Efficiënte bioraffinaderijen via ultrasone procesintensivering

Ultrasoonbehandeling is een procesintensiveringstechniek die in diverse processen in bioraffinaderijen wordt toegepast. Typische processen die veel baat hebben bij ultrasone behandeling zijn extractie, langzame heterogene reacties en andere toepassingen waarbij intensief gemengd, gehomogeniseerd en gedispergeerd wordt. Ultrasoonbehandeling versnelt processen en reacties en maakt ze efficiënter. De resultaten van ultrasoon gestimuleerde processen zijn hogere opbrengsten/outputs en hogere omzettingssnelheden.

Wat zijn bioraffinaderijen?

Een bioraffinaderij is een productiefaciliteit die biomassaconversieprocessen en verwerkingsapparatuur integreert om brandstoffen, energie en andere nuttige producten zoals chemicaliën te produceren uit de biomassagrondstof. Typische biomassa die in bioraffinaderijen wordt verwerkt, zijn grondstoffen zoals landbouwafval en bijproducten, die worden geüpcycled tot verschillende biogebaseerde producten met toegevoegde waarde, zoals voedsel, diervoeder, chemicaliën en bio-energie (biobrandstoffen, elektriciteit en/of warmte). De productieprocessen van een bioraffinaderij moeten duurzaam en milieuvriendelijk zijn. Net als conventionele raffinaderijen kunnen bioraffinaderijen meerdere chemicaliën leveren door een initiële grondstof (biomassa) te fractioneren in meerdere tussenproducten (koolhydraten, eiwitten, triglyceriden) die verder kunnen worden omgezet in producten met toegevoegde waarde. Een belangrijk kenmerk van bioraffinaderijen is de valorisatie en recycling/upcycling van afval zoals landbouw-, stedelijk en industrieel afval door nutteloze biomassa om te zetten in waardevolle materialen.

Ultrasoon versterkte bioraffinaderijen

Door de integratie van ultrasoontechnologie kunnen veel processen, zoals extractie, ontsluiting, desintegratie en omestering, aanzienlijk efficiënter worden uitgevoerd. Ultrasone procesintensificatie in een bioraffinaderij is vooral bedoeld om de opbrengst te verbeteren, processen tijd- en energiezuiniger te maken en de zuiverheid en kwaliteit van het eindproduct te verbeteren. Ultrasoon kan bijdragen aan verschillende bioraffinageprocessen.

Hoe werkt Sonication? – Het werkingsprincipe van ultrageluid

Voor ultrasone verwerking met hoge prestaties wordt ultrageluid met hoge intensiteit en lage frequentie gegenereerd door een ultrageluidgenerator en via een ultrasone sonde (sonotrode) in een vloeistof overgebracht. Ultrasoon geluid met een hoog vermogen wordt beschouwd als ultrasoon geluid in het bereik van 16-30 kHz. De ultrasone sonde zet uit en krimpt bijvoorbeeld bij 20 kHz, waardoor respectievelijk 20.000 trillingen per seconde in het medium worden overgebracht. Wanneer de ultrasone golven door de vloeistof bewegen, ontstaan er door afwisselend hoge-druk (compressie) / lage-druk (rarefactie of expansie) cycli minuscule vacuümbelletjes of holtes, die gedurende meerdere drukcycli groeien. Tijdens de compressiefase van de vloeistof en de bellen is de druk positief, terwijl de rarefactiefase een vacuüm (negatieve druk) produceert. Tijdens de compressie-expansiecycli groeien de holtes in de vloeistof tot ze een grootte bereiken waarop ze geen energie meer kunnen absorberen. Op dat moment imploderen ze heftig. Het imploderen van die holtes resulteert in verschillende zeer energetische effecten, die bekend staan als het fenomeen van akoestische / ultrasone cavitatie. Akoestische cavitatie wordt gekenmerkt door verschillende hoogenergetische effecten die invloed hebben op vloeistoffen, vaste stof/vloeistof-systemen en gas/vloeistof-systemen. De energiedichte zone of cavitatiezone staat bekend als de zogenaamde hotspotzone, die het meest energiedicht is in de nabijheid van de ultrasone sonde en afneemt met toenemende afstand van de sonotrode. De afbeelding links toont intense cavitatie bij een 1kW ultrasone sonde in water. De belangrijkste kenmerken van ultrasone cavitatie zijn plaatselijk optredende zeer hoge temperaturen en drukken en bijbehorende verschillen, turbulenties en vloeistofstroming. Tijdens de implosie van ultrasone holtes in ultrasone hot-spots kunnen temperaturen tot 5000 Kelvin, drukken tot 200 atmosfeer en vloeistofstralen tot 1000 km/u gemeten worden. Deze buitengewone energie-intensieve omstandigheden dragen bij aan sonomechanische en sonochemische effecten die biomassa en chemische systemen op verschillende manieren intensiveren.
De belangrijkste invloed van ultarsonicatie op biomassa komt van de volgende effecten:

• Hoge afschuiving: Ultrasone krachten met hoge schuifkrachten verstoren vloeistoffen en vloeistof-vaste systemen en veroorzaken intense agitatie, homogenisatie en massaoverdracht.
• Impact: Vloeistofstralen en stromingen die worden gegenereerd door ultrasone cavitatie versnellen vaste stoffen in vloeistoffen, wat vervolgens leidt tot botsingen tussen deeltjes. Wanneer de deeltjes met zeer hoge snelheden botsen, eroderen ze, versplinteren ze en worden ze fijn gemalen en gedispergeerd, vaak tot op nanogrootte. Voor biologisch materiaal zoals plantenweefsel en bioafval verstoren de vloeistofstralen met hoge snelheid en wisselende drukcycli de celwanden en komt het intracellulaire materiaal vrij. Dit resulteert in een zeer efficiënte extractie van bioactieve stoffen en het homogeen mengen van biomassa.
• Agitatie: Ultrasoonbehandeling veroorzaakt intense turbulenties, schuifkrachten en microbewegingen in de vloeistof of slurry. Hierdoor intensiveert sonicatie altijd de massaoverdracht en versnelt daardoor reacties en processen.

Ultrasone processoren met hoge prestaties voor bioraffinaderijen

Hielscher Ultrasonic produceert en distribueert ultrasone mengers met hoge schuifkracht voor hoogwaardige toepassingen zoals homogenisatie, mengen, celontbinding, desintegratie, extractie, dispersie, ontgassing en het op gang brengen van chemische reacties. Ultrasone reactoren worden wereldwijd toegepast in bioraffinaderijen om de efficiëntie, opbrengst en omzettingssnelheid van verschillende processen te verhogen.
Ultrasone apparatuur met hoge prestaties voor bioraffinageprocessen is direct beschikbaar voor laboratorium-, pilot- en industriële installaties. Aangezien ultrasone toepassingen zoals extractie, desintegratie, oplossen, verbetering van de massaoverdracht, homogenisatie en ontluchting al gevestigde processen zijn, is de overgang van eerste proeven, optimalisatie naar uw specifieke procesvereisten en installatie van een volledig industrieel ultrasoon scheidings- en/of loogsysteem snel en eenvoudig.
Hielscher Ultrasonics levert hoogwaardige ultrasoonmachines in elke maat en met elke capaciteit. Met de UIP16000 (16kW) produceert Hielscher de krachtigste ultrasoonprocessor ter wereld. De UIP16000 en alle andere industriële ultrasone systemen kunnen eenvoudig worden geclusterd tot de gewenste verwerkingscapaciteit. Alle Hielscher ultrasoonmachines zijn gebouwd voor 24/7 werking onder volle belasting en in veeleisende omgevingen.

Ultrasone sondes en sonoreactoren voor elk volume

Het productassortiment van Hielscher Ultrasonics omvat het volledige spectrum van ultrasoonprocessoren, van compacte laboratorium-ultrasone apparaten via bench-top en pilot-systemen tot volledig industriële ultrasoonprocessoren met de capaciteit om vrachtwagenladingen per uur te verwerken. Het volledige productassortiment stelt ons in staat om u de meest geschikte ultrasoonapparatuur te bieden voor uw toepassing, procescapaciteit en productiedoelen.

Nauwkeurig regelbare amplitudes voor optimale resultaten

Alle Hielscher ultrasoonprocessoren zijn nauwkeurig regelbare en daardoor betrouwbare werkpaarden in R&D en productie. De amplitude is een van de cruciale procesparameters die de efficiëntie en effectiviteit van sonochemisch en sonomechanisch geïnduceerde reacties beïnvloeden. Alle Hielscher Ultrasone systemen’ Met processors kan de amplitude nauwkeurig worden ingesteld. Sonotrodes en boosterhoorns zijn accessoires waarmee de amplitude in een nog breder bereik kan worden aangepast. De industriële ultrasoonprocessoren van Hielscher kunnen zeer hoge amplitudes leveren en de vereiste ultrasone intensiteit leveren voor veeleisende toepassingen. Amplituden tot 200 µm kunnen gemakkelijk continu worden gebruikt in een 24/7 bedrijf.
Dankzij de nauwkeurige amplitude-instellingen en de permanente bewaking van de ultrasone procesparameters via slimme software kunt u biomassa verwerken onder de meest effectieve ultrasone omstandigheden. Optimale sonicatie voor de meest efficiënte upcycling van biomassa!
Dankzij de robuustheid van Hielscher's ultrasoonapparatuur kan deze 24/7 worden gebruikt bij zware belasting en in veeleisende omgevingen. Dit maakt de ultrasoonapparatuur van Hielscher tot een betrouwbaar werkinstrument dat voldoet aan de eisen van uw bioraffinageproces.

Hoogste kwaliteit – Ontworpen en geproduceerd in Duitsland

Als familiebedrijf geeft Hielscher de hoogste kwaliteitsnormen voor zijn ultrasoonprocessoren. Alle ultrasoonapparaten worden ontworpen, geproduceerd en grondig getest in ons hoofdkantoor in Teltow bij Berlijn, Duitsland. De robuustheid en betrouwbaarheid van Hielscher's ultrasoonapparatuur maken het tot een werkpaard in uw productie. 24/7 werking onder volle belasting en in veeleisende omgevingen is een natuurlijke eigenschap van Hielscher's hoogwaardige ultrasone sondes en reactoren. Ons deskundige team staat klaar om u te helpen met proceskennis, training en ondersteuning.

De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines: