MultiPhaseCavitator – Ievietojiet MPC48 ultraskaņas plūsmas šūnu
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.
Šis ieliktnis ir īpaši noderīgs emulsijas ķīmijai, piemēram, fāzes pārneses reakcijām, Fāzu pārnese-katalīze (PTC) vai šķidruma-šķidruma ekstrakcija. Vēl viena interesanta pielietojuma joma ir daļiņu nogulsnēšana no diviem šķidriem prekursoriem vai sonokristalizācija. Šis ieliktnis ir paredzēts Hielscher plūsmas šūnu reaktoriem un ļauj veikt partijas vai nepārtrauktu apstrādi.
Viens un 48 iesmidzināšanas porti
Ultrasonication ir efektīvs līdzeklis emulgācijai un sajaukšanai. Atšķirībā no parastās iestatīšanas, kur atsevišķas fāzes tiek apvienotas, pirms tās nonāk plūsmas šūnā un kavitācijā, šis plūsmas šūnas ieliktnis uzlabo abu fāžu kombināciju. Kad šķidrums tiek ievadīts caur 48 smalkajām kanulām, tas nonāk plūsmas šūnā ļoti šaurās daļās. Ieliktnī tiek izmantotas ļoti 48 smalkas medicīniskās kanulas ar iekšējo diametru no 0,3 mm līdz 1,2 mm. Šīs kanulas var viegli nomainīt, un tās ir lēts palīgmateriāls (sterils, aptuveni 2ct/gab). Ultraskaņas kavitācija (pie 20kHz) sagriež 48 ienākošos šķidruma pavedienus mazos pilienos, kad tie nonāk šķidrā fāzē plūsmas šūnā.
Konstrukcija piemēro tādu pašu padeves spiedienu no vienas padeves uz visām 48 kanulām, lai izlīdzinātu plūsmu starp kanulām.
48 ieejas porti ultraskaņas reaktorā šķidruma-šķidruma reakcijām
Injekcija ultraskaņas daudzfāzukavitatorā
IevietotMPC48 – 48 smalkas kanulas beidzas kavitācijas zonā
Ultraskaņas plūsmas šūnu reaktors FC100L1K-1S ar InsertMPC48
Lietojumi un lietojumprogrammas
Hielscher ultraskaņas reaktori bieži tiek izmantoti, lai emulģētu, uzlabotu fāzes pārneses procesa kinētiku vai izšķīdināšanas ātrumu šķidrās un šķidrās fāzes sistēmās. Šādu procesu piemēri ir oksidatīvā desulfurizācija ar ūdeņraža peroksīdu un turpmāka ekstrakcija ar šķīdinātāju vai triglicerīdu bāzes katalizēta pāresterificēšana.
Ierobežota vienas reaģenta fāzes šķīdība citā reaģenta fāzē ir nozīmīga problēma procesa emulsijas ķīmijā, jo abas fāzes reaģē viena ar otru tikai starpfāzē. Bez ultraskaņas tas rada zemu reakcijas ātrumu un lēnu konversijas kinētiku divfāžu sistēmās.
Izmantojot ieliktni ar ultraskaņas reaktoru, kavitācija rada augstu hidraulisko bīdi un sadala injicēto fāzi sub-mikronu un nanoizmēra pilienos. Tā kā fāzes robežas īpatnējais virsmas laukums ietekmē reakcijas ķīmisko ātrumu, šis ievērojamais pilienu diametra samazinājums uzlabo reakcijas kinētiku un var samazināt vai novērst nepieciešamību pēc fāzes pārneses līdzekļiem. Injicētās fāzes tilpuma procentuālo daudzumu var samazināt, jo smalkākām emulsijām ir nepieciešams mazāks tilpums, lai nodrošinātu to pašu kontakta virsmu ar otru reaģenta fāzi.
Šī inserta izmantošana var samazināt nepieciešamo amfifilo emulsijas katalizatoru daudzumu vai fāzes pārneses katalizatori (PTC), piemēram, četraizvietotā amonija sāļi ar to unikālo spēju izšķīst gan ūdens, gan organiskos šķidrumos.
Uzlabota masas pārnese ķīmiskām reakcijām
Kad divas reaģenta fāzes reaģē pie fāzes robežas, reakcijas produkti uzkrājas pie pilienu virsmas un bloķē reaģenta fāžu mijiedarbību saskarnē. Ultraskaņas kavitācijas izraisītā hidrauliskā bīde rada turbulentu plūsmu un materiālu transportēšanu no un uz pilienu virsmām un noved pie atkārtotas saplūšanas un turpmākas jaunu pilienu veidošanās. Tā kā reakcija laika gaitā progresē, ultraskaņas apstrāde maksimāli palielina reaģentu iedarbību un mijiedarbību.
Šo efektu izmanto daudzos procesos, piemēram, augu eļļu pāresterificēšanā uz biodīzeļdegvielu vai poliesteru sintēzē, pāresterificējot diesterus ar dioliem, lai veidotu makromolekulas.
Emulgācija / emulgācija
Šis plūsmas šūnas ieliktnis uzlabo emulgāciju, sajaucot nesajaucamus šķidrumus. Tas noved pie mazākiem pilienu izmēriem un šaurāka izmēra sadalījuma – galvenais faktors emulsijas stabilitātei. Izmantojot šo dizainu, jūs varat injicēt un emulģēt zemas un vidējas viskozitātes šķidrumus pat augstas viskozitātes šķidrumos, piemēram, smagajās degvieleļļās (HFO), polimēros vai želejās. Dažiem preparātiem var būt nepieciešams pievienot emulgatorus vai stabilizatorus. Šajā gadījumā tas palīdz vienmērīgi sajaukt emulgatoru. Pielāgoti modeļi vairāk nekā vienas fāzes injekcijai, lai gan kanulas ir pieejamas pēc pieprasījuma.
šķidruma-šķidruma ekstrakcija
Šis ieliktnis veicina šķidruma-šķidruma ekstrakcijas procesus, izveidojot smalka izmēra turbulentu emulsiju, piemēram, šķīdinātāja fāzi eļļas fāzē. Atkal, tas palielina fāzes kontakta virsmu un nodrošina labāku ekstrakciju un samazinātu šķīdinātāju izmantošanu.
Ūdens kurināmais tīrākai sadedzināšanai
Zemas kvalitātes degvieleļļas, piemēram, mazutu, ko izmanto uz jūras kuģiem vai enerģijas ražošanai, var emulģēt ar ūdeni. Tā rezultātā tiek panākta efektīvāka sadegšana un ievērojami samazināts NOx emisijas un kvēpi.
Lasiet vairāk par ūdens degvielu ultraskaņas emulgāciju (emulsijas degvielu)!
Nokrišņi / Sono-kristalizācija
Pigmentus vai nanodaļiņas var radīt no apakšas uz augšu, izgulsnējot šķidrumos. Šajā gadījumā pārsātināts maisījums sāk veidot cietas daļiņas vai kristālus no ļoti koncentrēta materiāla. Šīs daļiņas pieaugs līdz noteiktam punktam un beidzot nogulsnēsies. Lai kontrolētu daļiņu/kristālu izmēru un morfoloģiju, ir būtiski kontrolēt prekursora/reaģenta sajaukšanos.
Kopumā nokrišņu process ietver: sajaukšanu, pārsātināšanu, nukleāciju, daļiņu augšanu un aglomerāciju. Pēdējo novērš ar zemu cieto koncentrāciju vai stabilizējošiem līdzekļiem. Sajaukšana ir kritiska; Attiecībā uz lielāko daļu nokrišņu procesu reakcijas ātrums ir ļoti augsts. InsertMPC48 apvieno ātras šauras injekcijas strūklas ar spēcīgu ultraskaņas kavitācijas bīdi. Tas maksimāli palielina sajaukšanas ātrumu un veiktspēju, radot vairāk un mazākas daļiņas.
Fe3O4 (magnetīta) daļiņu sadalījums, kas rodas nepārtrauktā ultraskaņas nokrišņu reakcijā (Banert et al., 2004).
No laboratorijas testēšanas līdz izmēģinājuma mērogam un ražošanai
Hielscher Ultrasonics piedāvā aprīkojumu, lai pārbaudītu, pārbaudītu un izmantotu šo tehnoloģiju jebkurā mērogā. Koncepciju ir viegli iekļaut esošajos procesos.
- A fāze šķidruma ievadīšanas portā plūsmas šūnas apakšā
- Padod B fāzi mazākā(-os) šķidruma ievadīšanas portā(-os) plūsmas šūnas sānos. Šī barība tiks ievadīta kavitācijas zonā caur 48 smalkām caurulēm
- Noregulē reaktora spiedienu, izmantojot pretspiediena vārstu plūsmas šūnas izplūdes atverē
Laboratorijas līmenī 1 kW ultraskaņas ģenerators UIP1000hdT spēj apstrādāt plūsmas ātrumus no 100 līdz 1000 L/h (25 līdz 250 gal/h) procesa demonstrēšanai un ultraskaņas apstrādes parametru optimizēšanai. Hielscher ultraskaņas procesori ir paredzēti lineārai mēroga palielināšanai līdz lielākiem apstrādes apjomiem izmēģinājuma vai ražošanas mērogā. Zemāk esošajā tabulā ir uzskaitīti apstrādes apjomi un ieteicamie iekārtu izmēri.
| Partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 0.2L | 0.25 līdz 2m3/Hr | UIP1000hdT, UIP2000hdT |
| 0.2L | 1 līdz 8m3/Hr | UIP4000hdT |
| n.p. | 4 līdz 30m3/Hr | UIP16000hdT |
| n.p. | virs 30m3/Hr | kopa UIP10000 vai UIP16000hdT |
Bieži uzdotie jautājumi par MultiPhaseCavitator – Ultraskaņas plūsmas kameras ieliktnis MPC48
Kas ir „MultiPhaseCavitator“ ieliktnis (plūsmas kameras ieliktnis MPC48)?
„MultiPhaseCavitator Insert“ (InsertMPC48) ir plūsmas kameras ieliktnis, kas paredzēts šķidruma/šķidruma vai šķidruma/gāzes maisījumu ultraskaņas apstrādes uzlabošanai. Tajā izmantotas 48 ļoti smalkas kanulas, kas ievada šķidrumu vai gāzi šķidrā fāzē tieši kavitācijas zonā, radot ļoti mazus suspendētus pilieniņus vai gāzes burbuļus ar lielu īpatnējo virsmu.
Ko nozīmē MPC48?
MPC ir saīsinājums no „MultiPhaseCavitator“. Skaitlis 48 norāda, ka ieliktnī ir 48 kanulas, kas kalpo par injekcijas vietām. Pēc pasūtījuma plūsmas kameras ieliktni var aprīkot ar lielāku vai mazāku kanulu skaitu.
Kā darbojas plūsmas kameras ieliktnis MPC48?
Kad šķidrums tiek ievadīts caur 48 smalkām medicīniskām kanulām (iekšējais diametrs no 0,3 mm līdz 1,2 mm), tas nonāk plūsmas kamerā ļoti šaurās strāvās. Ultraskaņas kavitācija ar frekvenci 20 kHz sadala šos ieplūstošos straumīšus mazos pilienos, tiklīdz tie nonāk šķidrā fāzē. Konstrukcijā visām 48 kanulām no viena avota tiek piemērots vienāds padeves spiediens, lai izlīdzinātu plūsmu starp tām.
Kādiem pielietojumiem vislabāk piemērots ir „MultiPhaseCavitator Insert“?
Tas ir īpaši noderīgs emulsiju ķīmijā, piemēram, fāžu pārneses reakcijās, fāžu pārneses katalīzē (PTC) un šķidruma-šķidruma ekstrakcijā. Tas ir piemērots arī daļiņu nogulsnēšanai no diviem šķidriem prekursoriem un ultraskaņas kristalizācijai. Ieliktnis ir paredzēts Hielscher plūsmas kameru reaktoriem un ļauj veikt partiju vai nepārtrauktu apstrādi.
Kā MPC48 ieliktnis uzlabo fāžu pārneses reakcijas?
Tā kā vienas reaģenta fāzes ierobežotā šķīdība citā fāzē ierobežo reakciju starpfāžu robežzonā, divfāžu sistēmām bez ultraskaņas izmantošanas bieži ir zems reakcijas ātrums. Izmantojot ieliktni, kavitācija rada augstu hidraulisko griezes spēku un sadala ievadīto fāzi submikronu un nanoizmēra pilienos. Šis ievērojamais pilienu diametra samazinājums uzlabo reakcijas kinētiku un var samazināt vai pilnībā novērst nepieciešamību pēc fāžu pārneses aģentiem.
Vai šis ieliktnis var samazināt nepieciešamo katalizatora daudzumu?
Jā. Šis ieliktnis var samazināt nepieciešamo amfifīlisko emulsijas katalizatoru vai fāžu 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 pilienu virsmā un traucēt reaģentu mijiedarbību robežvirsmā. Ultraskaņas kavitācijas radītais hidrauliskais griezums izraisa turbulentu plūsmu un vielu pārnesi uz un no pilienu virsmām, kas savukārt izraisa atkārtotu pilienu saplūšanu un jaunu pilienu veidošanos. Laika gaitā ultraskaņas apstrāde nodrošina maksimālu reaģentu saskari un mijiedarbību – ko izmanto tādos procesos kā augu eļļu transesterifikācija, lai iegūtu biodīzeļdegvielu, vai poliesteru sintēze.
Vai šis ieliktnis ir efektīvs šķidruma-šķidruma ekstrakcijā?
Jā. Ieliktnis uzlabo šķidruma–šķidruma ekstrakciju, veidojot smalkgraudainu turbulentu emulsiju, piemēram, šķīdinātāja fāzi eļļas fāzē. Tas palielina fāžu saskares virsmu un nodrošina labāku ekstrakciju, vienlaikus samazinot šķīdinātāja patēriņu.
Vai to var izmantot ūdens degvielu ražošanai?
Jā. Zemas kvalitātes degvielas eļļas, piemēram, smagā degvielas eļļa, ko izmanto kuģos vai elektroenerģijas ražošanā, var emulgēt ar ūdeni. Tas nodrošina efektīvāku sadegšanu un ievērojami samazina NOx emisijas un sodrēju.
Atklājiet ūdens-degvielu ultraskaņas emulgēšanas priekšrocības!
Kā šis pildījums palīdz nogulsnēšanās un ultraskaņas kristalizācijas procesā?
Pigmentus vai nanodaļiņas var iegūt, izmantojot „no apakšas uz augšu” metodi — nogulsnēšanu šķidrumos. Ieliktnis MPC48 apvieno ātrus, šaurus iesmidzināmos strūklas ar spēcīgu ultraskaņas kavitācijas griezes spēku, kas maksimizē sajaukšanas ātrumu un efektivitāti, radot vairāk un mazākas daļiņas. Tā kā daudzu nogulsnēšanās reakciju ātrums ir ļoti liels, ir būtiski kontrolēt prekursoru/reaktīvo vielu sajaukšanu, un ieliktnis palīdz kontrolēt daļiņu/kristālu izmēru un morfoloģiju.
Vai kanulas ir vienreizlietojami materiāli?
Jā. 48 smalkās medicīniskās kanulas ir viegli nomaināmas un ir lēti patēriņa materiāli (sterilas, aptuveni 2 ct/gab.). Šīs kanulas ir standarta patēriņa materiāli, un tās var viegli iegādāties vietējā tirgū. Pēc pieprasījuma ir pieejami individuāli izstrādāti risinājumi, kas ļauj caur kanulām ievadīt vairāk nekā vienu fāzi.
Kā uzstādīt plūsmas šūnu kopā ar InsertMPC48? Šo koncepciju ir viegli integrēt esošajos procesos: fāzi A ievadiet plūsmas kameras apakšā esošajā šķidruma ieplūdes atverē, fāzi B — mazākajā(-ās) šķidruma ieplūdes atverē(-ēs) sānos (tā tiek ievadīta kavitācijas zonā caur 48 smalkajām caurulītēm), un reaktora spiedienu regulējiet, izmantojot pretspiediena vārstu plūsmas kameras izplūdes atverē.
Kādas ir pieejamās paplašināšanas iespējas un iekārtu izmēri?
Uzņēmums „Hielscher“ piedāvā iekārtas šīs tehnoloģijas testēšanai, pārbaudei un izmantošanai jebkurā mērogā, nodrošinot lineāru mēroga palielināšanu no laboratorijas līmeņa līdz eksperimentālajai un ražošanas stadijai. Piemēram, iekārta UIP1000hd (1 kW) spēj apstrādāt 100–1 000 l/h demonstrācijas nolūkos un parametru optimizācijai; ieteicamās ierīces ir no UIP1000hd/UIP2000hd līdz UIP4000 un UIP16000, savukārt plūsmas ātrumiem virs 30 m³/stundā tiek izmantoti UIP10000 vai UIP16000 klasteri.
Ultraskaņas plūsmas kameras ieliktnis MPC48 – MultiPhaseCavitator