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 umożliwiają precyzyjne ustawienie amplitudy. Sonotrody i rogi wzmacniające to akcesoria, które pozwalają modyfikować amplitudę w jeszcze szerszym zakresie. Przemysłowe procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher mogą dostarczać bardzo wysokie amplitudy i zapewniać wymaganą intensywność ultradźwięków w wymagających zastosowaniach. Amplitudy do 200 µm mogą być łatwo stale uruchamiane 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 sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach. Dzięki temu sprzęt ultradźwiękowy firmy Hielscher jest niezawodnym narzędziem pracy, które spełnia wymagania procesu biorafinacji.

Najwyższa jakość – Zaprojektowany i wyprodukowany w Niemczech

Jako firma rodzinna, Hielscher priorytetowo traktuje najwyższe standardy jakości dla swoich procesorów ultradźwiękowych. Wszystkie ultradźwięki są projektowane, produkowane i dokładnie testowane w naszej siedzibie w Teltow koło Berlina w Niemczech. Solidność i niezawodność sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher sprawiają, że jest to koń roboczy w Twojej produkcji. Praca 24/7 pod pełnym obciążeniem i w wymagających środowiskach jest naturalną cechą wysokowydajnych sond ultradźwiękowych i reaktorów firmy Hielscher. Nasz wykwalifikowany zespół jest gotowy do pomocy w zakresie wiedzy procesowej, szkoleń i wsparcia.

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców: