Wydajne biorafinerie dzięki ultradźwiękowej intensyfikacji procesu

Ultradźwięki to technika intensyfikacji procesu, która jest wdrażana w różnych procesach w biorafineriach. Typowymi procesami, które w znacznym stopniu korzystają z obróbki ultradźwiękowej, są ekstrakcja, powolne reakcje heterogeniczne, a także inne zastosowania, które obejmują intensywne mieszanie, homogenizację i dyspergowanie. Ultradźwięki przyspieszają procesy i reakcje i czynią je bardziej wydajnymi. Wyniki procesów promowanych ultradźwiękami są wyższe plony/wyjścia i wyższe współczynniki konwersji.

Czym są biorafinerie?

Biorafineria to zakład produkcyjny, który integruje procesy konwersji biomasy i sprzęt przetwórczy w celu produkcji paliw, energii i innych korzystnych produktów, takich jak chemikalia z surowca biomasy. Typowa biomasa przetwarzana w biorafineriach obejmuje surowce, takie jak odpady rolnicze i produkty uboczne, które są przetwarzane na różne bioprodukty o wartości dodanej, np. żywność, pasze, chemikalia, bioenergię (biopaliwa, energię elektryczną i/lub ciepło). Procesy produkcyjne biorafinerii mają być zrównoważone i przyjazne dla środowiska. Podobnie jak konwencjonalne rafinerie, biorafinerie mogą dostarczać wiele substancji chemicznych poprzez frakcjonowanie początkowego surowca (biomasy) na wiele półproduktów (węglowodany, białka, trójglicerydy), które mogą być dalej przekształcane w produkty o wartości dodanej. Kluczową cechą biorafinerii jest waloryzacja i recykling/upcykling odpadów, takich jak odpady rolnicze, miejskie i przemysłowe, poprzez przekształcanie bezużytecznej biomasy w cenne materiały.

Ultrasonicznie zintensyfikowane biorafinerie

Dzięki integracji ultradźwięków wiele procesów, takich jak ekstrakcja, trawienie, dezintegracja, transestryfikacja i wiele innych, może być prowadzonych znacznie wydajniej. Ultradźwiękowa intensyfikacja procesu w biorafinerii ma na celu przede wszystkim poprawę wydajności, zwiększenie efektywności czasowej i energetycznej procesów oraz zwiększenie czystości i jakości produktu końcowego. Ultradźwięki mogą przyczynić się do różnych procesów biorafineryjnych.

Jak działa sonikacja? – Zasada działania ultradźwięków

W przypadku wysokowydajnego przetwarzania ultradźwiękowego ultradźwięki o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości są generowane przez generator ultradźwięków i przesyłane przez sondę ultradźwiękową (sonotrodę do cieczy). Ultradźwięki o dużej mocy są uważane za ultradźwięki w zakresie 16-30 kHz. Sonda ultradźwiękowa rozszerza się i kurczy np. przy częstotliwości 20 kHz, przenosząc w ten sposób odpowiednio 20 000 drgań na sekundę do medium. Gdy fale ultradźwiękowe przemieszczają się przez ciecz, naprzemienne cykle wysokiego ciśnienia (kompresja)? niskiego ciśnienia (rozrzedzenie lub ekspansja) tworzą drobne pęcherzyki próżniowe lub wnęki, które rosną w ciągu kilku cykli ciśnienia. Podczas fazy sprężania cieczy i pęcherzyków, ciśnienie jest dodatnie, podczas gdy faza rozrzedzania wytwarza próżnię (ciśnienie ujemne). Podczas cykli sprężania-rozszerzania, wnęki w cieczy rosną, aż osiągną rozmiar, przy którym nie mogą wchłonąć więcej energii. W tym momencie następuje gwałtowna implozja. Implozja tych wnęk powoduje różne wysoce energetyczne efekty, które są znane jako zjawisko kawitacji akustycznej? ultradźwiękowej. Kawitacja akustyczna charakteryzuje się wieloma wysoce energetycznymi efektami, które wpływają na ciecze, układy ciało stałe/ciecz, a także układy gaz/ciecz. Strefa o dużej gęstości energii lub strefa kawitacyjna jest znana jako tak zwana strefa gorącego punktu, która jest najbardziej gęsta energetycznie w bliskim sąsiedztwie sondy ultradźwiękowej i maleje wraz ze wzrostem odległości od sonotrody. Zdjęcie po lewej pokazuje intensywną kawitację na sondzie ultradźwiękowej o mocy 1 kW w wodzie. Główne cechy kawitacji ultradźwiękowej obejmują lokalnie występujące bardzo wysokie temperatury i ciśnienia oraz odpowiednie różnice, turbulencje i strumienie cieczy. Podczas implozji wnęk ultradźwiękowych w ultradźwiękowych hot-spotach można zmierzyć temperatury do 5000 kelwinów, ciśnienia do 200 atmosfer i strumienie cieczy o prędkości do 1000 km? h. Te wyjątkowe, intensywne energetycznie warunki przyczyniają się do efektów sonomechanicznych i sonochemicznych, które na różne sposoby intensyfikują biomasę i układy chemiczne.
Główny wpływ ultarsonikacji na biomasę wynika z następujących efektów:

• Wysokie ścinanie: Ultradźwiękowe siły ścinające zakłócają ciecze i układy ciecz-ciało stałe, powodując intensywne mieszanie, homogenizację i przenoszenie masy.
• Wpływ: Strumienie cieczy i strumienie generowane przez kawitację ultradźwiękową przyspieszają ciała stałe w cieczach, co prowadzi następnie do zderzeń międzycząsteczkowych. Gdy cząstki zderzają się z bardzo dużymi prędkościami, ulegają erozji, rozpadają się i zostają drobno zmielone i rozproszone, często do rozmiaru nano. W przypadku materii biologicznej, takiej jak tkanki roślinne i bioodpady, strumienie cieczy o dużej prędkości i zmienne cykle ciśnienia rozbijają ściany komórkowe i uwalniają materiał wewnątrzkomórkowy. Skutkuje to wysoce wydajną ekstrakcją związków bioaktywnych i jednorodnym mieszaniem biomasy.
• Pobudzenie: Ultradźwięki powodują intensywne turbulencje, siły ścinające i mikroruchy w cieczy lub zawiesinie. W ten sposób sonikacja zawsze intensyfikuje przenoszenie masy i przyspiesza w ten sposób reakcje i procesy.

Wysokowydajne procesory ultradźwiękowe dla biorafinerii

Hielscher Ultrasonic produkuje i dystrybuuje mieszalniki ultradźwiękowe o wysokim ścinaniu do zastosowań o wysokiej wydajności, takich jak homogenizacja, mieszanie, rozbijanie komórek, dezintegracja, ekstrakcja, dyspersja, odgazowanie i inicjowanie reakcji chemicznych. Reaktory ultradźwiękowe są wdrażane w biorafineriach na całym świecie w celu zwiększenia wydajności, wydajności i współczynnika konwersji różnych procesów.
Wysokowydajny sprzęt ultradźwiękowy do procesów biorafineryjnych jest łatwo dostępny do instalacji stacjonarnych, pilotażowych i przemysłowych. Ponieważ zastosowania ultradźwiękowe, takie jak ekstrakcja, dezintegracja, rozpuszczanie, poprawa transferu masy, homogenizacja i odpowietrzanie są już ustalonymi procesami, przejście od pierwszych prób, optymalizacja do specyficznych wymagań procesu i instalacja w pełni przemysłowego ultradźwiękowego systemu separacji i? lub ługowania jest szybka i prosta.
Hielscher Ultrasonics dostarcza wysokowydajne ultradźwięki o dowolnej wielkości i pojemności. Dzięki UIP16000 (16kW), Hielscher produkuje najpotężniejszy procesor ultradźwiękowy na świecie. UIP16000, jak również wszystkie inne przemysłowe systemy ultradźwiękowe można łatwo łączyć w klastry do wymaganej wydajności przetwarzania. Wszystkie ultradźwięki Hielscher są zbudowane do pracy 24/7 pod pełnym obciążeniem i w wymagających środowiskach.

Sondy ultradźwiękowe i sonoreaktory dla dowolnej objętości

Asortyment produktów Hielscher Ultrasonics obejmuje pełne spektrum procesorów ultradźwiękowych, od kompaktowych ultrasonografów laboratoryjnych, przez systemy stacjonarne i pilotażowe, po w pełni przemysłowe procesory ultradźwiękowe o wydajności przetwarzania ciężarówek na godzinę. Pełna gama produktów pozwala nam zaoferować najbardziej odpowiedni sprzęt ultradźwiękowy do danego zastosowania, wydajności procesu i celów produkcyjnych.

Precyzyjnie kontrolowane amplitudy dla optymalnych wyników

Wszystkie procesory ultradźwiękowe Hielscher są precyzyjnie sterowane, a tym samym niezawodne w R&D i produkcji. Amplituda jest jednym z kluczowych parametrów procesu, które wpływają na wydajność i skuteczność reakcji sonochemicznych i sonomechanicznych. Wszystkie Hielscher Ultrasonics’ Procesory pozwalają na precyzyjne ustawienie amplitudy. Sonotrody i tuby wzmacniające to akcesoria, które pozwalają na modyfikację amplitudy w jeszcze szerszym zakresie. Przemysłowe procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher mogą dostarczać bardzo wysokie amplitudy i zapewniać wymaganą intensywność ultradźwięków dla wymagających zastosowań. Amplitudy do 200 μm mogą być z łatwością uruchamiane w sposób ciągły w trybie 24/7.
Precyzyjne ustawienia amplitudy i stałe monitorowanie parametrów procesu ultradźwiękowego za pomocą inteligentnego oprogramowania dają możliwość przetwarzania biomasy w najbardziej efektywnych warunkach ultradźwiękowych. Optymalna sonikacja dla najbardziej wydajnego upcyklingu biomasy!
Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach. To sprawia, że urządzenia ultradźwiękowe firmy Hielscher są niezawodnym narzędziem pracy, które spełnia wymagania procesu biorafinacji.

Najwyższa jakość – Zaprojektowany i wyprodukowany w Niemczech

Jako firma rodzinna, Hielscher stawia na pierwszym miejscu najwyższe standardy jakości swoich procesorów ultradźwiękowych. Wszystkie ultradźwięki są projektowane, produkowane i dokładnie testowane w naszej siedzibie w Teltow koło Berlina w Niemczech. Solidność i niezawodność urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher sprawiają, że są one koniem pociągowym w Twojej produkcji. Praca 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu przy pełnym obciążeniu i w wymagających środowiskach jest naturalną cechą wysokowydajnych sond i reaktorów ultradźwiękowych firmy Hielscher. Nasz wykwalifikowany zespół jest gotowy, aby pomóc Ci w zakresie wiedzy o procesach, szkoleń i wsparcia.

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców: