや圧力レギュレーターなどの圧力制御機構を提供しています。
  • 安全性への配慮: シンプルな操作と安全性はリアクターの設計において最も重要です。工業規格と最高の安全配慮に従って、Hielscherの超音波リアクターは、圧力逃し弁、圧力・温度監視システム、自動データ記録、必要に応じて不活性ガスパージ機能など、適切な安全機能を備えて設計・運転されています。
  • スケールアップの可能性: 液体処理のニーズが将来増加すると予想される場合、リアクターのスケールアップの可能性を考慮することが重要です。Hielscher社の超音波リアクターは、プロセス効率を維持しながら生産量の増加に対応できるよう、容易に拡張できるように設計されています。
  • メンテナンスと清掃性: Hielscher 社の超音波リアクターは非常に頑丈で、メンテナンス、点検、洗浄が簡単にできるように設計されています。滑らかな内面、アクセスしやすく素早く取り外し可能な接続部、良好な排水性、クリーンインプレース(CIP)機能は、ダウンタイムを最小限に抑え、適切な衛生を確保するのに役立ちます。
  • 互換性と耐食性: 処理される液体とリアクター材料の適合性を考慮し、Hielscherはカスタマイズされたソノケミカルリアクターを提供します。化学的適合性は、腐食、汚染、望ましくない反応を防ぐために非常に重要です。
  • プロセスの監視と制御: 圧力・温度センサー、調節可能な供給速度・貫流速度、関連監視装置、および超音波プロセス条件の自動データプロトコルを内蔵し、重要なプロセスパラメーターのリアルタイムデータを提供します。この情報は、最高のプロセス制御、最適化、標準化を可能にします。
  • プロセス機器との統合: Hielscher 社の超音波リアクターは、液体処理システム全体に簡単かつ快適に組み込むことができます。ポンプ、フィルター、熱交換器、製品収集/貯蔵ユニットなどの上流および下流機器との互換性と適切な接続は、容易に実施でき、生産ラインの変更にも対応できます。
  • Hielscher UIP4000hdT インラインホモジナイザーとミキシングプロセス用フローセル付きインライン超音波発生装置

    工業用4kW超音波ホモジナイザー UIP4000hdT インライン混合と均質化のためのフロースルー反応器付き

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    インラインフロープロセス用ソニケーターとソノケミカルリアクター

    Hielscher Ultrasonics社は、あらゆるサイズの液体処理用の高性能ソニケーターと超音波リアクターを提供しています。

    デザイン、製造、コンサルティング – 品質 ドイツ製

    超音波フロースルーリアクターは、混合、分散、均質化、乳化、化学反応などの大量処理における工業規格を満たしています。Hielscher社のソニケーターとソノケミカルリアクターは、その最高の品質と設計基準でよく知られています。堅牢性と容易な操作性により、当社のソニケーターと超音波フローセルを産業施設にスムーズに組み込むことができます。過酷な条件や厳しい環境でも、Hielscherのソニケーターは容易に対応できます。

    Hielscher Ultrasonics社は、ISO認証取得企業であり、最先端の技術と使いやすさを特徴とする高性能超音波振動子に特に重点を置いています。もちろん、Hielscherの超音波装置はCEに準拠しており、UL、CSA、RoHsの要件を満たしています。
     
    下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です:

    バッチ量 流量 推奨デバイス
    00.5〜1.5mL n.a. バイアルツイーター
    1〜500mL 10~200mL/分 UP100H
    10〜2000mL 20~400mL/分 UP200Ht, UP400ST
    0.1~20L 0.2~4L/分 UIP2000hdT
    10~100L 2~10L/分 UIP4000hdT
    15~150L 3~15L/分 UIP6000hdT
    n.a. 10~100L/分 uip16000
    n.a. より大きい クラスタ uip16000

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    超音波リアクター、アプリケーション、価格に関する追加情報をご希望の方は、以下のフォームをご利用ください。お客様の混合プロセスについてご相談させていただき、ご要望に合った超音波システムをご提案させていただきます!




    超音波高剪断ホモジナイザーは、実験室、ベンチトップ、パイロットおよび工業処理で使用されます。

    Hielscher Ultrasonics社は、ラボスケール、パイロットスケール、工業スケールの混合アプリケーション、分散、乳化、抽出用の高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。



    文献・参考文献


    高性能超音波!ヒールシャーの製品範囲は、コンパクトなラボ用超音波装置からベンチトップユニットまでの全スペクトルをカバーしています 卓上型超音波システム フルインダストリアル超音波システムまで。

    Hielscher Ultrasonics社は、高性能の超音波ホモジナイザーを製造しています。 ラブ への 工業用サイズ。

    あなたのプロセスについて喜んでご相談に応じます。