Ultrasone doorstroomreactoren – ontwerp, toepassingen en voordelen

Ultrasone reactoren maken een continue inlinebehandeling van vloeistoffen en slurries met krachtige ultrasone golven mogelijk. Ultrasone reactoren worden gebruikt voor homogenisatie, mengen, emulgeren, dispergeren, extractie, celontsluiting, pasteurisatie, ontgassing, oplossen en het intensiveren van chemische reacties zoals synthese of katalyse. Lees meer over ultrasone reactortechnologie en hoe uw proces kan profiteren van sonicatie!

Waarvoor worden doorstroomcellen gebruikt bij sonicatieprocessen?

Een doorstroomcel, ook wel een doorvloeiingscel of doorstroomreactor genoemd, is een apparaat dat in diverse wetenschappelijke en technische toepassingen wordt gebruikt om continue doorstroomprocessen mogelijk te maken. Doorstroomcellen worden vaak gebruikt bij sonicatieprocessen, vooral wanneer grote volumes met krachtig ultrageluid worden behandeld. Een ultrasone doorstroomcel of sonochemische reactor is een gespecialiseerde kamer of cel die is ontworpen om een vloeistof of slurries tijdens sonicatie te laten doorstromen.

Doorstroomcellen worden vaak gebruikt op gebieden zoals mengen en homogenisatie, chemie, biologie, elektrochemie en biotechnologie. Ze bieden verschillende voordelen ten opzichte van batchprocessen, waaronder een gelijkmatigere sonicatie, betere regeling, verbeterde reactiekinetiek, efficiënte massaoverdracht en de mogelijkheid om het sonicatieproces efficiënt in een inlineproductieproces te integreren.

Industriële ultrasone homogenisator met doorstroomcelreactor

De MultiSonoReactor MSR-4 is een industriële reactor voor inlinehomogenisatie voor industriële vloeistofhomogenisatie met een hoge verwerkingscapaciteit.

Toepassingen van ultrasone doorstroomcellen en sonochemische reactoren

Ultrasone reactoren van Hielscher kunnen nuttig zijn voor een breed scala aan chemische reacties waarbij grensvlakken tussen vloeistoffen en vaste stoffen, tussen vloeistoffen onderling of tussen vloeistoffen en gassen betrokken zijn. Enkele voorbeelden van reacties die met ultrasone reactoren kunnen worden verbeterd, zijn:

Homogenisatie van emulsies: ultrasone reactoren kunnen helpen om deeltjes in emulsies af te breken en te dispergeren, wat leidt tot stabielere en gelijkmatigere producten.
Kristallisatie: Ultrasone bestraling kan kristallisatie in oplossingen opwekken, wat leidt tot de vorming van kleine en uniforme kristallen met een hoge zuiverheid.
Ontgassing: Ultrasone bestraling kan worden gebruikt om opgeloste gassen uit vloeistoffen te verwijderen, wat de kwaliteit en stabiliteit van producten kan verbeteren.
Extractie: Ultrasone reactoren kunnen de efficiëntie van extractieprocessen verhogen door de diffusie van opgeloste stoffen door membranen of over grensvlakken te bevorderen.
Polymerisatie: Ultrasone bestraling kan de initiatie en propagatie van polymerisatiereacties bevorderen, wat leidt tot hogere reactiesnelheden en hogere molecuulgewichten.
Synthese van nanodeeltjes: Ultrasone reactoren kunnen worden gebruikt om nanodeeltjes met gecontroleerde grootte, vorm en oppervlakte-eigenschappen te synthetiseren.
Sonokatalyse: Ultrasone bestraling kan de katalytische activiteit van bepaalde materialen verhogen, wat leidt tot hogere reactiesnelheden en verbeterde selectiviteit.

Ultrasoon apparaat UIP6000hdT met ultrasone doorstroomcelreactor en geluiddempende omkastingskast voor industriële processen met een hoge verwerkingscapaciteit.

De industriële sonicator UIP6000hdT met ultrasone doorstroomcelreactor en geluiddempende omkastingskast.

Kleurverandering door cavitatie met de sonicator UP400St

Geavanceerd ontwerp van ultrasone reactoren voor superieure procesresultaten

Bij inlinereactoren voor vloeistofverwerking moet rekening worden gehouden met verschillende belangrijke factoren. Ultrasone reactoren van Hielscher worden ontworpen en vervaardigd. Deze factoren kunnen variëren afhankelijk van de specifieke toepassing en vereisten, maar hier volgen enkele relevante aandachtspunten:

Reactorontwerp: Het ontwerp van de reactor zelf is een van de meest bepalende factoren voor succesvolle ultrasone inlineverwerking. Factoren zoals grootte, geometrie, sonotrodepositie en constructiemateriaal moeten in overweging worden genomen om compatibiliteit met de te soniceren vloeistof en de gewenste reactieomstandigheden (bijv. ultrasone intensiteit, temperatuur, druk) te waarborgen.

Mengen en roeren: Sonicatie zorgt voor zeer efficiënt micromengen. Bij grotere tankreactoren kunnen aanvullend mengen en roeren gunstig zijn om goed macromengen te verkrijgen. Een bladmenger of mengwaaier draagt bij aan optimale massaoverdracht doordat al het materiaal naar de ultrasone cavitatiezone wordt verplaatst. Daarom maakt het reactorontwerp van Hielscher de inbouw van macromengers, zoals mengwaaiers of roerders, mogelijk.

Verblijftijd: De verblijftijd in de sonochemische reactor, die verwijst naar de tijd die de vloeistof in de reactor doorbrengt, is een kritische parameter: dit is de tijd waarin het materiaal wordt blootgesteld aan de ultrasone trillingen, cavitatie en afschuifkrachten. Deze beïnvloedt de mate waarin de reactie verloopt en de productiviteit van het proces. Ultrasone reactoren van Hielscher zijn ontworpen om de gewenste verblijftijd eenvoudig en betrouwbaar te regelen en aan te passen, terwijl een geschikt debiet wordt gehandhaafd.

Temperatuurregeling: Voor veel materialen en reacties is een nauwkeurige temperatuurregeling essentieel. Daarom zijn ultrasone reactoren van Hielscher uitgerust met voorzieningen om de gewenste temperatuur te regelen en te handhaven. Dit wordt op verschillende manieren bereikt, bijvoorbeeld met een mantel of externe verwarmings-/koelsystemen.

Drukregeling: Sommige reacties profiteren van specifieke drukomstandigheden. Over het algemeen worden sonicatie-effecten bij verhoogde druk versterkt. De reactor moet het gewenste drukbereik veilig en effectief aankunnen. Uiteraard biedt Hielscher drukregelmechanismen, zoals overdrukventielen of drukregelaars, voor zijn ultrasone reactoren.

Veiligheidsoverwegingen: Eenvoudige bediening en veiligheid zijn van het grootste belang bij het reactorontwerp. In overeenstemming met industriële normen en de hoogste veiligheidseisen worden ultrasone reactoren van Hielscher ontworpen en gebruikt met passende veiligheidsvoorzieningen, zoals overdrukventielen, systemen voor druk- en temperatuurbewaking, automatische gegevensregistratie en, indien nodig, mogelijkheden om met inert gas te spoelen.

Opschalingsmogelijkheden: Als de behoefte aan vloeistofverwerking naar verwachting in de toekomst zal toenemen, is het belangrijk om rekening te houden met de opschalingsmogelijkheden van de reactor. Ultrasone reactoren van Hielscher zijn ontworpen voor eenvoudige opschaling om hogere productievolumes mogelijk te maken met behoud van de procesefficiëntie.

Onderhoud en reinigbaarheid: Sonochemische reactoren van Hielscher zijn zeer robuust en ontworpen voor eenvoudig onderhoud, inspectie en reiniging. Gladde binnenoppervlakken, toegankelijke en snel verwijderbare aansluitingen, een goede aftapbaarheid en de clean-in-place-functie (CIP) helpen stilstand te minimaliseren en goede hygiëne te waarborgen.

Compatibiliteit en corrosiebestendigheid: Met het oog op de compatibiliteit van de reactormaterialen met de te verwerken vloeistof biedt Hielscher sonochemische reactoren op maat. Chemische compatibiliteit is cruciaal om corrosie, verontreiniging of ongewenste reacties te voorkomen.

Procesbewaking en -regeling: De integratie van druk- en temperatuursensoren, instelbare toevoer- en doorstroomsnelheden en bijbehorende bewakingsapparatuur, evenals de automatische gegevensregistratie van de ultrasone procesomstandigheden, levert realtimegegevens over kritische procesparameters. Deze informatie maakt procesregeling, optimalisatie en standaardisatie op het hoogste niveau mogelijk.

Integratie met procesapparatuur: Ultrasone reactoren van Hielscher kunnen eenvoudig en gemakkelijk in het volledige vloeistofverwerkingssysteem worden geïntegreerd. Compatibiliteit en geschikte aansluitingen op apparatuur vóór en na de reactor, zoals pompen, filters, warmtewisselaars en eenheden voor productopvang/-opslag, kunnen eenvoudig worden gerealiseerd en vervolgens worden aangepast aan wijzigingen in de productielijn.

Hielscher UIP4000hdT ultrasoon inlineapparaat met doorstroomcel voor inline homogeniseren en mengen

Industriële ultrasone homogenisator UIP4000hdT van 4kW met doorstroomreactor voor inline mengen en homogeniseren

Sonicators en sonochemische reactoren voor inline doorstroomprocessen

Hielscher Ultrasonics biedt sonicators en ultrasone reactoren met hoge prestaties voor vloeistofverwerking op elke schaal.

Ontwerp, productie en advies – kwaliteit Made in Germany

Sonicators en sonochemische reactoren van Hielscher staan bekend om hun hoogste kwaliteits- en ontwerpnormen. Robuustheid en eenvoudige bediening maken een soepele integratie van onze sonicators en ultrasone doorstroomcellen in industriële installaties mogelijk. Sonicators van Hielscher kunnen zware omstandigheden en veeleisende omgevingen gemakkelijk aan.

Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt bijzondere nadruk op ultrasone apparaten met hoge prestaties met de modernste technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard voldoen ultrasone apparaten van Hielscher aan de CE-eisen en aan de vereisten van UL, CSA en RoHs.

De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasone apparaten:

Batchvolume	Debiet	Aanbevolen apparaten
0,5 tot 1,5mL	n.a.	VialTweeter
1 tot 500mL	10 tot 200mL/min	UP100H
10 tot 2000mL	20 tot 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 tot 20L	0,2 tot 4L/min	UIP2000hdT
10 tot 100L	2 tot 10L/min	UIP4000hdT
15 tot 150L	3 tot 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 tot 100L/min	UIP16000
n.a.	hoger	cluster van UIP16000

Neem contact met ons op! / Stel ons uw vragen!

Ultrasone homogenisatoren met hoge afschuiving worden gebruikt bij verwerking in het laboratorium, op de werkbank en op pilot- en industriële schaal.

Hielscher Ultrasonics vervaardigt ultrasone homogenisatoren met hoge prestaties voor mengtoepassingen, dispersie, emulgering en extractie op laboratorium-, pilot- en industriële schaal.

Verwante onderwerpen

Literatuur / Referenties

Barrera-Salgado, Karen; Ramírez-Robledo, Gabriela; Alvarez-Gallegos, Alberto; Arellano, Carlos; Sierra, Fernando; Perez, J. A.; Silva Martínez, Susana (2016): Fenton Process Coupled to Ultrasound and UV Light Irradiation for the Oxidation of a Model Pollutant. Journal of Chemistry, 2016. 1-7.
Han N.S., Basri M., Abd Rahman M.B. Abd Rahman R.N., Salleh A.B., Ismail Z. (2012): Preparation of emulsions by rotor-stator homogenizer and ultrasonic cavitation for the cosmeceutical industry. Journal of Cosmetic Science Sep-Oct; 63(5), 2012. 333-44.
Antonia Tamborrino, Agnese Taticchi, Roberto Romaniello, Claudio Perone, Sonia Esposto, Alessandro Leone, Maurizio Servili (2021): Assessment of the olive oil extraction plant layout implementing a high-power ultrasound machine. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 73, 2021.

Ultrasone technologie met hoge prestaties! Het productassortiment van Hielscher omvat het volledige spectrum, van het compacte ultrasone laboratoriumapparaat via apparaten voor op de werkbank tot volledig industriële ultrasone systemen.

Hielscher Ultrasonics vervaardigt ultrasone homogenisatoren met hoge prestaties van laboratoriumformaat tot industrieel formaat.