Hielscher ულტრაბგერითი ტექნოლოგია

Ultrasonically Assisted დუღილის ამისთვის Bioethanol წარმოება

დუღილი

დუღილი შეიძლება იყოს აერობული (= ჟანგვითი ფერმენტაცია) ან ანაერობული პროცესი, რომელიც გამოიყენება ბიოტექნოლოგიური გამოყენებისათვის ორგანული მასალის ბაქტერიული, სოკოვანი ან სხვა ბიოლოგიური უჯრედების კულტურის ან ფერმენტების საშუალებით. დუღილის გზით, ენერგია ამოღებულია ორგანული ნაერთების ჟანგვისგან, მაგ. ნახშირწყლები.

შაქარი არის დუღილის ყველაზე გავრცელებული სუბსტრატი, რის შედეგადაც ფერმენტაციის შემდეგ, როგორიცაა ლაქტომია, ლაქტოზა, ეთანოლი და წყალბადის. ალკოჰოლური დუღილისთვის, ეთანოლი - განსაკუთრებით საწვავის, როგორც ალკოჰოლური სასმელებისთვის – დამზადებულია დუღილით. როდესაც გარკვეული საფუარი შტამების, როგორიცაა საცრომიკოსი ცერვიზია მეტაბოლიზდება შაქარი, საფუარი უჯრედები კონვერტირებადი საწყისი მასალა ეთანოლსა და ნახშირორჟანგად.

ქვემოთ მოყვანილი ქიმიური განტოლებები შეჯამებაა:

საერთო ბიოეთანოლის წარმოებაში, შაქარი მოაქვს ფერმენტაციის მიერ ლაქტური მჟავას, ლაქტოზას, ეთანოლის და წყალბადს.

ქიმიური განტოლებები შეჯამებულია ბიოეთანოლის კონვერსიაში.

თუ დაწყებული მასალა სახამებელია, მაგ. სიმინდისგან, პირველ რიგში, სახამებელი უნდა გადაიქცეს შაქარს. ბიოეთანოლისთვის გამოიყენება საწვავი, ჰიდროლიზისთვის სახამებლის გარდაქმნა. როგორც წესი, ჰიდროლიზი დაჩქარებულია მჟავა ან ფერმენტული მკურნალობით ან ორივე კომბინაციით. ჩვეულებრივ, დუღილი ტარდება დაახლოებით 35-40 ° C.
მიმოხილვა სხვადასხვა დუღილის პროცესებზე:

საკვები:

  • წარმოება & შენარჩუნებას
  • რძის (ლაქტური მჟავა დუღილის), მაგალითად იოგურტი, კარაქი, კეფირი
  • ლაქტომიანი ფერმენტირებული ბოსტნეული, მაგ. კიმიჩი, ნიკო, ნატო, ცუკემოეო, საუარკარო
  • არომატიზმის განვითარება, მაგ. სოიოს სოუსი
  • სათრიმლავი აგენტები, მაგ. ჩაი, კაკაო, ყავა, თამბაქო
  • ალკოჰოლური სასმელები, მაგალითად ლუდი, ღვინო, ვისკი

ნარკოტიკები:

  • სამედიცინო ნაერთების წარმოება, მაგ. ინსულინი, ჰიალურონის მჟავა

ბიოგაზი / ეთანოლი:

  • ბიოგაზის / ბიოეთიანოლის წარმოების გაუმჯობესება

სკრინინგის ზედა და პილოტის ზომაში სხვადასხვა კვლევითი ნაშრომები და ტესტები აჩვენეს, რომ ულტრაბგერითი აძლიერებს ფერმენტაციის პროცესს ფერმენტული ფერმენტაციისთვის უფრო ბიომასის მიღების გზით. მომდევნო ნაწილში შემუშავდება ულტრაბგერითი თხევადი ეფექტი.

ულტრაბგერითი რეაქტორები გაზრდის ბიოდეზირებულ სარგებლობას და დამუშავებას effiency!

Bioethanol შეიძლება დამზადებული მზესუმზირის stalks, სიმინდი, sugarcane და ა.შ.

ეფექტი ულტრაბგერითი თხევადი დამუშავება

მაღალი სიმძლავრის / დაბალი სიხშირის ულტრაბგერითი მაღალი გაფართოებით შეიძლება წარმოიქმნას. ამდენად, მაღალი სიმძლავრის / დაბალი სიხშირის ულტრაბგერითი შეიძლება გამოყენებულ იქნას გადამუშავების სითხეები, როგორიცაა შერევით, ემულსიფიკაცია, დაშლისა და deagglomeration, ან milling.
მაღალი ინტენსივობის დროს სითბოს დამონტაჟებისას, სითხე ტალღების გავრცელების შედეგად, თხევადი მედიის გავრცელებას გამოიწვევს მაღალი წნევის (შეკუმშვის) და დაბალი წნევის (არანჟირება) ციკლის ალტერნატივა, რაც დამოკიდებულია სიხშირის მიხედვით. დაბალი წნევის ციკლის დროს, მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ტალღები თხევადი ვაკუუმური ბუშტების ან ვაიდის შექმნას ქმნის. როდესაც ბუშტები მიიღებენ მოცულობას, რომლითაც მათ აღარ შეუძლიათ ენერგიის მიღება, ისინი ზეწოლას ახდენენ მაღალი წნევის ციკლის დროს. ამ ფენომენს უწოდა კვატაცია. cavitation, ანუ “ფორმირების, ზრდისა და ბუშტების იმპლიციზური კოლაფსი თხევად. Cavitational collapse აწარმოებს ინტენსიურ ადგილობრივ გათბობას (~ 5000 K), მაღალი წნევა (~ 1000 ატ.) და უზარმაზარი გათბობა და გაგრილების მაჩვენებლები (>109 კ / წმ)” და თხევადი გამანადგურებელი ნაკადები (~ 400 კმ / სთ) ". (Suslick 1998)

ეთანოლის ქიმიური სტრუქტურა

ეთანოლის სტრუქტურული ფორმულა

არსებობს სხვადასხვა საშუალებები, რათა შექმნას cavitation, როგორიცაა მაღალი წნევის საქშენები, rotor-stator mixers, ან ულტრაბგერითი პროცესორები. ყველა ამ სისტემებში შეყვანის ენერგია გარდაიქმნება უთანხმოებათა, ტურბულენტებს, ტალღებსა და კვავარს. შეყვანის ენერგიის ფრაქცია, რომელიც კვატაციის პროცესში გარდაიქმნება, დამოკიდებულია რამდენიმე ფაქტორიზე, რომელიც აღწერს სითხის წარმოქმნის მოწყობილობის გადაადგილებას. აჩქარების ინტენსივობა არის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტორი, რომელიც გავლენას ახდენს ენერგიის ეფექტურად ტრანსფორმაციის გზით. უმაღლესი აჩქარება ქმნის მაღალ წნევის განსხვავებებს. ეს, თავის მხრივ, ზრდის ვაკუუმის ბუშტების შექმნის ალბათობას თხევადი გზით ტალღების შექმნის ნაცვლად. ამრიგად, უმაღლესი დაჩქარება უფრო მაღალია ენერგიის ფრაქცია, რომელიც გარდაიქმნება კვატაციის პროცესში.
იმ შემთხვევაში, თუ ულტრაბგერითი transducer, ამპლიტუდა oscillation აღწერს ინტენსივობის აჩქარების. უმაღლესი ამბიციდები ქმნიან კვატაციის უფრო ეფექტურ შექმნას. ინტენსივობის გარდა, თხევადი უნდა იყოს დაჩქარებული, რათა შექმნას მინიმალური დანაკარგები ტურბულენტებთან, ხახუნის და ტალღის წარმოების თვალსაზრისით. ამისათვის ოპტიმალური გზა არის მოძრაობის ცალმხრივი მიმართულება. გამააქტიურებელი პროცესის ინტენსივობის და პარამეტრების შეცვლა, ულტრაბგერითი ძალიან რთული ან ძალიან რბილია. ეს ხდის ულტრაბგერითი ძალიან მრავალმხრივი ინსტრუმენტი სხვადასხვა პროგრამები.
Compact and powerful ultrasonic lab devices allow for simple testings in small scale to evaluate process feasibility

სურათი 1 – ულტრაბგერითი ლაბორატორიული მოწყობილობა UP100H (100 ვატი) მიზანშეწონილობისთვის

რბილი აპლიკაციები, მსუბუქად გამოსაყენებლად ზომიერად გამოყენების პირობებში დამამცირებელი, ემულსიფიკაციადა ფერმენტის აქტივაცია. მძიმე განაცხადების მაღალი ინტენსივობის / მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი (ძირითადად მომატებული წნევა) არიან სველი-საღარავი, Deagglomeration & ნაწილაკების ზომა შემცირება, და გაყოფა. მრავალი განაცხადისთვის, როგორიცაა ექსტრაქცია, დეზინტეგრაცია ან Sonochemistry, მოთხოვნილი ულტრაბგერითი ინტენსივობა დამოკიდებულია სპეციფიკურ მასალებზე დამოკიდებული. სხვადასხვა პარამეტრებით, რომელიც შეიძლება ადაპტირებული ინდივიდუალური პროცესი, ულტრაბგერითი საშუალებას იძლევა ტკბილი ადგილზე მოძებნოს თითოეული ინდივიდუალური პროცესი.
გარდა ამისა, გამორჩეული ძალაუფლების კონვერსია, ულტრაბგერითი უზრუნველყოფს უპირატესობას სრულ კონტროლს ყველაზე მნიშვნელოვან პარამეტრებზე: ამპლიტუდა, წნევა, ტემპერატურა, სიბლანტე და კონცენტრაცია. ეს გთავაზობთ შესაძლებლობას, რომ შეცვალოს ყველა ეს პარამეტრი ობიექტური იმისათვის, რომ იპოვოთ იდეალური დამუშავების პარამეტრების თითოეული კონკრეტული მასალა. ეს იწვევს მაღალ ეფექტურობას, ისევე როგორც ოპტიმიზებულ ეფექტურობას.

ულტრაბგერითი გაუმჯობესება ფერმენტაციის პროცესების შესახებ, ახსნილია ბიოეთიანოლის წარმოებით

Bioethanol არის ბიოლოგიური ან ბიოდეგრადირებადი ნივთიერებების ნარჩენების ანაერობული ან აერობული ბაქტერიებით გამოწვეული დეტოქსიკაცია. წარმოებული ეთანოლის უმეტესობა გამოიყენება როგორც biofuel. ეს ქმნის ბიოეთანოლს განახლებადი და ეკოლოგიურად ალტერნატიულ წიაღისეულის საწვავისთვის, როგორიცაა ბუნებრივი გაზი.
აწარმოოს ეტანოლი ბიომასის, შაქრის, სახამებლისა და ლიგონკოლულოუსური მასალისგან, როგორც საკვებში. სამრეწველო წარმოების ზომისთვის, შაქარი და სახამებელი ამჟამად დომინანტურია, რადგან ისინი ეკონომიკურად ხელსაყრელია.
როგორ ულტრაბგერითი აუმჯობესებს მომხმარებელს ინდივიდუალური პროცესი კონკრეტული feedstock პირობებში შეიძლება სცადა ძალიან მარტივი მიერ მიზანშეწონილობის ტესტები. პირველი ნაბიჯი, sonication მცირე რაოდენობით ნედლეულის slurry ერთად ულტრაბგერითი ლაბორატორიული მოწყობილობა გამოჩნდება, თუ ულტრაბგერითი გავლენას ახდენს feedstock.

სავარაუდო ტესტირება

პირველი ტესტირების ეტაპზე, სავარაუდოა, რომ შედარებით მაღალი რაოდენობით ულტრაბგერითი ენერგიის მცირე მოცულობის თხევადი, რის შედეგადაც შანსი ზრდის თუ რაიმე შედეგი შეიძლება მიღებული. პატარა ნიმუში მოცულობა ასევე ამცირებს ლაბორატორიული ხელსაწყოს გამოყენებით და შეამცირებს ხარჯებს პირველი ტესტებისთვის.
ულტრაბგერითი ტალღები სინოტოდის ზედაპირზე თხევადი გზით გადადიან. Beneth sonotrode ზედაპირზე, ულტრაბგერითი ინტენსივობის ყველაზე ინტენსიური. ამრიგად, შუალედურ და შუალედურ მასალას შორის მოკლე მანძილია. მცირე თხევადი მოცულობის გამოვლენის შემთხვევაში, სინოტოდის დაშორება შეიძლება მოკლედ იყოს დაცული.
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი აჩვენებს ოპტიმიზაციის შემდეგ გამონაბოლქვი პროცესების ტიპური ენერგია / მოცულობის დონეს. მას შემდეგ, რაც პირველი ტესტები ოპტიმალური კონფიგურაციისთვის არ იქნება გაშლილი, სიკაშკაშე ინტენსივობა და დრო ტიპიური ღირებულების 10-დან 50-ჯერ, გამოჩნდება, თუ რაიმე ზემოქმედება გამოიმუშავებს მასალებს თუ არა.

პროცესი

ენერგია /

მოცულობა

ნიმუში მოცულობა

ძალა

დრო

მარტივი

< 100Ws / მლ

10 მლ

50W

< 20 წ

საშუალო

100Ws / mL to 500Ws / მლ

10 მლ

50W

20-100 წმ

მყარი

> 500Ws / მლ

10 მლ

50W

>100 წ

ცხრილი 1 – ტიპიური sonication ღირებულებები პროცესის ოპტიმიზაციის შემდეგ

ტესტის რეალური შეყვანა შეიძლება ჩაიწეროს ინტეგრირებული მონაცემების ჩაწერის საშუალებით (Uf200 ः t და UP200St), PC ინტერფეისი ან powermeter. ამპლიტუდის პარამეტრების და ტემპერატურის ჩაწერილი მონაცემების კომბინაციით, თითოეული საჩივრის შედეგები შეიძლება შეფასდეს და შეიქმნას ენერგიის / მოცულობის ქვედა ხაზი.
თუ ტესტების დროს ოპტიმალური კონფიგურაცია შეირჩა, ამ კონფიგურაციის შესრულება შეიძლება შემოწმდეს ოპტიმიზაციის ეტაპზე და შეიძლება საბოლოოდ გაიზარდოს კომერციულ დონეზე. ოპტიმიზაციის ხელშეწყობისთვის რეკომენდებულია გამოსაბოლქვი ლიმიტის შემოწმება, მაგალითად, ტემპერატურა, ამპლიტუდა ან ენერგია / მოცულობა სპეციფიკური ფორმულირებისთვის. როგორც ულტრაბგერითი უჯრედების, ქიმიური ნივთიერებების ან ნაწილაკების უარყოფითი ეფექტის გამომუშავება, თითოეული პარამეტრის კრიტიკული დონე უნდა შემოწმდეს იმისათვის, რომ შეზღუდოს შემდეგი ოპტიმიზაცია პარამეტრის დიაპაზონში, სადაც უარყოფითი ეფექტი არ შეინიშნება. მიზანშეწონილად შესწავლა მცირე ლაბორატორიული ან სათადარიგო ნაწილები, რეკომენდებულია აღჭურვილობისა და ნიმუშების ხარჯების შეზღუდვა ასეთ სასამართლო პროცესებში. ზოგადად, 100-დან 1000-მდე ვატიანი სამსახური ემსახურება მიზანშეწონილობის შესწავლის მიზნებს. (cf. Hielscher 2005)

Ultrasonic processes are easy to optimize and to scale up. This turns ultrasonication into an highly potential processing alternative to high pressure homogenizers, pearl and bead mills or three-roll mills.

ცხრილი 1 – ტიპიური sonication ღირებულებები პროცესის ოპტიმიზაციის შემდეგ

ოპტიმიზაცია

შესაძლო კვლევებზე მიღწეული შედეგები შეიძლება აჩვენოს საკმაოდ მაღალი ენერგიის მოხმარება მცირე მოცულობასთან დაკავშირებით. მაგრამ მიზანშეწონილობის ტესტი მიზნად ისახავს მასალას ულტრაბგერითი მასალის გამოვლენა. თუ მიზანშეწონილობის ტესტირება დადებითი ეფექტი მოხდა, შემდგომი ძალისხმევა უნდა განხორციელდეს ენერგიის / მოცულობის თანაფარდობის ოპტიმიზაციის მიზნით. ეს იმას ნიშნავს, რომ შეისწავლოთ ულტრაბგერითი პარამეტრების იდეალური კონფიგურაცია, რათა მიაღწიოს უმაღლესი სარგებელს ნაკლებად ენერგიით, რათა შესაძლებელი გახდეს პროცესის ეკონომიურად ყველაზე გონივრული და ეფექტური. ოპტიმალური პარამეტრების კონფიგურაციის დასადგენად – სავარაუდო სარგებელის მოპოვება მინიმალური ენერგიის შეყვანის საშუალებით - კორელაცია ყველაზე მნიშვნელოვან პარამეტრებს შორის ამპლიტუდა, წნევა, ტემპერატურა და თხევადი შემადგენლობა უნდა გამოიძიოს. ამ მეორე ნაბიჯში სურათების გამონაბოლქვის ცვლილება ნაკადის საკანში რეაქტორთან ერთად რეკომენდირებულია, როგორც ზეწოლის მნიშვნელოვანი პარამეტრი გავლენას არ ახდენს სურათების გამონაბოლქვისთვის. ეკრანიზაციის დროს, ზეწოლა შემოიფარგლება ატმოსფერული წნევით. იმ შემთხვევაში, თუ sonication პროცესი გადის pressurizable ნაკადის საკანში პალატის, ზეწოლის შეიძლება გაიზარდა (ან შემცირებული), რომელიც ზოგადად გავლენას ახდენს ულტრაბგერითი cavitation რადიკალურად. ნაკადის უჯრედის გამოყენებით, შეიძლება განისაზღვროს ზეწოლისა და პროცესის ეფექტურობის კორელაცია. ულტრაბგერითი პროცესორები შორის 500 ვატი და 2000 ვატი ენერგეტიკისთვის შესაფერისია პროცესის ოპტიმიზაცია.

Fully controllable ultrasonic equipment allows for process optimization and completely linear scale-up

სურათი 2 - ულტრაბგერითი პროცესის ოპტიმიზაციისთვის ნაკადი

მასშტაბი-მდე კომერციულ პროდუქციაზე

თუ ოპტიმალური კონფიგურაცია იქნა ნაპოვნი, შემდგომი მასშტაბის მარტივია, როგორც ულტრაბგერითი პროცესები სრულად რეპროდუცირებადი ხაზოვანი მასშტაბით. ეს იმას ნიშნავს, რომ როდესაც ულტრაბგერითი გამოიყენება იდენტური თხევადი ფორმულირების იდენტური გადამუშავების პარამეტრების კონფიგურაციით, იგივე მოცულობის ერთი ენერგია უნდა მოიპოვოს დამუშავების მასშტაბისგან დამოუკიდებელი იდენტური შედეგი. (Hielscher 2005). ეს საშუალებას იძლევა ულტრაბგერითი ოპტიმალური პარამეტრი კონფიგურაციის სრულფასოვანი წარმოების ზომის დანერგვას. პრაქტიკულად, მოცულობა, რომელიც შეიძლება დამუშავდეს ულტრაბგერითი, შეუზღუდავია. კომერციული ულტრაბგერითი სისტემები მდე 16,000 ვატი თითო ერთეული ხელმისაწვდომია და შეიძლება დამონტაჟდეს მტევანი. ასეთი კლასტერების ულტრაბგერითი პროცესორები შეიძლება დამონტაჟდეს პარალელურად ან სერიაში. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი პროცესორების კასეტური ბრძენი მონტაჟი, საერთო სიმძლავრე თითქმის შეუზღუდავია ისე, რომ მაღალი მოცულობის ნაკადები შეიძლება დამუშავდეს პრობლემის გარეშე. ასევე, თუ საჭიროა ულტრაბგერითი სისტემის ადაპტაცია, მაგალითად, შეცვალოს პარამეტრების შეცვლილი თხევადი ფორმულირება, ეს შეიძლება ძირითადად გაკეთდეს შეცვლის sonotrode, booster ან ნაკადის საკანში. ხაზოვანი scalability, reproducibility და adaptability of ულტრაბგერითი ამ ინოვაციური ტექნოლოგია ეფექტური და ეფექტური.

16kW ultrasonic machine for industrial processing of large volume streams, e.g. biodiesel, bioethanol, nano particle processing and manifold other applications.

სურათი 3 - სამრეწველო ულტრაბგერითი პროცესორი UIP16000 16,000 ვატიანი ძალა

ულტრაბგერითი დამუშავების პარამეტრები

ულტრაბგერითი სითხის დამუშავება აღწერილია რიგი პარამეტრების მიხედვით. ყველაზე მნიშვნელოვანია ამპლიტუდა, წნევა, ტემპერატურა, სიბლანტე და კონცენტრაცია. პროცესის შედეგი, როგორიცაა ნაწილაკების ზომა, მოცემული პარამეტრის კონფიგურაციისთვის არის ენერგეტიკული პროცენტული მოცულობის ფუნქცია. ფუნქცია ცვლის ინდივიდუალურ პარამეტრებში ცვლილებებს. გარდა ამისა, ულტრაბგერითი ერთეულის sonotrode- ის ზედაპირის ზედაპირის რეალური სიმძლავრე დამოკიდებულია პარამეტრებზე. სინოტოდის ზედაპირის ზედაპირის დენის სიმძლავრეა ზედაპირის ინტენსივობა (I). ზედაპირის ინტენსივობა დამოკიდებულია ამპლიტუდაზე (A), წნევის (p), რეაქტორი მოცულობის (VR), ტემპერატურა (T), სიბლანტე (η) და სხვა.

ულტრაბგერითი დამუშავების უმნიშვნელოვანესი პარამეტრებია: ამპლიტუდა (A), ზეწოლა (p), რეაქტორი მოცულობა (VR), ტემპერატურა (T) და სიბლანტე (η).

ულტრაბგერითი გადამუშავების კავათიანი ზემოქმედება დამოკიდებულია ამპლიტუდის (A), წნევის (p), რეაქტორი მოცულობის (VR), ტემპერატურის (T), სიბლანტისა და სხვ. პლუს და მინუს ნიშნები მიუთითებს კონკრეტული პარამეტრის დადებითი ან უარყოფით გავლენას გამონაბოლქვის ინტენსივობაზე.

გენერირებული cavitation გავლენა დამოკიდებულია ზედაპირზე ინტენსივობაზე. ანალოგიურად, პროცესის შედეგია კორელაცია. ულტრაბგერითი ერთეულის ჯამური სიმძლავრე არის ზედაპირის ინტენსივობის (I) და ზედაპირის ფართობის (S) პროდუქტის:

[] მე [/ მმ²] * s[მმ²]

დიაპაზონი

სიმძიმის ამპლიტუდა აღწერს გზა (მაგ. 50 μm) სონიოტროდის ზედაპირზე მოგზაურობს მოცემულ დროს (მაგ. 1 / 20,000-ზე 20 კჰც). რაც უფრო დიდია ამპლიტუდა, უფრო მაღალია ის მაჩვენებელი, რომელიც ზეწოლას ახდენს და ყოველ ინსულტზე იზრდება. გარდა ამისა, თითოეული ინსულტის მოცულობის გადაადგილება იზრდება უფრო დიდი მოცულობის მოცულობით (ბუშტის ზომა ან / და ნომერი). დისპერციებზე მიმართვისას, მაღალი გამაძლიერებლები აჩვენებენ მაღალ დესტრუქციულობას მყარი ნაწილაკებით. ცხრილი 1 აჩვენებს ზოგად ღირებულებებს ზოგიერთი ულტრაბგერითი პროცესისთვის.

The ultrasound amplitude is an important process parameter.

ცხრილი 2 – ზოგადი რეკომენდაციები ამპლიტუდისთვის

ზეწოლა

დუღილის წერტილი თხევადი დამოკიდებულია ზეწოლაზე. უმაღლესი წნევა უფრო მაღალია მდუღარე წერტილია და გადახედოს. ამაღლებული ზეწოლის საშუალებას იძლევა cavitation დროს ტემპერატურა ახლოს ან ზემოთ დუღილის წერტილი. იგი ასევე ზრდის ინტენსივობის ინტენსივობას, რომელიც დაკავშირებულია განსხვავებულობას სტაბილური წნევის და ორთქლის წნევას შორის ბუშტის შიგნით (cf. Vercet et al. 1999). მას შემდეგ, რაც ულტრაბგერითი ძალა და ინტენსივობის ცვლილებები სწრაფად ცვლილებები ზეწოლა, მუდმივი ზეწოლის ტუმბოს სასურველია. დინების საკანში თხევადი მიწოდებისას ტუმბოს უნდა შეეძლოს შესაბამისი ზეგავლენის ქვეშ მყოფი კონკრეტული თხევადი ნაკადის გატარება. დიაფრაგმა ან მემბრანის ტუმბოები; მოქნილი-მილის, შლანგი ან შესუსტების ტუმბოები; პერისტალური ტუმბოები; ან დგუში ან დრეკადი ტუმბოს შექმნის ალტერნატიული ზეწოლის ცვალებადობას. ცენტრიდანული ტუმბოები, სიჩქარის ტუმბოები, სპირალურ ტუმბოები და პროგრესული ღრუს ტუმბოები, რომლებიც მუდმივად მდგრადი ზეწოლისთვის სითხის მიწოდებას ანიჭებენ. (Hielscher 2005)

ტემპერატურა

სითხის გამაძლიერებლად, ძალა გადადის საშუალოზე. როგორც ultrasonically გენერირებული oscillation იწვევს turbulences და ხახუნის, sonicated სითხე - შესაბამისად კანონის თერმოდინამიკა – გაანადგურებს. დამუშავებული საშუალო სიმაღლე ტემპერატურა შეიძლება იყოს დესტრუქციული მასალა და შემცირება ეფექტურობის ულტრაბგერითი cavitation. ინოვაციური ულტრაბგერითი ნაკადის საკნები აღჭურვილია გაგრილების ქურთუკით (იხ. სურათი). ამასთან, მასალაზე ტემპერატურის ზუსტი კონტროლი მოცემულია ულტრაბგერითი დამუშავების დროს. რეკომენდირებულია სითბოს გაფრქვევისთვის ყინულის აბაზანა უფრო მცირე მოცულობის გამოსაყენებლად.

Picture 3 – Ultrasonic transducer UIP1000hd (1000 watts) with flow cell equipped with cooling jacket – typical equipment for optimization steps or small scale production

სურათი 3 - ულტრაბგერითი ტრანსფორმატორი UIP1000hd (1000 ვატი), რომელიც აღჭურვილია გაგრილების ქურთუკით - ტიპიური აპარატები ოპტიმიზაციისთვის ან მცირე ზომის პროდუქციისათვის

სიბლანტე და კონცენტრაცია

ულტრაბგერითი Milling და გაყოფა არის თხევადი პროცესები. ნაწილაკები უნდა შეჩერდეს, მაგალითად, წყალში, ზეთი, გამხსნელებში ან ფისები. გამოყენებით ულტრაბგერითი ნაკადი გზით სისტემები, შეუძლებელია sonicate ძალიან ბლანტი, წებოვანი მასალა.
მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი პროცესორი შეიძლება გაიზარდოს საკმაოდ მაღალი მყარი კონცენტრაციით. მაღალი კონცენტრაცია უზრუნველყოფს ულტრაბგერითი დამუშავების ეფექტურობას, რადგან ულტრაბგერითი მილის ეფექტი გამოწვეულია შიდა ნაწილაკების შეჯახებით. გამოკვლევებმა აჩვენა, რომ სილიციუმის შეტევა არის დამოუკიდებელი მყარი კონცენტრაცია 50% -ით. გადამამუშავებელი მასალების დამუშავება უპირატესად კონცენტრირებული მასალის თანაფარდობაა, რომელიც წარმოების საერთო პროცედურებს წარმოადგენს ულტრაბგერითი მეთოდით.

ენერგია და ინტენსივობა ენერგეტიკის წინააღმდეგ

ზედაპირის ინტენსივობა და მთლიანი სიმძლავრე მხოლოდ აღწერს ინტენსივობას გადამუშავებას. Sonicated ნიმუში მოცულობა და დრო ექსპოზიციის გარკვეული ინტენსივობის უნდა ჩაითვალოს აღწერს sonication პროცესი, რათა ის scalable და რეპროდუცირებადი. მოცემული პარამეტრის კონფიგურაციისთვის პროცესის შედეგი, მაგ. ნაწილაკების ზომა ან ქიმიური კონვერსია, დამოკიდებულია ენერგიის თითო მოცულობაში (E / V).

შედეგი = (/V )

სადაც ენერგია (E) არის ენერგიის გამომუშავება (P) და ექსპოზიციის (t) დრო.

[Ws] = [] *[s]

პარამეტრების კონფიგურაციაში ცვლილებები შეიცვლება შედეგების ფუნქციას. ეს, თავის მხრივ, განსხვავდება მოცემული ნიმუშის ღირებულებისთვის (V) მოთხოვნილი ენერგიის (E) ოდენობით კონკრეტული შედეგის მისაღწევად. ამ მიზეზის გამო, საკმარისი არ არის იმისთვის, რომ მიიღოთ ულტრაბგერითი მოქმედება გარკვეული პროცესის მისაღწევად. საჭიროა უფრო დახვეწილი მიდგომა, რომელიც აუცილებელია ელექტროენერგიის საჭიროებისა და პარამეტრის კონფიგურაციისთვის, რომლის დროსაც ძალა უნდა ჩაიწეროს პროცესის მასალებში. (Hielscher 2005)

ბიოეთანოლის ულტრაბგერითი დამუშავება

უკვე ცნობილია, რომ ულტრაბგერითი აუმჯობესებს ბიოეთილენის წარმოებას. რეკომენდებულია თხევადი თხევადი ბიომასით, რომელიც უაღრესად ბლანტიანი slurry რომ ჯერ კიდევ pumpable. ულტრაბგერითი რეაქტორები იძლევიან საკმაოდ მაღალ მყარ კონცენტრაციებს, ისე, რომ sonication პროცესი შეიძლება აწარმოოს ყველაზე ეფექტური. მეტი მასალა შეიცავს slurry, ნაკლებად გადამზიდავი სითხე, რომელიც არ მოგება sonication პროცესი, განიხილება. როგორც თხევადი ენერგიის ჩართვა თხევადი სინთეზის თერმოდინამიკას იწვევს, ეს იმას ნიშნავს, რომ ულტრაბგერითი ენერგია მიზანშეწონილია სამიზნე მასალისთვის. ასეთმა ეფექტურმა პროცენტულმა დიზაინმა თავიდან უნდა იქნას აცილებული ჭარბი გადამზიდავი სითხეების უვნებელი გათბობა.
ულტრაბგერითი ეხმარება ექსტრაქცია უჯრედული მასალისა და ამით ქმნის ფერმენტულ ფერმენტებს. რბილი ულტრაბგერითი მკურნალობა შეიძლება გააძლიერონ ფერმენტული აქტივობა, მაგრამ ბიომასის მოპოვებისთვის საჭიროა უფრო ინტენსიური ულტრაბგერითი გამოსაყენებელი. აქედან გამომდინარე, ფერმენტები უნდა დაემატოს ბიომასის slurry შემდეგ sonication როგორც ინტენსიური ულტრაბგერითი inactivates ფერმენტები, რომელიც არ არის სასურველი ეფექტი.

სამეცნიერო კვლევის შედეგად მიღებული შედეგები:

Yoswathana et al. (2010) ბისტენოლის წარმოების შესახებ ბრინჯის ღვინოსთან ერთად აჩვენა, რომ მჟავა წინასწარი მკურნალობისა და ულტრაბგერიკის კომბინაციამდე ფერმენტული მკურნალობის დაწყებამდე გამოიწვია 44% -მდე გაზრდილი შაქარი (ბრინჯის ჩალის საფუძველზე). ეს გვიჩვენებს, რომ ფიზიკური და ქიმიური პრეპარატების კომბინაციის ეფექტურობა lignocelluloses- ის შაქრის შემცველობისას ენზიმურ ჰიდროლიზამდე.

სქემა 2 გვიჩვენებს ულტრაბგერითი დასხივების დადებითი ეფექტი ბისტენოლის წარმოების დროს რაისმა ჩალის გრაფიკულად. (ნახშირი გამოყენებულია მჟავა / ფერმენტული პრეპარატისა და ულტრაბგერითი პრეპარატისგან წინასწარგამდე ნიმუშების დეტოქსიკაციისთვის).

ულტრაბგერითი დახმარებით დუღილის შედეგები მაღალ ეთანოლულ სარგებლობაშია. ბიოეთანოლი დამზადებულია ბრინჯის ჩალისგან.

გრაფიკი 2 – დუღილის დროს ეთანოლის ნაყოფის ულტრაბგერითი გაძლიერება (იოსავათანა და 2010 წ.)

სხვა ბოლოდროინდელ კვლევაში შესწავლილია β-galactosidase ფერმენტის ექსტრაკულოური და უჯრედული მოქმედებების ულტრაბგერითი გავლენა. სულეიმანი და სხვები. (2011) შეუძლია გააუმჯობესოს ბიოეთიანოლის წარმოების პროდუქტიულობა არსებითად, ულტრაბგერითი გამოყენებით კონტროლირებად ტემპერატურაზე, რომელიც ხელს უწყობს კლაუვერიმეესეს მარქსიანის (ATCC 46537) საფუარის ზრდის სტიმულირებას. ქაღალდის ავტორები განაპირობებენ იმას, რომ წყვეტის გამოსხივება (20 kHz) ≤20% -ის ბიოლოგიური მოხმარების ბიოლოგიური წარმოების, ლაქტოზას მეტაბოლიზმსა და ეტანოლური წარმოება K. marxianus- სთან შედარებით მაღალი სიკაშკაშე ინტენსივობით 11.8Wcm-2. საუკეთესო პირობებში, sonication გააძლიერა საბოლოო ეთანოლი კონცენტრაცია თითქმის 3.5-ჯერ შედარებით კონტროლი. ეს შეესატყვისება ეთანოლის პროდუქტიულობის 3.5-ჯერ გაზრდას, მაგრამ საჭიროა 952W დამატებითი ენერგიის შეყვანა კუბური მეტრიანი კარაქის მეშვეობით. ენერგიის ეს დამატებითი მოთხოვნა, რა თქმა უნდა, ბიორერატორებისთვის მისაღებ საოპერაციო ნორმებს და მაღალი ღირებულების პროდუქტებს, შეიძლება ადვილად კომპენსირებული ჰქონოდათ გაზრდილი პროდუქტიულობით.

დასკვნა: უპირატესობები Ultrasonically- დასახმარებლად ფერმენტაცია

ულტრაბგერითი მკურნალობა ნაჩვენებია, როგორც ეფექტური და ინოვაციური ტექნიკა, რათა გაზარდოს ბიოეთილენის სარგებელი. პირველ რიგში, ულტრაბგერითი გამოიყენება ბიოამოსის, მაგ. სიმინდის, სოიოსების, ჩალის, ლიგნო-ცელულოზის მასალის ან მცენარეული ნარჩენების მასალებისგან.

  • გაზრდის ბიოეთანოლალურ სარგებლობაში
  • დისტრიბუცია / უჯრედის გამოყოფა და ინტრა-ფიჭური მასალის გათავისუფლება
  • გაუმჯობესებული ანაერობული რღვევა
  • ფერმენტების აქტივიზაცია ზომიერი sonication
  • პროცესის ეფექტურობის გაუმჯობესება მაღალ კონცენტრაციაზე

მარტივი ტესტირება, რეპროდუცირებადი მასშტაბური და მარტივი მონტაჟი (ასევე უკვე არსებული წარმოების ნაკადებში) ულტრაბგერითი მომგებიანი და ეფექტური ტექნოლოგიაა. საიმედო სამრეწველო ულტრაბგერითი პროცესორები კომერციულ დამუშავებასთან დაკავშირებით და შესაძლებელი გახდება პრაქტიკულად შეუზღუდავი თხევადი მოცულობის მოცულობის გაზრდა.

UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

Picure 4 - Setup with 1000W ულტრაბგერითი პროცესორი UIP1000hd, ნაკადის საკანში, სატანკო და სატუმბი

დაგვიკავშირდით / მოითხოვეთ მეტი ინფორმაცია

გველაპარაკებიან თქვენი დამუშავების მოთხოვნებს. ჩვენ გირჩევთ შესაფერისი კონფიგურაცია და დამუშავების პარამეტრების თქვენი პროექტი.





გთხოვთ გაითვალისწინოთ ჩვენი კონფიდენციალურობის პოლიტიკა.


ლიტერატურა / ლიტერატურა

  • Hielscher, T. (2005): ნანო ზომის ემულსიები და დისპერსიების ულტრაბგერითი წარმოება. ევროპული ნანოსისტემების კონფერენციის ENS’05.
  • ჯომდეჩა, C .; Prateepasen, A. (2006): დაბალი-ულტრაბგერითი ენერგიის კვლევა ფერმენტაციის პროცესში საფუარის ზრდისთვის. 12 საათზე აზიისა და წყნარი ოკეანის კონფერენცია NDT- ზე, 5.-10.11.2006, ოკლენდი, ახალი ზელანდია.
  • Kuldiloke, J. (2002): ფერმენტის აქტივობის ულტრაბგერითი, ტემპერატურის და წნევის მოქმედება ხილისა და ბოსტნეულის წვენების ხარისხის მაჩვენებლებს; დოქტორი თეზისი ტექნოლოგიის უნივერსიტეტში. ბერლინი, 2002.
  • Mokkila, M., Mustranta, A., Buchert, J., Poutanen, K. (2004): კომბინირებული ძალა ულტრაბგერითი ფერმენტების ერთად berry წვენი გადამუშავების. ამავე: მე -2 Int. Conf. საკვები და სასმელების ბიოკალიზირება, 19.-22.9.2004, შტუტგარტი, გერმანია.
  • მიულერი, MRA; ეჰრმანი, მაგ. Vogel, RF (2000): მულტიპლექსური PCR ლაქტაბაკილიუს pontis და ორი სახეობის გამოკვლევის ჩატარების მიზნით Sourdough ფერმენტაციაში. გამოყენებითი & გარემოს მიკრობიოლოგია. 66/5 2000. pp. 2113-2116.
  • ნიკოლი, ს. მოჯოვიჩი, ლ .; რაკინი, მ .; პეჟინი, დ .; Pejin, J. (2010): ბიოეთანოლით ულტრაბგერითი წარმოების წარმოება სიმინდის საკვებით და სიმინდის კვებათ. In: კვების ქიმიის 122/2010. pp. 216-222.
  • სულეიმანი, აზე; აჟიტი, ა .; იუნუსი, რ. Cisti, Y. (2011): ულტრაბგერითი დახმარების დუღილი აძლიერებს ბიოეთილული პროდუქტიულობას. ბიოქიმიური საინჟინრო ჟურნალი 54/2011. გვ 141-150.
  • Suslick, KS (1998): ქიმიური ტექნოლოგიის კირქ-ოთერმა ენციკლოპედია. 4 ed. Wiley & შვილები: ნიუ იორკი, 1998. გვ 517-541.
  • იოსვანანა, ნ. ფურipპატტი, პ .; ტრეიავუტითივატი, პ .; ეშთიახი, MN (2010): ბიოეთანოლის წარმოება რაისი ჩალისგან. In: ენერგიის კვლევის ჟურნალი 1/1 2010. გვ 26-31.