MultiPhaseCavitator – ieliktnis MPC48 ultraskaņas plūsmas šūnai
MultiPhaseCavitator ieliktnis (Insert MPC48) ir paredzēts šķidruma/šķidruma vai šķidruma/gāzes maisījumu apstrādes ar ultraskaņu uzlabošanai. 48 ļoti smalkas kaniles ievada šķidrumu vai gāzi šķidrajā fāzē tieši kavitācijas zonā. Tādējādi veidojas ļoti mazi suspendēti pilieni vai gāzes burbuļi ar ļoti lielu īpatnējo virsmas laukumu.
Šis ieliktnis ir īpaši noderīgs emulsiju ķīmijā, piemēram, tādos procesos kā fāžu pārneses reakcijas, fāžu pārneses katalīze (PTC) vai šķidruma–šķidruma ekstrakcija. Vēl viena interesanta lietojuma joma ir daļiņu izgulsnēšana no diviem šķidriem prekursoriem vai sonokristalizācija. Šis ieliktnis ir paredzēts Hielscher plūsmas šūnu reaktoriem un ļauj veikt apstrādi pa partijām vai nepārtraukti.
Viena iesmidzināšanas atvere un 48 atveres
Apstrāde ar ultraskaņu ir efektīvs emulģēšanas un sajaukšanas līdzeklis. Atšķirībā no parastās konfigurācijas, kurā atsevišķās fāzes tiek apvienotas pirms nonākšanas plūsmas šūnā un kavitācijas zonā, šis plūsmas šūnas ieliktnis uzlabo abu fāžu apvienošanu. Kad šķidrums tiek iesmidzināts caur 48 smalkajām kanilēm, tas nonāk plūsmas šūnā ļoti tievās strūklās. Ieliktnī izmantotas 48 ļoti smalkas medicīniskās kaniles ar iekšējo diametru no 0,3mm līdz 1,2mm. Šīs kaniles var viegli nomainīt, un tās ir lēts patēriņa materiāls (sterilas, aptuveni 2 centi/gab.). Ultraskaņas kavitācija (pie 20kHz) sadala 48 ienākošās šķidruma strūklas mazos pilienos, kad tās nonāk šķidrajā fāzē plūsmas šūnā.
Konstrukcija nodrošina vienādu padeves spiedienu no viena padeves avota visām 48 kanilēm, lai izlīdzinātu plūsmu starp kanilēm.
48 ieplūdes atveres ultraskaņas reaktorā šķidruma–šķidruma reakcijām
Iesmidzināšana ultraskaņas MultiPhaseCavitator
InsertMPC48 – 48 smalko kaniļu gali atrodas kavitācijas zonā
Ultraskaņas plūsmas šūnas reaktors FC100L1K-1S ar InsertMPC48
Izmantošana un lietojuma jomas
Hielscher ultraskaņas reaktorus bieži izmanto emulģēšanai, fāžu pārneses procesu kinētikas uzlabošanai vai šķīšanas ātruma palielināšanai šķidruma–šķidruma fāžu sistēmās. Šādu procesu piemēri ir oksidatīvā atsērošana ar ūdeņraža peroksīdu un tai sekojoša ekstrakcija ar šķīdinātāju vai bāzes katalizēta triglicerīdu pāresterificēšana.
Vienas reaģentu fāzes ierobežota šķīdība otrā reaģentu fāzē ir būtiska problēma emulsiju ķīmijas procesos, jo abas fāzes reaģē savā starpā tikai uz fāžu robežvirsmas. Bez ultraskaņas tas izraisa zemu reakcijas ātrumu un lēnu pārvēršanās kinētiku divfāžu sistēmās.
Izmantojot ieliktni kopā ar ultraskaņas reaktoru, kavitācija rada intensīvu hidraulisko bīdi un sadala iesmidzināto fāzi submikronu un nanometru izmēra pilienos. Tā kā fāžu robežvirsmas īpatnējais laukums ietekmē ķīmiskās reakcijas ātrumu, šis ievērojamais pilienu diametra samazinājums uzlabo reakcijas kinētiku un var samazināt vai novērst vajadzību pēc fāžu pārneses aģentiem. Iesmidzinātās fāzes tilpumprocentuālo daļu var samazināt, jo smalkākām emulsijām nepieciešams mazāks tilpums, lai nodrošinātu tādu pašu saskares virsmas laukumu ar otru reaģentu fāzi.
Šī ieliktņa izmantošana var samazināt nepieciešamo amfifilo emulsiju katalizatoru vai fāžu pārneses katalizatoru (PTC), piemēram, kvaternāro amonija sāļu, daudzumu; šiem sāļiem piemīt unikāla spēja šķīst gan ūdens, gan organiskajos šķidrumos.
Uzlabota masas pārnese ķīmiskajās reakcijās
Kad divas reaģentu fāzes reaģē uz fāžu robežvirsmas, reakcijas produkti uzkrājas uz pilienu virsmas un neļauj reaģentu fāzēm mijiedarboties uz robežvirsmas. Ultraskaņas kavitācijas izraisītā hidrauliskā bīde rada turbulentu plūsmu un vielas pārnesi no pilienu virsmām un uz tām, izraisot atkārtotu koalescenci un tai sekojošu jaunu pilienu veidošanos. Reakcijai laika gaitā turpinoties, apstrāde ar ultraskaņu maksimāli palielina reaģentu saskari un mijiedarbību.
Šo efektu izmanto daudzos procesos, piemēram, augu eļļu pāresterificēšanā par biodīzeļdegvielu vai poliesteru sintēzē, pāresterificējot diesterus ar dioliem, lai veidotu makromolekulas.
Emulģēšana / emulsifikācija
Šis plūsmas šūnas ieliktnis uzlabo emulģēšanu, sajaucot savstarpēji nesajaucamus šķidrumus. Tas samazina pilienu izmēru un sašaurina to izmēru sadalījumu – tas ir būtisks emulsijas stabilitātes faktors. Šī konstrukcija ļauj ievadīt un emulģēt zemas un vidējas viskozitātes šķidrumus pat augstas viskozitātes šķidrumos, piemēram, smagajā degvieleļļā (HFO), polimēros vai gelos. Dažiem sastāviem var būt nepieciešama emulgatoru vai stabilizatoru pievienošana. Šādā gadījumā ieliktnis palīdz vienmērīgi iemaisīt emulgatoru. Pēc pieprasījuma ir pieejamas pielāgotas konstrukcijas vairāk nekā vienas fāzes ievadīšanai caur kanilēm.
Šķidruma–šķidruma ekstrakcija
Šis ieliktnis uzlabo šķidruma–šķidruma ekstrakcijas procesus, veidojot smalku turbulentu emulsiju, piemēram, šķīdinātāja fāzes emulsiju eļļas fāzē. Arī šajā gadījumā tas palielina fāžu saskares virsmas laukumu, uzlabojot ekstrakciju un samazinot šķīdinātāja patēriņu.
Ūdens un degvielas emulsijas tīrākai sadegšanai
Zemas kvalitātes degvieleļļas, piemēram, smago degvieleļļu, ko izmanto kuģos vai elektroenerģijas ražošanā, var emulģēt ar ūdeni. Tas nodrošina efektīvāku sadegšanu un būtiski samazina NOx emisijas un kvēpu daudzumu.
Lasiet vairāk par ūdens un degvielas emulsiju (emulsijas degvielu) emulģēšanu ar ultraskaņu!
Nogulsnēšana / sonokristalizācija
Pigmentus vai nanodaļiņas var iegūt ar augšupejošo pieeju, izmantojot nogulsnēšanu šķidrumos. Šādā gadījumā pārsātinātā maisījumā no augsti koncentrētās vielas sāk veidoties cietas daļiņas vai kristāli. Šīs daļiņas aug līdz noteiktam izmēram un visbeidzot izgulsnējas. Lai kontrolētu daļiņu vai kristālu izmēru un morfoloģiju, ir būtiski kontrolēt prekursoru un reaģentu sajaukšanu.
Kopumā nogulsnēšanas process ietver sajaukšanu, pārsātināšanu, kristalizācijas centru veidošanos, daļiņu augšanu un aglomerāciju. Aglomerāciju novērš ar zemu cietās vielas koncentrāciju vai stabilizējošām vielām. Sajaukšana ir izšķiroši svarīga, jo lielākajā daļā nogulsnēšanas procesu reakcijas ātrums ir ļoti liels. InsertMPC48 apvieno ātras, šauras ievadāmās strūklas ar spēcīgu ultraskaņas kavitācijas izraisītu bīdi. Tas maksimāli palielina sajaukšanas ātrumu un efektivitāti, radot vairāk daļiņu ar mazāku izmēru.
Fe3O4 (magnetīta) daļiņu izmēru sadalījums; daļiņas iegūtas nepārtrauktā ultraskaņas nogulsnēšanas reakcijā (Banert et al., 2004).
No laboratorijas izmēģinājumiem līdz pilotmērogam un ražošanai
Hielscher Ultrasonics piedāvā iekārtas šīs tehnoloģijas izmēģināšanai, pārbaudei un izmantošanai jebkurā mērogā. Šo risinājumu ir viegli iekļaut esošajos procesos.
- Padodiet A fāzi šķidruma ieplūdes atverē plūsmas šūnas apakšā
- Padodiet B fāzi mazākajā šķidruma ieplūdes atverē vai atverēs plūsmas šūnas sānos. Šī plūsma tiks ievadīta kavitācijas zonā caur 48 smalkām caurulītēm
- Noregulējiet reaktora spiedienu, izmantojot pretspiediena vārstu pie plūsmas šūnas izplūdes atveres
Laboratorijas galda mērogā 1kW ultraskaņas ierīce UIP1000hdT spēj apstrādāt plūsmu ar plūsmas ātrumu no 100 līdz 1000L/hr (no 25 līdz 250 gal/hr), lai demonstrētu procesu un optimizētu apstrādes ar ultraskaņu parametrus. Hielscher ultraskaņas procesori ir paredzēti lineārai mēroga palielināšanai līdz lielākiem apstrādes apjomiem pilotmērogā vai ražošanas mērogā. Tālāk tabulā ir norādīti apstrādes apjomi un ieteicamie iekārtu izmēri.
| Partijas tilpums | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 0,2L | 0,25 līdz 2m3/hr | UIP1000hdT, UIP2000hdT |
| 0,2L | 1 līdz 8m3/hr | UIP4000hdT |
| nav piemērojams | 4 līdz 30m3/hr | UIP16000hdT |
| nav piemērojams | vairāk nekā 30m3/hr | ierīču grupa, ko veido UIP10000 vai UIP16000hdT |
Bieži uzdotie jautājumi par MultiPhaseCavitator – ultraskaņas plūsmas šūnas ieliktni MPC48
Kas ir MultiPhaseCavitator ieliktnis (plūsmas šūnas ieliktnis MPC48)?
MultiPhaseCavitator ieliktnis (InsertMPC48) ir plūsmas šūnas ieliktnis, kas paredzēts šķidruma/šķidruma vai šķidruma/gāzes maisījumu ultraskaņas apstrādes uzlabošanai. Tajā izmanto 48 ļoti smalkas kaniles, kas ievada šķidrumu vai gāzi šķidrajā fāzē tieši kavitācijas zonā, veidojot ļoti mazus suspendētus pilienus vai gāzes burbuļus ar lielu īpatnējo virsmas laukumu.
Ko nozīmē MPC48?
MPC ir MultiPhaseCavitator saīsinājums. Skaitlis 48 norāda, ka ieliktnim ir 48 kaniles, kas kalpo par ievadīšanas vietām. Pēc pieprasījuma plūsmas šūnas ieliktni var aprīkot ar lielāku vai mazāku kaniļu skaitu.
Kā darbojas plūsmas šūnas ieliktnis MPC48?
Kad šķidrumu ievada caur 48 smalkajām medicīniskajām kanilēm (iekšējais diametrs no 0,3 mm līdz 1,2 mm), tas ieplūst plūsmas šūnā ļoti šaurās strūklās. Ultraskaņas kavitācija ar 20 kHz frekvenci sadala šīs ienākošās strūklas mazos pilienos, kad tās nonāk šķidrajā fāzē. Konstrukcija nodrošina vienādu padeves spiedienu no viena padeves avota visām 48 kanilēm, lai izlīdzinātu plūsmu starp tām.
Kādiem lietojumiem MultiPhaseCavitator ieliktnis ir vislabāk piemērots?
Tas ir īpaši noderīgs emulsiju ķīmijā, piemēram, starpfāžu pārneses reakcijās, starpfāžu pārneses katalīzē (PTC) un šķidruma–šķidruma ekstrakcijā. Tas ir labi piemērots arī daļiņu izgulsnēšanai no diviem šķidriem prekursoriem un sonokristalizācijai. Ieliktnis ir paredzēts Hielscher plūsmas šūnu reaktoriem un ļauj veikt apstrādi porcijās vai nepārtraukti.
Kā MPC48 ieliktnis uzlabo starpfāžu pārneses reakcijas?
Tā kā vienas reaģenta fāzes ierobežotā šķīdība otrā ierobežo reakcijas norisi līdz starpfāžu robežvirsmai, divfāžu sistēmās bez ultraskaņas reakcijas ātrums bieži ir zems. Izmantojot ieliktni, kavitācija rada intensīvu hidraulisko bīdi un sadala ievadīto fāzi submikronu un nanometru izmēra pilienos. Šis būtiskais pilienu diametra samazinājums uzlabo reakcijas kinētiku un var samazināt vai novērst nepieciešamību pēc starpfāžu pārneses aģentiem.
Vai ieliktnis var samazināt nepieciešamo katalizatora daudzumu?
Jā. Ieliktnis var samazināt nepieciešamo amfifilo emulsiju katalizatoru vai starpfāžu pārneses katalizatoru (PTC), piemēram, kvartāro amonija sāļu, daudzumu, jo smalkākām emulsijām ir nepieciešams mazāks tilpums, lai nodrošinātu tādu pašu saskares virsmu ar otru reaģenta fāzi.
Kā tas uzlabo masas pārnesi ķīmiskajās reakcijās?
Reakcijas produkti var uzkrāties uz pilienu virsmas un bloķēt reaģentu mijiedarbību uz starpfāžu robežvirsmas. Ultraskaņas kavitācijas radītā hidrauliskā bīde rada turbulentu plūsmu un vielas pārnesi uz pilienu virsmām un prom no tām, izraisot atkārtotu koalescenci un jaunu pilienu veidošanos. Laika gaitā apstrāde ar ultraskaņu maksimāli palielina reaģentu saskari un mijiedarbību – šo efektu izmanto tādos procesos kā augu eļļu pāresterificēšana biodīzeļdegvielas iegūšanai vai poliesteru sintēze.
Vai ieliktnis ir efektīvs šķidruma–šķidruma ekstrakcijā?
Jā. Ieliktnis uzlabo šķidruma–šķidruma ekstrakciju, veidojot smalkdispersu turbulentu emulsiju, piemēram, šķīdinātāja fāzes emulsiju eļļas fāzē. Tas palielina fāžu saskares virsmu un uzlabo ekstrakciju, vienlaikus samazinot šķīdinātāja patēriņu.
Vai to var izmantot ūdens un degvielas emulsijām?
Jā. Zemas kvalitātes šķidros kurināmos, piemēram, mazutu, ko izmanto jūras kuģos vai elektroenerģijas ražošanā, var emulģēt ar ūdeni. Tas nodrošina efektīvāku sadegšanu un būtisku NOx emisiju un kvēpu daudzuma samazinājumu.
Uzziniet par ūdens un degvielas emulsiju ultraskaņas emulģēšanas priekšrocībām!
Kā ieliktnis palīdz izgulsnēšanā un sonokristalizācijā?
Pigmentus vai nanodaļiņas var iegūt ar augšupējo pieeju, izmantojot izgulsnēšanu šķidrumos. Insert MPC48 apvieno ātras, šauras ievadītās strūklas ar spēcīgu ultraskaņas kavitācijas radītu bīdi, maksimāli palielinot sajaukšanas ātrumu un efektivitāti un radot vairāk un mazākas daļiņas. Tā kā daudzu izgulsnēšanas reakciju ātrums ir ļoti liels, prekursoru/reaģentu sajaukšanas kontrole ir būtiska, un ieliktnis palīdz kontrolēt daļiņu/kristālu izmēru un morfoloģiju.
Vai kanulas ir patēriņa materiāli?
Jā. 48 smalkās medicīniskās kanulas var viegli nomainīt, un tās ir lēts patēriņa materiāls (sterilas, aptuveni 2 ct/pc). Šīs kanulas ir standarta patēriņa materiāli, un tās var viegli iegādāties uz vietas. Pēc pieprasījuma ir pieejami pielāgoti risinājumi vairāk nekā vienas fāzes ievadīšanai caur kanulām.
Kā uzstādīt plūsmas šūnu ar InsertMPC48?
Šo risinājumu ir viegli integrēt esošajos procesos: padodiet A fāzi šķidruma ieplūdes atverē plūsmas šūnas apakšā, padodiet B fāzi mazākajā šķidruma ieplūdes atverē vai atverēs sānos (tā tiek ievadīta kavitācijas zonā pa 48 smalkām caurulītēm) un noregulējiet reaktora spiedienu, izmantojot pretspiediena vārstu plūsmas šūnas izplūdes atverē.
Kādas mēroga palielināšanas iespējas un iekārtu izmēri ir pieejami?
Hielscher piedāvā iekārtas šīs tehnoloģijas izmēģināšanai, pārbaudei un izmantošanai jebkurā mērogā, nodrošinot lineāru mēroga palielināšanu no laboratorijas galda iekārtām līdz pilotmērogam un ražošanai. Piemēram, UIP1000hd (1 kW) var apstrādāt 100–1 000 L/hr procesa demonstrēšanai un parametru optimizēšanai; ieteicamo ierīču klāsts sniedzas no UIP1000hd/UIP2000hd līdz UIP4000 un UIP16000, savukārt plūsmas ātrumam virs 30 m³/hr izmanto UIP10000 vai UIP16000 ierīču grupas.
Ultraskaņas plūsmas šūnas ieliktnis MPC48 – MultiPhaseCavitator