जैवानोल उत्पादनको लागि अल्ट्रासोनिक रूपमा असामान्य किण्वन

भर्ती

भर्ती एक एरोबिक (= ऑक्साइडिएटिव किण्वन) वा एनारोबिक प्रक्रिया हो, जुन बायोटेक्नेलोजिकल अनुप्रयोगहरुको लागि ब्याक्टेरियल, कवक वा अन्य जैविक कोशिका संस्कृतिहरु वा ईन्जाइमहरु द्वारा कार्बनिक सामाग्री को रूप मा परिवर्तित गर्न को लागि प्रयोग गरिन्छ। किण्वन द्वारा, जैविक यौगिकों को ओक्सीकरण देखि ऊर्जा निकाले जान्छ, जस्तै कार्बोहाइड्रेट।

चिनियाँ किण्वन को सबै भन्दा साधारण सब्सट्रेट हो, यसैले ल्याक्टिक एसिड, लेक्टोज, इथेनॉल र हाइड्रोजन जस्तै कि उत्पादहरु मा किण्वन पछि। अल्कोहल किण्वन को लागि इथेनॉल - विशेष गरी ईंन्धन को रूप मा उपयोग को लागि, तर यो पनि मादक पेयहरुको लागि – किण्वन द्वारा उत्पादन गरिएको छ। जब केहि खमीर उपभोग, जस्तै Saccharomyces cerevisiae मेटाबोलिस शर्करा, खमीर कोशिकाहरू इथेनॉल र कार्बन डाइअक्साइडमा सुरु हुने सामग्री परिवर्तन गर्छन्।

तलको रासायनिक समीकरणले रूपान्तरणलाई सारांश बनाउँछ:

रासायनिक समीकरण bioethanol मा रूपांतरण सारांश।

यदि सुरुवातको सामग्री स्टार्च हो, उदाहरणको लागि मकबाट, पहिलो स्टार्च बदल्नु पर्छ चीनीमा। ईयुजको रूपमा प्रयोग गरिएको जैवथानोलको लागि, स्टार्च रूपान्तरणको लागि हाइड्रोलीसिस आवश्यक पर्दछ। सामान्यतया, हाइड्रोलीसिस एसिडिक वा एंजाइमिक उपचारले वा दुबैको संयोजनद्वारा तेज हुन्छ। सामान्यतया, किण्वन लगभग 35-40 डिग्री सेल्सियस सम्म गरिन्छ।
विभिन्न किण्वन प्रक्रियाहरूमा अवलोकन:

खाना:

उत्पादन & संरक्षण
डेयरी (ल्याक्टिक एसिड किरण), जस्तै दही, तितली, केफिर
ल्याक्टिक किरणित सब्जिहरु, जस्तै किमची, मामो, natto, tsukemono, sauerkraut
पुरातत्व विकास, जस्तै सोया सस
टेनिंग एजेंटहरु को अपघटन, जस्तै चाय, कोकोआ, कफी, तंबाकू
अल्कोहल पेय पदार्थ, जस्तै बियर, वाइन, व्हिस्की

औषधिहरू:

चिकित्सा यौगिहरु को उत्पादन, उदाहरण को इन्सुलिन, हाइयलरोनिक एसिड

बायोगल / इथानोल:

बायोगेस / जैवथानोल उत्पादनको सुधार

बेंच-टप र पायलट साइजमा विभिन्न अनुसन्धान कागजातहरू र परीक्षणहरू देखाइएका छन् कि अल्ट्रासाउन्ड एंजाइम किण्वनका लागि थप बायोमास उपलब्ध गराएर किण्वन प्रक्रियामा सुधार गर्दछ। निम्न खण्डमा, अल्ट्रासाउन्डको तरल एक तरल प्रभाव पार्नेछ।

अल्ट्रासोनिक रिएक्टरहरूले बायोडेसल उपज र प्रोसेसिंग प्रभावकारीता बढाउँछन्!

बायोथेनल सूरजमुखी स्टक, मकै, गन्ना आदिबाट उत्पादन गर्न सकिन्छ।

अल्ट्रासोनिक तरल प्रोसेसिंग को प्रभाव

उच्च शक्ति / कम फ्रिक्वेन्सी अल्ट्रासाउन्ड उच्च एम्पलिभ्युटहरू उत्पन्न गर्न सकिन्छ। यसरी, उच्च शक्ति / कम फ्रिक्वेन्सी अल्ट्रासाउन्ड मिक्सिङ, इमुलेशनिंग, डिलरिंग र डिगलगोमेसन, वा मिलिंग जस्ता तरल पदार्थको प्रसोधनको लागि प्रयोग गर्न सकिन्छ।
उच्च तीव्रताहरूमा तरल पदार्थ सँधै गर्दा, उच्च आवृत्ति (कम्प्रेशन) र कम-दबाव (दुर्लभ) चक्रहरू बदल्नमा तरल मिडिया परिणाममा प्रचार गर्ने ध्वनि लहरहरू, फ्रिक्वेन्सीमा निर्भर गर्दछ। कम-दबाव चक्रको समयमा, उच्च-तीव्रता अल्ट्रासोनिक तरंगहरू सानो वैक्यूम बुलबुले बनाउँछ वा तरलमा आवाज गर्दछ। जब बुलबुले एक भोल्युम प्राप्त गर्दछ जुन उनीहरूले अब ऊर्जालाई अवशोषित गर्न सक्दैनन्, उनीहरूले उच्च दबाव चक्रको समयमा उल्लङ्घन गरे। यो घटनाले cavitation लाई निषेध गरिएको छ। cavitation, त्यो हो “एक तरल मा बुलबुले को गठन, वृद्धि, र अनुचित ढक्कन। क्षैतिज ढङ्गले तीव्र स्थानीय ताप (~ 5 5000 किलोमिटर), उच्च दबाब (~ 1000 एटीएम), र अत्यधिक हीटिंग र कूलिंग दरहरू उत्पादन गर्दछ (>109 K / सेकेन्ड)” र तरल जेट स्ट्रीम (~ 400 किमी / घन्टा) "। (Suslick 1 999)

इथेनॉल को संरचनात्मक सूत्र

Cavitation सिर्जना गर्न विभिन्न माध्यमहरू छन्, जस्तै उच्च-दबाव नलिकाहरू, रोटर-स्ट्याटर मिक्सरहरू, वा अल्ट्रासोनिक प्रोसेसरहरू। ती सबै प्रणालीहरूमा इनपुट ऊर्जा घर्षण, अशांति, लहरहरू र cavitation मा परिवर्तन गरिएको छ। Cavitation मा परिवर्तन आगत ऊर्जा को अंश धेरै कारकहरु मा तरल मा cavitation उत्पादन उपकरण को आंदोलन को वर्णन गर्दछ मा निर्भर गर्दछ। गतिशीलताको तीव्रता cavitation मा ऊर्जा को कुशल परिवर्तन को प्रभावित गर्न को सबै भन्दा महत्वपूर्ण कारकों मध्ये एक हो। उच्च गतिले उच्च दबावको भिन्नता सिर्जना गर्दछ। यो बारी मा वैक्यूम बुलबुले को निर्माण को संभावना तरल को माध्यम ले प्रचार को लहरहरु को बजाय को बढावा बढ्छ। यसैले, उच्च गतिशीलता उच्च उच्च cavitation मा परिवर्तित ऊर्जा को अंश हो।
अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्युसरको अवस्थामा, थम्बनेलको आयामले त्वरणको तीव्रतालाई वर्णन गर्छ। उच्च उत्प्रेरित परिणाम cavitation को अधिक प्रभावी निर्माण मा परिणाम। तीव्रता को अतिरिक्त, तरल पदार्थ, घर्षण र लहर उत्पादन को मामला मा न्यूनतम क्षति को रूप मा तरल को गति मा त्वरित हुनु पर्छ। यसको लागि, इष्टतम तरिका आन्दोलनको एकतरफा दिशा हो। Sonication प्रक्रिया को तीव्रता र प्यारामिटरहरु बदलन, अल्ट्रासाउंड धेरै कडा या धेरै नरम हुन सक्छ। यसले विभिन्न अनुप्रयोगहरूको लागि अल्ट्रासाउन्ड एक धेरै बहुमुखी उपकरण बनाउँछ।

Compact and powerful ultrasonic lab devices allow for simple testings in small scale to evaluate process feasibility

चित्र 1 – अल्ट्रासोनिक ल्याब उपकरण UP100H (100 वाट) व्यवहार्यता परीक्षणहरूको लागि

नरम अनुप्रयोगहरू, हल्का सनराइजलाई हल्का परिस्थितिमा आवेदन दिन्छन् Degassing, पाईन्छ, र एन्जाइम सक्रियता। उच्च तीव्रता / उच्च शक्ति अल्ट्रासाउन्डको साथ कठिन अनुप्रयोगहरू (प्रायः उच्च रक्तचाप अन्तर्गत) हुन्छन् गीली-मिलिंग, डिगलगोमेसन & कण आकार को कमी, र विच्छेदन। धेरै अनुप्रयोगहरू जस्तै निकासी, विघटन वा Sonochemistry, अल्ट्रासोनिक तीव्रता अनुरोध गरियो निर्दिष्ट अनुरोध मा निर्भर हुन्छ sonicated। विभिन्न प्रकारका प्यारामिटरहरू, जुन व्यक्तिगत प्रक्रियामा अनुकूल गर्न सकिन्छ, अल्ट्रासाउन्डले प्रत्येक व्यक्ति प्रक्रियाको लागि मिठो स्थान पत्ता लगाउन अनुमति दिन्छ।
बकाया पावर रूपान्तरणको अलावा, अल्ट्रासोनिकेशनले सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण मापदण्डहरूमा पूर्ण नियन्त्रणको ठूलो फाइदा प्रदान गर्दछ: आयाम, दबाब, तापमान, भिषास, र एकाग्रता। यसले सबै मापदण्डहरूलाई प्रत्येक विशेष सामग्रीको लागि आदर्श प्रशोधन मापदण्डहरू फेला पार्न उद्देश्यसँग समायोजन गर्ने सम्भावना प्रदान गर्दछ। यसले उच्च प्रभावकारीता र साथमा अनुकूलित क्षमतामा परिणाम गर्दछ।

उत्थान प्रक्रिया सुधार गर्न अल्ट्रासाउंड, bioethanol उत्पादन संग उत्कृष्ट रूपमा वर्णन गरियो

बायोथेनोल एनारोबिक वा एरोबिक जीवाणुद्वारा बायोमास वा बायोड्रोग्रेडयोग्य पदार्थको अवशोषण को एक उत्पादन हो। उत्पादन इथेनॉल मुख्य रूप देखि जैव ईंधन के रूप में प्रयोग किया जाता है। यसले जैवथानोललाई जीवाश्म ईंन्धनहरूको लागि अक्षय र पर्यावरणीय अनुकूल विकल्प प्रदान गर्दछ, जस्तै प्राकृतिक ग्यास।
बायोमास, चीनी, स्टार्च, र लाइनकोसेलसोस सामाग्रीबाट इथेनॉल उत्पादन गर्न फिडस्कको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। औद्योगिक उत्पादनको आकार, शर्कु र स्टार्चको लागि हाल मुख्य रूपमा छन् किनभने तिनीहरू आर्थिक रूपमा अनुकूल हुन्छन्।
कसरी अल्ट्रासाउन्डले ग्राहक-व्यक्तिगत प्रक्रियालाई विशिष्ट फीडस्ककसँग सुधार गर्छ, दिइएका शर्तहरू अन्तर्गत व्यवस्थितता परीक्षणहरू द्वारा सरल गर्न सकिन्छ। पहिलो चरणमा, अल्ट्रासोनिकसँग सानो मात्रामा कच्ची सामग्री स्लायरीको सोनाकरण प्रयोगशाला उपकरण देखाउनेछ, यदि अल्ट्रासाउन्डले फीडस्टकलाई असर गर्छ।

सम्भावना परीक्षण

पहिलो परीक्षण चरणमा, यो अल्ट्रासोनिक ऊर्जा को एक सानो मात्रा तरल मा अपेक्षाकृत उच्च मात्रा को परिचय को लागी उपयुक्त छ जसको कारण मौका को देखने को लागी यदि कुनै परिणाम प्राप्त गर्न सकिन्छ। एक सानो नमूना मात्रा ले ल्याब उपकरण प्रयोग गरी समय छोटो र पहिलो परीक्षणको लागि लागत घटाउँदछ।
अल्ट्रासाउन्ड तरंगहरू सोनोट्रोडको सतहले तरलमा फैलिएको छ। बेनाथ सोनोट्रोडे सतह, अल्ट्रासाउन्ड तीव्रता धेरै तीव्र छ। यसैले, सोनोट्रोड र ध्वनिगत सामग्री बीच छोटो दूरी मनपर्दो छ। जब एक सानो तरल भोल्युम उजागर गरिन्छ, सोनोट्रोडबाट दूरी छोटो राख्न सकिन्छ।
तल टेबल अनुकूलन पछि sonication प्रक्रियाको लागि ठेठ ऊर्जा / मात्रा स्तर देखाउँछ। चूंकि पहिलो परीक्षण इष्टतम कन्फिगरेसनमा दौडिने छैन, ध्वनि गणना तीव्रता र समयको 10 देखि 50 गुणाको समयले देखाउँछ भने पुष्टिकरण सामग्रीको कुनै प्रभाव वा प्रभाव पर्दैन।

प्रक्रिया	ऊर्जा / मात्रा	नमूना भोल्यूम	पावर	समय
सरल	< 100Ws / mL	10mL	50W	< 20 सेकेन्ड
मध्यम	100Ws / mL सम्म 500Ws / एमएल	10mL	50W	20 देखि 100 सेकेन्ड
हार्ड	> 500Ws / mL	10mL	50W	>100 सेकेन्ड

टेबल 1 – प्रक्रिया अनुकूलन भएपछि सामान्य sonication मानहरू

परीक्षणको वास्तविक पावर इनपुट एकीकृत डेटा रेकर्डिङ मार्फत रेकर्ड गर्न सकिन्छ (Uf200 ः टी र UP200St), पीसी-इन्टरफेस वा पाउडर द्वारा। आयाम सेटिङ र तापमानको रेकर्ड गरिएको डेटासँग संयोजनमा, प्रत्येक परीक्षणको परिणामहरू मूल्यांकन गर्न सकिन्छ र ऊर्जा / भोल्युमको लागि एक तल रेखा स्थापना गर्न सकिन्छ।
यदि परीक्षणहरूको बेलामा इष्टतम कन्फिगरेसन छनोट गरिएको छ, यो कन्फिगरेसन प्रदर्शन एक अनुकूलन चरणको समयमा प्रमाणित हुन सक्छ र अन्ततः व्यावसायिक स्तर सम्म बढि हुन सक्छ। अनुकूलन सुविधाको लागि, यो अत्यधिक sonication को सीमा को जांच गर्न को लागि सिफारिस गरिएको छ, उदाहरण को लागि तापमान, आयाम या विशिष्ट योगों को लागि मात्रा / मात्रा। जस्तै अल्ट्रासाउन्डले कोशिका, रसायन वा कणहरूमा नकारात्मक असर उत्पन्न गर्न सक्छ, प्रत्येक प्यारामिटर को लागि महत्वपूर्ण स्तरहरूको जाँच गर्न आवश्यक छ ताकि पैरामीटर दायरालाई निम्न अनुकूलन सीमित गर्नका लागि नकारात्मक असरहरू देखा पर्दैन। व्यवहार्यता अध्ययनका लागि सानो प्रयोगशाला वा बेंच-शीर्ष एकाइहरू यस्ता परीक्षणहरूमा उपकरण र नमूनाहरूको खर्च सीमित गर्न सिफारिस गरिन्छ। सामान्यतया 100 देखि 1000 वाट एकाइहरूले व्यवस्थितता अध्ययनको उद्देश्य राम्रोसँग सेवा गर्छन्। (सीएफ हेलसेस्टर 2005)

टेबल 1 – प्रक्रिया अनुकूलन भएपछि सामान्य sonication मानहरू

अनुकूलन

व्यवहार्य अध्ययनका क्रममा प्राप्त परिणामहरूले सानो मात्रामा उपचार गरेको सन्दर्भमा एकदम उच्च ऊर्जा खपत देखाउन सक्छ। तर व्यवहार्यता परीक्षण को उद्देश्य मुख्य रूप देखि अल्ट्रासाउंड को सामाग्री को सामाग्री को प्रदर्शित गर्न को लागि छ। यदि व्यवहार्यता परीक्षण सकारात्मक प्रभाव पर्यो भने, ऊर्जा / आवाज अनुपात अनुकूलन गर्न थप प्रयासहरू गरिनु पर्छ। यसको अर्थ अल्ट्रासाउन्ड प्यारामिटरहरूको आदर्श कन्फिगरेसन पत्ता लगाउनको लागि यो प्रक्रिया आर्थिक रूपमा सबैभन्दा उचित र कुशल बनाउन को लागी कम ऊर्जा सम्भव प्रयोग गरी उच्चतम उपज प्राप्त गर्न को लागी। इष्टतम प्यारामिटर कन्फिगरेसन फेला पार्न – न्यूनतम उर्जा इनपुटको साथ उद्देश्य प्राप्त लाभहरू प्राप्त गर्दै - सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण प्यारामिटरहरू बीचको सम्बन्ध आयाम, दबाब, तापमान र तरल रचना को जांच को छ। यस दोस्रो चरणमा ब्याच सोनिकेशनले प्रवाह सेल रिएक्टरसँग निरन्तर पुष्टिकरण सेटअपमा परिवर्तन सिफारिस गरिन्छ सिफारिस गरिएको महत्त्वपूर्ण प्यारामिटरको रूपमा बैच सोनिकेशनको लागि असर हुन सक्दैन। एक बैचमा sonication को समयमा, दबाव परिवेशको दबावमा सीमित छ। यदि sonication प्रक्रिया एक प्रेसिजन प्रवाह कक्ष कक्ष छ भने, दबाव उच्च (वा घटाइएको) हुन सक्छ जुन सामान्य मा अल्ट्रासोनिक लाई असर गर्दछ cavitation पर्याप्त। एक प्रवाह सेल प्रयोग गरेर, दबाव र प्रक्रिया दक्षता बीचको सम्बन्ध निर्धारण गर्न सकिन्छ। अल्ट्रासोनिक प्रोसेसरहरू बीच 500 वाटहरू र 2000 वाटहरू शक्ति को एक प्रक्रिया को अनुकूलन को लागि सबै भन्दा उपयुक्त छ।

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

चित्र 2 - अल्ट्रासोनिक प्रक्रियाको अनुकूलनका लागि प्रवाह चार्ट

व्यावसायिक उत्पादनमा स्केल अप

यदि इष्टतम कन्फिगरेसन भेटिएको छ भने, अल्ट्रासोनिक प्रक्रियाको रूपमा थप स्तर अप सरल छ एक रैखिक स्तर मा पुरा तरिकाले reproducible। यसको अर्थ, जब अल्ट्रासाउन्ड समान समान प्रोम्प्ले प्यारामिटरको कन्फिगरेसन अन्तर्गत एक समान तरल ढाँचामा लागू गरिन्छ, समान मात्रा प्रति प्रसोधनको समान समान परिणाम प्राप्त गर्न प्रति भोल्युम बराबरको आवश्यकता हुन्छ। (हेलसिच 2005)। यसले अल्ट्रासाउन्डको इष्टतम प्यारामिटर कन्फिगरेसनलाई पूर्ण पैमाने उत्पादन उत्पादन आकार लागू गर्न सम्भव बनाउँछ। वास्तवमा, प्रसोधन गरिरहेको भोल्युम अल्ट्रासोनिक रूपमा असीमित छ। माथिको साथ व्यावसायिक अल्ट्रासोनिक प्रणाली 16,000 वाटहरू प्रति एकाइ उपलब्ध छ र क्लस्टरहरूमा स्थापित गर्न सकिन्छ। अल्ट्रासोनिक प्रोसेसरहरूको यस्ता समूहहरू समानांतर वा श्रृंखलामा स्थापना गर्न सकिन्छ। उच्च शक्ति अल्ट्रासोनिक प्रोसेसरहरूको क्लस्टर-वार स्थापनाद्वारा, कुल शक्ति लगभग असीमित छ त्यसैले उच्च मात्राका स्ट्रिमहरू समस्या बिना प्रक्रियामा राख्न सकिन्छ। यदि अल्ट्रासोनिक प्रणालीको एपिटाईसन आवश्यक छ भने, उदाहरणका लागि परिमार्जित तरल ढाँचामा परिमितिहरू समायोजन गर्न, यो प्राय: सोनोट्रोड, बूस्टर वा प्रवाह सेल परिवर्तन गरेर गर्न सकिन्छ। Linear scalability, reproducibility र अल्ट्रासाउंड को अनुकूलन यस अभिनव प्रौद्योगिकी को कुशल र लागत प्रभावी।

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

चित्र 3 - औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर UIP16000 16,000 वाट शक्ति संग

अल्ट्रासोनिक प्रोसेसिंग को पैरामीटर

अल्ट्रासोनिक तरल प्रसोधन संख्याको प्यारामिटरहरू द्वारा वर्णित गरिएको छ। सबैभन्दा महत्त्वेपूर्ण आयाम, दबाब, तापमान, भिसेकोशी र एकाग्रता हो। प्रक्रिया परिणाम, जस्तै कण आकार को एक दिइएको प्यारामिटर कन्फिगरेसन को लागि प्रति प्रसोधित मात्रा को ऊर्जा को एक प्रकार्य हो। प्रकार्यले व्यक्तिगत प्यारामिटरहरूमा परिवर्तनहरूसँग परिवर्तन गर्दछ। यसबाहेक, अल्ट्रासोनिक एकाइको सोनोट्रोडको सतह क्षेत्र प्रति वास्तविक शक्ति उत्पादन परिमितिहरूमा निर्भर गर्दछ। सोनोट्रोडको सतह क्षेत्र प्रति पावर आउटपुट सतह तीव्रता (आई) हो। सतह तीव्रता आयाम (ए), दबाव (पी), रिएक्टर भोल्युम (वीआर), तापमान (टी), भिषासिस (η) र अन्यमा निर्भर गर्दछ।

अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करणको परिक्रेटिक प्रभाव सतह तीव्रतामा निर्भर गर्दछ जुन आयाम (ए), दबाव (पी), रिएक्टर भोल्युम (वीआर), तापमान (टी), भिषासिस (η) र अन्य द्वारा अस्वीकार गरिएको छ। प्लस र माइनस लक्षणहरूले पुष्टिकरण तीव्रतामा निर्दिष्ट प्यारामिटरको सकारात्मक वा नकारात्मक प्रभावलाई संकेत गर्दछ।

उत्पन्न cavitation को प्रभाव सतह तीव्रता मा निर्भर गर्दछ। त्यसै गरी, प्रक्रिया परिणाम सम्बन्धित। अल्ट्रासोनिक इकाईको कुल पावर आउटपुट सतह तीव्रता (I) र सतह क्षेत्र (एस) को उत्पादन हो:

पी [डब्ल्यू] I [डब्ल्यू / mm²] * एस[mm²]

आयाम

थरथरानको आयामले दिएका समयमा सोनोट्रोडे सतहको यात्रा (जस्तै 50 माइम) जस्तै 20kHz मा 1 / 20,000 छ। आयाम ठूलो, उच्च वह दर हो जुन दबाव कम गर्दछ र प्रत्येक स्ट्रोक मा बढ्छ। यसको अतिरिक्त, प्रत्येक स्ट्रोक को भोल्युम विस्थापनले ठूलो मात्रामा cavitation भोल्युम (बबल आकार र / वा नम्बर) मा वृद्धि गर्दछ। प्रसारमा लागु हुँदा, उच्च उत्तेजनाहरूले कडा कणहरूलाई उच्च विनाशता देखाउँछन्। तालिका 1 ले अल्ट्रासोनिक प्रक्रियाहरूको लागि सामान्य मानहरू देखाउँछ।

The ultrasound amplitude is an important process parameter.

तालिका 2 – अल्पविरामका लागि सामान्य सिफारिशहरू

दबाव

तरल को उबलते बिन्दु दबाव मा निर्भर गर्दछ। उच्च दबाव उच्च उच्च उबल बिंदु हो, र उल्टा। उचाईको दबाव उखु बिन्दुको नजिक वा माथि तापमानमा cavitation को अनुमति दिन्छ। यसले इम्प्लेसनको तीव्रता बढाउँछ, जुन स्थिर दबाब र बबल भित्रको भाप दबाव (सीएफ। व्यायाम एट अल 1 999 9) को बीचमा फरक छ। चूंकि अल्ट्रासोनिक पावर र तीव्रताले दबाबमा परिवर्तनहरू संग छिट्टै परिवर्तन गर्दछ, एक स्थिर-दबाव पंप भन्दा राम्रो छ। जब एक प्रवाह-कक्षमा तरल आपूर्ति गर्दा पंप उपयुक्त द्रव्यमा विशिष्ट तरल प्रवाहलाई हस्तान्तरण गर्न सक्षम हुनुपर्छ। डायाफ्राम वा झिल्ली पंप; लचीला ट्यूब, नली या पंप निचोड; peristaltic पंप; वा पिस्टन वा डन्डरर पंपले वैकल्पिक द्रुत उतार-चढ़ाव सिर्जना गर्नेछ। केन्द्रापसारक पंपहरू, गियर पंपहरू, सर्पिल पम्पहरू, र प्रगतिशील गुफाहरू पम्पहरू जुन लगातार स्थिर दबाबमा sonicated गर्न तरल पदार्थलाई प्राथमिकता दिन्छन्। (हेलसिच 2005)

तापमान

एक तरल सोर्स गरेर, शक्ति मध्यम मा फैलिएको छ। अल्ट्रासोनिक रूप देखि उत्पन्न थम्बनेल को रूप मा टरबुलेंस र घर्षण को कारण बनता छ, थर्मोडेनिटिक्स को कानून को अनुसार – उठाउनेछु। प्रसोधित माध्यमको प्रविधि तापमान सामग्रीमा विनाशकारी हुन सक्छ र अल्ट्रासोनिक cavitation को प्रभावकारिता कम गर्न सक्छ। अभिनव अल्ट्रासोनिक प्रवाह कक्षहरू शीतलन जैकेट (चित्र हेर्नुहोस्) संग सुसज्जित छन्। त्यसो गर्दा, अल्ट्रासोनिक प्रोसेसिंगको समयमा सामग्रीको तापमानमाथि सही नियन्त्रण दिइएको छ। सानो भोल्युमको बीकर पुष्टिकरणको लागि तापनि प्रजननको लागि बर्फ स्नान सिफारिश गरिएको छ।

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

चित्र 3 - अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर UIP1000hd (1000 वाट) को प्रवाह सेल संग ठंडा जैकेट संग सुसज्जित - अनुकूलन चरणहरु को लागि ठेठ उपकरण या साना पैमाने मा उत्पादन

Viscosity and Concentration

अल्ट्रासोनिक मिलिंग र विच्छेदन तरल प्रक्रियाहरू छन्। कणहरू निलम्बनमा हुनुपर्दछ, उदाहरणका लागि पानी, तेल, साल्वेट वा रेजिनमा। अल्ट्रासोनिक प्रवाह-मार्फत प्रणालीको प्रयोग गरेर, यो धेरै चिपचिपा, पास्ता सामग्री सँधै सम्भव हुन्छ।
हाई-पावर अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर निष्पक्ष उच्च सोसल साउन्डेशनमा चलाउन सकिन्छ। एक उच्च एकाग्रता अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण को प्रभाव प्रदान गर्दछ, किनकी अल्ट्रासोनिक मिलिंग प्रभाव अन्तर-कण टक्कर को कारण हो। जांचले देखाउँछ कि सिलिकाको ब्रेकरेज दर वजनको आधारमा 50% सम्मको ठोस एकाग्रताबाट मुक्त हुन्छ। उच्च एकाग्रता भएको सामग्रीको अनुपातसँग मास्टर ब्याचको प्रसोधन अल्ट्रासोनिक प्रयोग गरेर एक सामान्य उत्पादन प्रक्रिया हो।

शक्ति र तीव्रता बनाम ऊर्जा

सतह गम्भीरता र कुल शक्तिले प्रोसेसिंगको तीव्रता मात्र वर्णन गर्छ। सनटेटेड नमूना भोल्युम र निश्चित तीव्रतामा एक्सपोजरको समय यसलाई स्केलेबल र प्रजननयोग्य बनाउनको लागी एक ध्वनि प्रक्रिया प्रक्रिया वर्णन गर्न विचार गर्नुपर्छ। दिइएको प्यारामिटर कन्फिगरेसनको लागि प्रक्रिया परिणाम, जस्तै कण आकार वा रासायनिक रूपान्तरण, प्रति भोल्युम (ई / वी) मा निर्भर हुनेछ।

परिणाम = f (ई /V )

जहाँ ऊर्जा (ई) पावर आउटपुट (पी) को उत्पादन र प्रदर्शन (टी) को समय हो।

ई[Ws] = पी[डब्ल्यू] *t[एस]

प्यारामिटर कन्फिगरेसनमा परिवर्तन परिणाम प्रकार्य परिवर्तन हुनेछ। यो बारीमा निर्दिष्ट नमूना मान प्राप्त गर्न दिइएको नमूना मान (V) को लागि आवश्यक ऊर्जा (ई) रकम भिन्न हुनेछ। यस कारणका लागि यो अल्ट्रासाउन्डको निश्चित शक्ति नतिजाको परिणाम प्रशोधन गर्न पर्याप्त छैन। आवश्यक आवश्यक परिमाण को लागी एक अधिक परिष्कृत दृष्टिकोण आवश्यक छ र प्यारामिटर कन्फिगरेसन जसमा शक्ति प्रक्रिया प्रक्रिया सामाग्री मा राख्नु पर्छ। (हेलसिच 2005)

अल्ट्रासोनिक रूपमा जैवानोलको सहयोग उत्पादन

यो पहिले नै थाहा छ कि अल्ट्रासाउन्डले जैवथानोल उत्पादनमा सुधार गर्दछ। यो बोसोस संग एक अति चिपचिपा घोडा कि अझै पनि पम्प गर्न योग्य तरल मोटाउन को लागी सिफारिशयोग्य छ। अल्ट्रासोनिक रिएक्टरहरूले पर्याप्त उच्च ठोस सावधानीहरू संभाल गर्न सक्छन् ताकि sonication प्रक्रिया सबै भन्दा कुशल हुन सक्छ। अधिक सामग्रीमा टुक्रामा राखिएको छ, कम वाहक तरल, जो sonication प्रक्रियाबाट लाभ छैन, व्यवहार गरिनेछ। एक तरल मा ऊर्जा को इनपुट थर्मोडिनिक्स को कानून द्वारा तरल को ताप को कारण बनता छ, यसको मतलब यो छ कि अल्ट्रासोनिक ऊर्जा लक्ष्य को सामाग्री को लागी यथाशीघ्र सम्म लागू गरिन्छ। त्यस्तो प्रभावकारी प्रक्रिया डिजाइन द्वारा, थप वाहक तरल को बर्बादजनक तापक्रमबाट बचाइएको छ।
अल्ट्रासाउन्डलाई सहयोग गर्दछ निकासी इन्ट्रासेलुलर सामाग्री को लागी बनाइन्छ र यसले एंजाइम किण्वन को लागि उपलब्ध गर्दछ। हल्का अल्ट्रासाउन्ड उपचारले एंजाइमिक गतिविधि बढाउन सक्छ, तर बायोमास निकासीको लागि अधिक तीव्र अल्ट्रासाउन्ड आवश्यक पर्दछ। यसैले, एंजाइमहरू बायोमासिस पछि तीव्र अल्ट्रासाउन्ड इन्एक्टिभेट एंजाइमको रूपमा एन्टिमेमहरू थप्न सकिन्छ, जुन कुनै वांछित प्रभाव छैन।

वैज्ञानिक अनुसन्धानले हालको परिणाम प्राप्त गर्यो:

Yoswathana et al। (2010) चावल स्ट्राबाट जैवथानोल उत्पादनको बारेमा देखाइएको छ कि एसिड पूर्व-उपचार र अल्ट्रासोनिक को संयोजन एन्जाइमेटिक उपचार गर्नु अघि 44% सम्म (चावलको आधारमा आधार) मा वृद्धि भएको हो। यसले ईजाइमेटिक हाइड्रोलाइट्सिसको लिगेरोस्लोलसोसिसको शर्करालाई पहिले भौतिक र रासायनिक प्रहारको संयोजनको प्रभाव पार्छ।

चार्ट 2 ग्राफिक रूप देखि चावल तरा देखि जैवथानोल उत्पादन को समयमा अल्ट्रासोनिक विकिरण को सकारात्मक प्रभाव को वर्णन गर्दछ। (चारकोल एसिड / एंजाइम pretreatment र अल्ट्रासोनिक pretreatment देखि pretreated नमूने detoxify को प्रयोग गरे।)

अल्ट्रासोनिक सहयोगित किण्वन परिणाम एक महत्वपूर्ण उच्च इथेनॉल उपज मा। बायोथोनेललाई चावलको बालीबाट उत्पादन गरिएको छ।

चार्ट 2 – किण्वन को समयमा इथेनॉल उपज को अल्ट्रासोनिक वृद्धि (योसोवाण एट अल 2010)

अर्को हालको अध्ययनमा, β-galactosidase एंजाइमको बाह्य इन्टरनेलियल र intracellular स्तरमा अल्ट्रासोनिकेशन को प्रभाव को जांच गरिएको छ। सुलेमान एट अल। (2011) बायोथोनोल उत्पादनको उत्पादकत्वमा सुधार गर्न सक्दछ, अल्ट्रासाउन्ड एक क्लोयवरोमीसिस मार्क्सियनस (एटीसीसी 46537) को खमीर विकास को उत्तेजित तापमान मा प्रयोग गर्दछ। पेपरका लेखकहरू पुनरुत्थानमा अन्तर्वार्तात्मक सोनसेसन ≤20% को कर्तव्य चक्रमा पावर अल्ट्रासाउन्ड (20 केजीएचजे) को बिरुवाको उत्पादन, लेक्टोज चयापचय र ई मार्क्सियानसमा ईथेनल उत्पादनमा 11.8 डब्ल्यूएमसीको अपेक्षाकृत उच्च ध्वनिकरण तीव्रतामा उत्तेजित हुन्छ।^-²। सर्वोत्तम अवस्थाहरू अन्तर्गत, sonication ले अन्तिम इथेनॉल एकाग्रतालाई नियन्त्रण गर्न कम्तिमा 3.5-गुणाले बढायो। यसले इथेनॉल उत्पादकतामा 3.5-गुणा वृद्धिलाई सम्बोधित गर्दछ, तर प्रतिघण्टामार्फत प्रति घण्टौं 9 0 बिट प्रति घन मीटर प्रतिघण्टा बिजुली इनपुट। ऊर्जा को लागि अतिरिक्त आवश्यकता निश्चित रूप देखि bioreactors को लागि स्वीकार्य परिचालन मानहरु भित्र थियो र, उच्च मूल्य को उत्पादनहरु को लागि, बढावा उत्पादकता द्वारा सजिलै संग मुआवजा जा सकता।

निष्कर्ष: अल्ट्रासोनिक-एसिड फिर्निशेशनबाट लाभ

जैवथानोल उपज वृद्धि गर्न अल्ट्रासोनिक उपचारलाई कुशल र अभिनव प्रविधिको रूपमा देखाइएको छ। मुख्यतः, अल्ट्रासाउन्ड बायोमासबाट इन्ट्रासेलुलल सामग्री निकाल्न प्रयोग गरिन्छ, जस्तै मकई, सोयाबीन, भुइँ, लाइनो-सेलुलोजिक सामग्री वा सब्जी अपशिष्ट सामग्री।

जैवथानोल उपजमा वृद्धि गर्नुहोस्
डिस्प्लेसन / सेल्स डिभरेसन र इन्टर-सेलुलर सामग्रीको रिलीज
सुधारिएको एनाबेरिक अपघटन
हल्का sonication द्वारा एन्जाइमहरूको सक्रियता
उच्च एकाग्रता स्लायर्स द्वारा प्रक्रिया दक्षता को सुधार

साधारण परीक्षण, पुनरुत्थानयोग्य मात्रा अप र सजिलो स्थापना (पहिल्यै विद्यमान अवस्थित उत्पादन स्ट्रिममा) ले अल्ट्रासोनिक्सलाई लाभदायक र कुशल प्रविधि बनाउँछ। व्यापारिक प्रसोधनको लागि विश्वसनीय र अल्ट्रासोनिक प्रोसेसरहरू उपलब्ध छन् र यसलाई सम्भवतः असीमित तरल भोल्युमहरू हप्काउन सम्भव बनाउँदछ।

UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

पिकर 4 - 1000W अल्ट्रासोनिक प्रोसेसरको साथ सेटअप UIP1000hd, प्रवाह सेल, ट्यांक र पंप

साहित्य / सन्दर्भ

हेलसिच, टी। (2005): अल्ट्रासोनिक उत्पादनको नैनो-साइज इमिल्सन र डिस्पेन्सन्स। यसमा: युरोपियन नैनोसिस्टम सम्मेलन सम्मेलन ENS’05।
जोम्चा, सी .; Prateepasen, ए (2006): कम अल्ट्रासोनिक ऊर्जा को अनुसन्धान को उत्खनन प्रक्रिया मा खमीर विकास को प्रभावित गर्दछ। मा: 12^th एनएसटीटी, एशिया-प्यासिफिक सम्मेलन, 5.-10.11.2006, अकल्याण्ड, न्यूजील्याण्ड।
क्लडिलक, जे। (2002): अल्ट्रासाउन्ड को प्रभाव, एन्जाइम मा तापमान र दबाव उपचार एक फल को फलहरु र सब्जी को रस को गुणवत्ता संकेतक; पीएच.डी. Technische Universität मा थेसिस बर्लिन, 2002।
Mokkila, M., Mustranta, A., Buchert, J., Poutanen, K. (2004): बेरी रस प्रसंस्करण मा एंजाइमहरु संग संयोजन शक्ति अल्ट्रासाउंड। मा: दोस्रो अंक। कन्फिगर गर्नुहोस् खाद्य र पेयको बोसोटालिस्सन, 1 9। -22.9.2004, स्टटगार्ट, जर्मनी।
Müller, MRA; ईरमन, MA; वोगेल, आरएफ (2000): लेक्टोबिलिलस पन्टिस र दुई सम्बन्धित प्रजातिहरु को पत्ता लगाउन को लागि एकाधिक एक्स पीसीआर। लागू गरियो & पर्यावरणीय सूक्ष्म जीव विज्ञान। 66/5 2000. पीपी। 2113-2116।
Nikolic, S .; मोजोभिक, एल .; Rakin, M .; पेजिन, डी .; पेजिन, जे। (2010): जैवथानोल को अल्ट्रासाउन्ड-सहायता उत्पादन सिमुलेशन एक्स्पोरेटेशन द्वारा र मकई को भोजन को किण्वन। यसमा: खाद्य रसायन 122/2010। पीपी 216-222।
सुलेमान, AZ; Ajit, A .; युनस, आरएम; सीस्टी, वाई। (2011): अल्ट्रासाउन्ड-मद्दत किण्वन जैवथानोल उत्पादकता बढ्छ। बायोकेमिकलिकल ईन्जिनियरिङ् जर्नल 54/2011। पीपी 141-150।
सुल्लिक, केएस (1 99 8): केर्क-ओर्थर इन्साइक्लोपीडिया को रासायनिक टेक्नोलोजी। 4^th ed। विली & संन: न्यू यॉर्क, 1 99 8। पीपी। 517-541।
Yoswathana, N .; Phuriphipat, पी .; Treyawutthiawat, पी .; उत्तिघा, MN (2010): जैवानोल उत्पादनबाट चावल स्ट्रा। ईन: एनआरएन रिसर्च जर्नल 1/1/2010। पीपी। 26-31।