Hielscher Ultrasonics
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超音波フローリアクター – 設計、用途および利点

超音波リアクターは、強力な超音波を利用して、液体やスラリーを連続的にインライン処理できます。超音波リアクターは、均質化、混合、乳化、分散、抽出、細胞破砕、低温殺菌、脱気、溶解、および合成や触媒反応などの化学反応の促進に使用されます。超音波リアクター技術と、超音波処理がプロセスにもたらす利点について詳しくご紹介します。

超音波処理プロセスでフローセルは何に使用されますか?

フローセルは、フロースルーセルまたはフローリアクターとも呼ばれ、連続流プロセスを可能にするために、科学や工学のさまざまな用途で使用される装置です。フローセルは、特に大量の材料を強力超音波で処理する場合に、超音波処理プロセスで広く使用されています。超音波フローセルまたはソノケミカルリアクターは、液体やスラリーが超音波処理を受けながら内部を流れるように設計された専用のチャンバーまたはセルです。

フローセルは、混合と均質化、化学、生物学、電気化学、バイオテクノロジーなどの分野で広く使用されています。バッチプロセスと比較して、より均一な超音波処理、制御性の向上、反応速度論的特性の改善、効率的な物質移動、超音波処理をインライン生産プロセスに効率的に組み込めることなど、いくつかの利点があります。

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フローセルリアクターを備えた産業用超音波ホモジナイザー

MultiSonoReactor MSR-4は、高い処理能力で工業用液体を均質化する産業用インライン均質化リアクターです。

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–気体の界面が関与する幅広い化学反応に役立つ可能性があります。超音波リアクターを使用して促進できる反応の例を以下に示します。

  • 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の微細化と分散を助け、より安定した均一な製品につながります。
  • 結晶化: 超音波照射は溶液中で結晶化を誘起し、純度の高い、小さく均一な結晶の形成につながる可能性があります。
  • 脱気: 超音波照射は液体から溶存ガスを除去するために使用でき、製品の品質と安定性を向上させる可能性があります。
  • 抽出: 超音波リアクターは、膜や界面を通過す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ます。
  • 重合: 超音波照射は重合反応の開始と成長を促進し、反応速度の向上と分子量の増大につながる可能性があります。
  • 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ます。
  • 超音波触媒作用: 超音波照射は特定の材料の触媒活性を高め、反応速度の向上と選択性の改善につながる可能性があります。

 

大量処理を行う産業用プロセス向けの、超音波フローセルリアクターと防音キャビネットを備えた超音波処理装置UIP6000hdT。

産業用超音波処理装置UIP6000hdT には、超音波フローセルリアクターと防音キャビネットが装備されています。

超音波処理装置UP400Stのキャビテーションによる色の変化この動画では、超音波キャビテーションによって液体の色が変化する様子をご紹介します。超音波処理により、酸化還元反応が促進されます。

優れたプロセス結果を実現する高度な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では、いくつかの重要な要因を考慮する必要があります。Hielscherの超音波リアクターは設計・製造されています。これらの要因は具体的な用途や要件によって異なりますが、関連する考慮事項を以下に示します。

  • リアクターの設計: リアクター自体の設計は、超音波インライン処理を成功させるうえで最も影響力の大きい要因の一つです。超音波処理する液体との適合性と、求められる反応条件(例えば、超音波強度、温度、圧力)を確保するために、サイズ、形状、ソノトロードの位置、構成材料などの要因を考慮する必要があります。
  • 混合と撹拌: 超音波処理は、非常に効率的なミクロ混合をもたらします。大型のタンクリアクターでは、良好なマクロ混合を得るために、追加の混合と撹拌が有益な場合があります。ブレードミキサーやインペラーは、すべての材料を超音波キャビテーション領域へ移動させることで、最適な物質移動に寄与します。そのため、Hielscherのリアクター設計では、インペラーや撹拌機などのマクロ混合装置を組み込むことができます。
  • 滞留時間: ソノケミカルリアクター内の滞留時間とは、液体がリアクター内部に留まる時間を指し、重要なパラメーターです。これは、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。反応の進行度とプロセスの生産性に影響します。Hielscherの超音波リアクターは、適切な流量を維持しながら、求められる滞留時間を容易かつ確実に制御・調整できるように設計されています。
  • 温度制御: 多くの材料や反応では、精密な温度制御が不可欠です。そのため、Hielscherの超音波リアクターには、求められる温度を制御・維持するための機構が備わっています。これは、ジャケットや外部加熱・冷却システムなど、さまざまな手段によって実現されます。
  • 圧力制御: 特定の圧力条件が有益な反応もあります。一般に、圧力を高めると超音波処理の効果が強まります。リアクターは、求められる圧力範囲に安全かつ効果的に対応できる必要があります。もちろん、Hielscherは超音波リアクター用に、リリーフバルブや圧力調整器などの圧力制御機構を提供しています。
  • 安全上の考慮事項: リアクター設計では、操作の簡便さと安全性が最も重要です。産業規格と最高水準の安全上の配慮に従い、Hielscherの超音波リアクターは、圧力リリーフバルブ、圧力・温度監視システム、自動データ記録、必要に応じた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・運用されます。
  • スケールアップの可能性: 将来、液体処理の需要が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の超音波リアクターは、プロセス効率を維持しながら、より多い生産量に対応するために容易にスケールアップできるよう設計されています。
  • 保守性と洗浄性: Hielscherのソノケミカルリアクターは非常に堅牢で、保守、点検、洗浄を容易に行えるように設計されています。滑らかな内面、アクセスしやすく迅速に取り外せる接続部、良好な排液性、定置洗浄(CIP)機能により、ダウンタイムを最小限に抑え、適切な衛生状態を確保できます。
  • 適合性と耐食性: 処理する液体とリアクター材料との適合性を考慮し、Hielscherはカスタマイズしたソノケミカルリアクターを提供しています。腐食、汚染、望ましくない反応を防ぐには、化学的適合性が極めて重要です。
  • プロセスの監視と制御: 圧力・温度センサー、調整可能な供給速度と通過流速、および関連する監視装置の組み込みに加え、超音波処理条件の自動データ記録により、重要なプロセスパラメーターに関するリアルタイムデータが得られます。この情報によって、最高水準のプロセス制御、最適化、標準化が可能になります。
  • プロセス機器との統合: Hielscherの超音波リアクターは、液体処理システム全体に容易かつ円滑に組み込むことができます。ポンプ、フィルター、熱交換器、製品回収・貯蔵ユニットなど、上流および下流の機器との適合性と適切な接続は容易に実現でき、その後、生産ラインの変更にも対応できます。
  • インライン均質化および混合プロセス用のフローセルを備えたHielscher UIP4000hdTインライン超音波処理装置

    産業用4kW超音波ホモジナイザーUIP4000hdT には、インライン混合と均質化のためのフロースルーリアクターが装備されています。

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    インライン連続流プロセス用の超音波処理装置とソノケミカルリアクター

    Hielscher Ultrasonicsは、あらゆる規模の液体処理に対応する高性能超音波処理装置と超音波リアクターを提供しています。

    設計、製造、コンサルティング – ドイツ製の品質

    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プロセスに関する産業規格を満たしています。Hielscherの超音波処理装置とソノケミカルリアクターは、最高水準の品質と設計基準で広く知られています。堅牢性と操作の容易さにより、当社の超音波処理装置と超音波フローセルを産業施設に円滑に組み込むことができます。Hielscherの超音波処理装置は、過酷な条件や厳しい環境にも容易に対応します。

    Hielscher UltrasonicsはISO認証企業であり、最先端技術と使いやすさを備えた高性能超音波処理装置を特に重視しています。もちろん、Hielscherの超音波処理装置はCEに適合し、UL、CSA、RoHsの要件を満たしています。
     
    以下の表は、当社の超音波処理装置のおおよその処理能力を示しています。

    バッチ容量 流量 推奨装置
    0.5–1.5mL 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
    15–150L 3–15L/min UIP6000hdT
    n.a. 10–100L/min UIP16000
    n.a. より大きい流量 複数台を組み合わせた UIP16000

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    詳しい情報をお求めください

    音響化学反応器、用途、価格に関する詳しい情報をご希望の場合は、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を承り、ご要件に合った超音波システムをご提案いたします。





    超音波高せん断ホモジナイザーは、実験室、ベンチトップ、パイロットおよび産業規模の処理で使用されています。

    Hielscher Ultrasonicsは、実験室、パイロット、産業規模での混合用途、分散、乳化、抽出に対応する高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。



    文献・参考資料


    高性能超音波技術!Hielscherの製品ラインアップは、小型の実験室用超音波処理装置からベンチトップ装置、本格的な産業用超音波システムまで、全領域を網羅しています。

    Hielscher Ultrasonicsは、高性能超音波ホモジナイザーを 実験室規模 から 産業規模まで製造しています。

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