MultiPhaseCavitator (멀티페이즈캐비테이터) – 초음파 유량 셀용 MPC48 삽입
The MultiPhaseCavitator Insert (Insert MPC48) is designed to improve the ultrasonic processing of liquid/liquid or liquid/gas mixes. 48 very fine cannulas inject liquid or gas into a liquid phase right in the cavitation zone. This creates very small suspended droplets or gas bubbles yielding a very high specific surface area.
이 인서트는 Phase-Transfer-Reactions와 같은 에멀젼 화학에 특히 유용합니다. 위상-전달-촉매 (PTC) 또는 액체-액체-추출. 또 다른 흥미로운 응용 분야는 두 개의 액체 전구체에서 입자를 침전시키는 또는 초음파 결정화(sono-crystallization)입니다. 이 인서트는 Hielscher 플로우 셀 반응기 용으로 설계되었으며 배치 또는 연속 처리가 가능합니다.
1개 및 48개의 주입 포트
초음파는 유화 및 혼합을위한 효과적인 수단입니다. 플로우 셀과 캐비테이션에 들어가기 전에 별도의 위상이 결합되는 기존 설정과 달리, 이 플로우 셀 인서트는 두 위상의 조합을 개선합니다. 액체가 48개의 미세한 캐뉼라를 통해 주입되면 매우 좁은 가닥으로 플로우 셀로 들어갑니다. 인서트는 내경이 0.3mm에서 1.2mm인 매우 미세한 의료용 캐뉼라를 48개 사용합니다. 이 캐뉼러는 쉽게 교체할 수 있으며 저렴한 소모품(멸균, 약 2ct/pc)입니다. 초음파 캐비테이션(20kHz에서)은 유입되는 48개의 액체 가닥이 플로우 셀의 액상에 들어갈 때 작은 방울로 절단합니다.
이 설계는 하나의 공급 장치에서 48개의 캐뉼라 모두에 동일한 공급 압력을 적용하여 캐뉼라 사이의 흐름을 평평하게 합니다.
액체-액체 반응을 위한 초음파 반응기에 대한 48개의 진입 포트
초음파 다상 캐비테이터에 주입
삽입MPC48 – 48개의 미세한 캐뉼러가 캐비테이션 영역에서 끝납니다.
초음파 플로우 셀 반응기 FC100L1K-1S with InsertMPC48
용도와 응용 프로그램
Hielscher 초음파 반응기는 액체-액체 위상 시스템에서 위상 전달 공정 역학 또는 용해 속도를 개선하기 위해 유화하는 데 자주 사용됩니다. 이러한 공정의 예로는 과산화수소를 사용한 산화적 탈황 및 후속 용매 추출 또는 트리글리세라이드의 염기 촉매 에스테르 교환화가 있습니다.
다른 시약 단계에서 한 시약 상의 제한된 용해도는 두 상이 간기에서만 서로 반응하기 때문에 공정 에멀젼 화학에서 중요한 문제입니다. 초음파가 없으면 2상 시스템에서 반응 속도가 낮아지고 변환 역학이 느려집니다.
초음파 반응기와 함께 인서트를 사용하여 캐비테이션은 높은 유압 전단을 생성하고 주입 된 상을 서브 미크론 및 나노 크기의 방울로 나눕니다. 상 경계의 비표면적이 화학적 반응 속도에 영향을 미치기 때문에 이러한 액적 직경의 현저한 감소는 반응 역학을 개선하고 상 전달제의 필요성을 줄이거나 없앨 수 있습니다. 주입된 상의 부피 백분율은 낮아질 수 있는데, 이는 더 미세한 에멀젼이 다른 시약상과 동일한 접촉면을 제공하기 위해 더 적은 부피를 필요로 하기 때문입니다.
이 인서트를 사용하면 필요한 양친매성 에멀젼 촉매의 양을 낮출 수 있습니다. 위상 전달 촉매(PTC), 예를 들어 수성 액체와 유기 액체 모두에 용해되는 고유한 능력을 가진 4차 암모늄 염.
화학 반응을 위한 향상된 질량 전달
두 개의 시약 상이 상 경계에서 반응하면 반응 산물이 액적 표면에 축적되어 시약 상이 계면에서 상호 작용하는 것을 차단합니다. 초음파 캐비테이션으로 인한 유압 전단은 액적 표면에서 또는 액적 표면으로 난류 흐름 및 재료 이동을 초래하고 반복적인 유착 및 새로운 액적 형성으로 이어집니다. 시간이 지남에 따라 반응이 진행됨에 따라 초음파 처리는 시약의 노출 및 상호 작용을 최대화합니다.
이 효과는 식물성 오일을 바이오디젤로 에스테르 교환하거나 디올과 디에스테르를 에스테르 교환하여 거대 분자를 형성하는 폴리 에스테르의 합성과 같은 많은 공정에서 사용됩니다.
유화 / 유화
이 플로우 셀 인서트는 비혼화성 액체를 혼합할 때 유화를 개선합니다. 이로 인해 액적 크기가 더 작아지고 크기 분포가 더 좁아집니다 – 에멀젼의 안정성을 위한 핵심 요소. 이 설계를 사용하면 저점도 및 중점도 액체를 중유(HFO), 폴리머 또는 젤과 같은 고점도 액체에도 주입하고 유화할 수 있습니다. 일부 제형은 유화제 또는 안정제를 첨가해야 할 수 있습니다. 이 경우 유화제를 균일하게 혼합하는 것이 도움이 됩니다. 캐뉼라를 통한 하나 이상의 단계 주입을 위한 맞춤형 설계는 요청 시 제공됩니다.
액체-액체 추출
이 인서트는 미세한 크기의 난류 에멀젼(예: 유상의 용매상)을 만들어 액체-액체 추출 공정을 향상시킵니다. 다시 말하지만, 이것은 상 접촉면을 증가시키고 더 나은 추출을 가능하게 하고 용매 사용량을 줄입니다.
청정 연소를 위한 Aqua-Fuels
해양 선박이나 발전에 사용되는 중유와 같은 저급 연료유는 물로 유화할 수 있습니다. 그 결과 보다 효율적인 연소가 발생하고 NO가 크게 감소합니다x 배기 가스 및 그을음.
아쿠아 연료 (에멀젼 연료)의 초음파 유화에 대해 자세히 알아보십시오!
침전 / Sono-crystallization
안료 또는 나노 입자는 액체의 침전에 의해 상향식으로 생성될 수 있습니다. 이 경우 과포화 혼합물이 고농도 물질로부터 고체 입자 또는 결정을 형성하기 시작합니다. 이러한 입자는 특정 지점까지 성장하고 마침내 침전됩니다. 입자/결정 크기 및 형태를 제어하려면 전구체/시약 혼합을 제어하는 것이 필수적입니다.
일반적으로 침전 과정에는 mixing, supersaturation, nucleation, particle growth 및 agglomeration이 포함됩니다. 후자는 낮은 고체 농도 또는 안정화제에 의해 피합니다. 혼합은 매우 중요합니다. 대부분의 침전 공정에서 반응 속도가 매우 빠릅니다. InsertMPC48은 빠르고 좁은 사출 제트와 강력한 초음파 캐비테이션 전단을 결합합니다. 이렇게 하면 혼합 속도와 성능이 극대화되어 더 많은 입자와 더 작은 입자가 생성됩니다.
연속 초음파 침전 반응에서 생성된 Fe3O4(마그네타이트) 입자의 입자 크기 분포(Banert et al., 2004).
실험실 테스트부터 파일럿 규모 및 생산까지
Hielscher 초음파는 모든 규모에서이 기술을 테스트, 검증 및 활용할 수있는 장비를 제공합니다. 이 개념은 기존 프로세스에 쉽게 통합할 수 있습니다.
- 위상 A를 플로우 셀(flow cell) 하단의 액체 유입 포트로 공급합니다.
- 위상 B를 플로우 셀 측면에 있는 더 작은 액체 유입 포트에 공급합니다. 이 공급은 48개의 미세 파이프를 통해 캐비테이션 영역으로 주입됩니다.
- 플로우 셀 출구 포트에서 배압 밸브를 사용하여 반응기 압력을 조정합니다.
실험실용 1kW 초음파 처리기 UIP1000hdT 공정 시연 및 초음파 처리 매개변수 최적화를 위해 시간당 100~1000L(시간당 25~250갤런)의 유량을 처리할 수 있습니다. Hielscher 초음파 처리기는 파일럿 또는 생산 규모에서 더 큰 처리 용량으로 선형적으로 확장될 수 있도록 설계되었습니다. 아래 표에는 처리 용적과 권장 장비 크기가 나열되어 있습니다.
| 배치 볼륨(Batch Volume) | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 0.2리터 | 0.25에서 2m3/시간 | UIP1000hdt, UIP2000hdT 님 |
| 0.2리터 | 1에서 8m3/시간 | UIP4000hdt 님 |
| N.A. 개시 | 4에서 30m3/시간 | UIP16000hdT 님 |
| N.A. 개시 | 30m 이상3/시간 | 의 클러스터 UIP10000 또는 UIP16000hdT 님 |
MultiPhaseCavitator에 대한 자주 묻는 질문 – 초음파 유량 셀 인서트 MPC48
MultiPhaseCavitator 인서트(플로우 셀 인서트 MPC48)란 무엇인가요?
MultiPhaseCavitator 인서트(InsertMPC48)는 액체/액체 또는 액체/기체 혼합물의 초음파 처리를 개선하기 위해 설계된 유동 셀 인서트입니다. 이 제품은 48개의 초미세 캐뉼라를 사용하여 캐비테이션 영역 내의 액상 속으로 액체나 기체를 주입함으로써, 비표면적이 높은 매우 작은 부유 액적이나 기포를 생성합니다.
MPC48은 무슨 뜻인가요?
MPC는 MultiPhaseCavitator의 약자입니다. 숫자 48은 인서트에 주입 부위로 사용되는 캐뉼라가 48개 있음을 나타냅니다. 요청에 따라 유동 셀 인서트에 장착되는 캐뉼라의 개수를 늘리거나 줄일 수 있습니다.
MPC48 플로우 셀 인서트는 어떻게 작동하나요?
액체가 48개의 미세 의료용 캐뉼라(내경 0.3mm~1.2mm)를 통해 주입되면, 매우 가느다란 실처럼 흐르며 유동 셀로 유입됩니다. 20 kHz의 초음파 캐비테이션이 이 유입되는 가닥들을 액상 상태로 진입하는 순간 작은 액적들로 분할합니다. 이 설계는 하나의 공급원에서 48개의 캐뉼라 모두에 동일한 공급 압력을 가하여 각 캐뉼라 간의 유량을 균일하게 조절합니다.
MultiPhaseCavitator 인서트는 어떤 용도에 가장 적합합니까?
이 장치는 상전이 반응(Phase-Transfer-Reactions), 상전이 촉매 반응(PTC), 액체-액체 추출과 같은 유화 화학 분야에 특히 유용합니다. 또한 두 가지 액체 전구체로부터 입자를 침전시키거나 초음파 결정화(sono-crystallization)를 수행하는 데에도 매우 적합합니다. 이 인서트는 Hielscher 유동 셀 반응기에 맞춰 설계되었으며, 배치 또는 연속 공정이 가능합니다.
MPC48 인서트는 위상전달 반응을 어떻게 개선합니까?
한 시약 상이 다른 상에 대한 용해도가 제한적이어서 반응이 상간 영역으로 국한되기 때문에, 초음파 처리를 하지 않을 경우 2상 시스템에서는 반응 속도가 낮은 경우가 많습니다. 인서트를 사용하면 캐비테이션에 의해 높은 유체 전단력이 발생하여 주입된 상을 서브미크론 및 나노 크기의 액적들로 분쇄합니다. 이러한 액적 직경의 현저한 감소는 반응 동역학을 개선하며, 상전달제의 필요성을 줄이거나 없앨 수 있습니다.
이 삽입체를 사용하면 필요한 촉매의 양을 줄일 수 있나요?
네. 이 삽입물을 사용하면, 더 미세한 유화액은 다른 시약 상과 동일한 접촉 면적을 확보하는 데 필요한 부피가 적기 때문에, 양친매성 유화 촉매나 4급 암모늄염과 같은 상전달 촉매(PTC)의 사용량을 줄일 수 있습니다.
이는 화학 반응에서 물질 전달을 어떻게 향상시키나요?
반응 생성물은 액적 표면에 축적되어 계면에서의 시약 간 상호작용을 방해할 수 있다. 초음파 캐비테이션에 의한 유체 전단력은 난류를 발생시키고 액적 표면으로의 물질 이동 및 액적 표면으로부터의 물질 이동을 유발하여, 액적의 반복적인 합체와 새로운 액적의 형성을 이끌어낸다. 시간이 지남에 따라 초음파 처리는 시약의 노출과 상호작용을 극대화한다. – 식물성 기름을 바이오디젤로 전환하는 에스테르 교환 반응이나 폴리에스터 합성과 같은 공정에 사용됩니다.
이 삽입체는 액-액 추출에 효과적인가요?
네. 이 인서트는, 예를 들어 유상 내 용매상과 같은 미세한 크기의 난류 유화를 형성함으로써 액-액 추출 효율을 높여줍니다. 이를 통해 상간 접촉 면적이 증가하여 용매 사용량을 줄이면서도 더 우수한 추출 효과를 얻을 수 있습니다.
이것을 수소 연료에 사용할 수 있나요?
네. 선박이나 발전소에 사용되는 중유와 같은 저급 연료유는 물과 유화될 수 있습니다. 이를 통해 연소 효율이 향상되고 NOx 배출량 및 그을음이 크게 감소합니다.
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삽입체는 침전 및 초음파 결정화에 어떤 도움을 주나요?
안료나 나노 입자는 액체 내에서 침전 반응을 통해 상향식(bottom-up) 방식으로 생성될 수 있습니다. 인서트 MPC48은 빠르고 좁은 분사 제트와 강력한 초음파 캐비테이션 전단력을 결합하여 혼합 속도와 성능을 극대화함으로써, 더 많은 수의 더 작은 입자를 생성합니다. 많은 침전 반응의 속도가 매우 빠르기 때문에 전구체/시약의 혼합을 제어하는 것이 필수적이며, 이 인서트는 입자/결정 크기와 형태를 제어하는 데 도움을 줍니다.
캐뉼라는 소모품인가요?
네. 48개의 정밀 의료용 캐뉼라는 쉽게 교체할 수 있으며, 저렴한 소모품입니다(멸균 처리됨, 개당 약 2 ct). 이 캐뉼라는 표준 소모품으로 현지에서 쉽게 구할 수 있습니다. 캐뉼라를 통해 두 가지 이상의 용액을 주입할 수 있도록 맞춤 설계된 제품도 요청 시 제공 가능합니다.
InsertMPC48을 사용하여 유동 셀을 어떻게 설정하나요? 이 개념은 기존 공정에 쉽게 적용할 수 있습니다: 플로우 셀 하단의 액체 유입구에 상 A를 주입하고, 측면의 작은 액체 유입구(들)에 상 B를 주입한 뒤(48개의 미세 파이프를 통해 캐비테이션 영역으로 주입됨), 플로우 셀 출구 포트에 있는 배압 밸브를 사용하여 반응기 압력을 조절하면 됩니다.
어떤 확장 옵션과 장비 크기를 선택할 수 있나요?
Hielscher는 벤치탑에서 파일럿 및 양산 단계에 이르기까지 선형적인 규모 확장이 가능하도록, 어떠한 규모에서든 이 기술을 시험, 검증 및 활용할 수 있는 장비를 제공합니다. 예를 들어, UIP1000hd(1kW)는 시연 및 매개변수 최적화를 위해 시간당 100~1,000L를 처리할 수 있습니다. 권장 장비는 UIP1000hd/UIP2000hd부터 UIP4000 및 UIP16000에 이르기까지 다양하며, 유량이 30 m³/hr을 초과하는 경우에는 UIP10000 또는 UIP16000을 클러스터로 구성하여 사용합니다.
초음파 유량 셀 인서트 MPC48 – MultiPhaseCavitator (멀티페이즈캐비테이터)