Biorrefinarias eficientes por meio da intensificação de processos ultrassônicos

A ultrassonografia é uma técnica de intensificação de processos, que é implementada em vários processos em biorrefinarias. Os processos típicos que se beneficiam significativamente do tratamento ultrassônico são a extração, reações heterogêneas lentas, bem como outras aplicações que envolvem mistura intensa, homogeneização e dispersão. A ultrassonografia acelera processos e reações e os torna mais eficientes. Os resultados dos processos promovidos por ultrassom são maiores rendimentos/resultados e taxas de conversão mais altas.

O que são Biorrefinarias?

Uma biorrefinaria é uma instalação de produção que integra processos de conversão de biomassa e equipamentos de processamento para produzir combustíveis, energia e outros produtos benéficos, como produtos químicos a partir da matéria-prima da biomassa. A biomassa típica processada em biorrefinarias inclui matérias-primas como resíduos agrícolas e subprodutos, que são recicladas em vários produtos de base biológica de valor agregado, por exemplo, alimentos, rações, produtos químicos, bioenergia (biocombustíveis, energia e/ou calor). Os processos de produção de uma biorrefinaria pretendem ser sustentáveis e ecologicamente corretos. Semelhante às refinarias convencionais, as biorrefinarias podem fornecer vários produtos químicos fracionando uma matéria-prima inicial (biomassa) em vários intermediários (carboidratos, proteínas, triglicerídeos) que podem ser convertidos em produtos de valor agregado. Uma característica fundamental das biorrefinarias é a valorização e reciclagem/upcycling de resíduos como resíduos agrícolas, urbanos e industriais por meio da conversão de biomassa inútil em materiais valiosos.

Biorrefinarias intensificadas por ultrassom

Pela integração do ultrassom, muitos processos como extração, digestão, desintegração, transesterificação, entre muitos outros, podem ser executados significativamente mais eficientes. A intensificação do processo ultrassônico em uma biorrefinaria visa principalmente melhorar os rendimentos, tornar os processos mais eficientes em termos de tempo e energia e melhorar a pureza e a qualidade do produto final. A ultrassonografia pode contribuir para vários processos de biorrefinaria.

Como funciona a sonicação? – O princípio de funcionamento do ultrassom

Para processamento ultrassônico de alto desempenho, o ultrassom de alta intensidade e baixa frequência é gerado por um gerador de ultrassom e transmitido por meio de uma sonda ultrassônica (sonotrodo em um líquido. O ultrassom de alta potência é considerado ultrassom na faixa de 16-30kHz. A sonda de ultrassom se expande e se contrai, por exemplo, a 20kHz, transmitindo assim, respectivamente, 20.000 vibrações por segundo para o meio. Quando as ondas ultrassônicas viajam através do líquido, ciclos alternados de alta pressão (compressão) / baixa pressão (rarefação ou expansão) criam minúsculas bolhas ou cavidades de vácuo, que crescem ao longo de vários ciclos de pressão. Durante a fase de compressão do líquido e das bolhas, a pressão é positiva, enquanto a fase de rarefação produz um vácuo (pressão negativa). Durante os ciclos de compressão-expansão, as cavidades no líquido crescem até atingirem um tamanho no qual não podem absorver mais energia. Nesse ponto, eles implodem violentamente. A implosão dessas cavidades resulta em vários efeitos altamente energéticos, que são conhecidos como o fenômeno da cavitação acústica / ultrassônica. A cavitação acústica é caracterizada por múltiplos efeitos altamente energéticos, que afetam líquidos, sistemas sólidos/líquidos, bem como sistemas gás/líquidos. A zona densa de energia ou zona de cavitação é conhecida como a chamada zona de ponto quente, que é mais densa em energia nas proximidades da sonda ultrassônica e diminui com o aumento da distância do sonotrodo. A imagem à esquerda mostra cavitação intensa em uma sonda ultrassônica de 1kW na água. As principais características da cavitação ultrassônica incluem temperaturas e pressões muito altas que ocorrem localmente e respectivos diferenciais, turbulências e fluxo de líquido. Durante a implosão de cavidades ultrassônicas em pontos quentes ultrassônicos, temperaturas de até 5000 Kelvin, pressões de até 200 atmosferas e jatos de líquido com até 1000km/h podem ser medidas. Essas excelentes condições de intensidade energética contribuem para efeitos sonomecânicos e sonoquímicos que intensificam a biomassa e os sistemas químicos de várias maneiras.
O principal impacto da ultarsonicação na biomassa resulta dos seguintes efeitos:

• Alto cisalhamento: As forças ultrassônicas de alto cisalhamento interrompem líquidos e sistemas líquido-sólido, causando intensa agitação, homogeneização e transferência de massa.
• Impacto: Jatos de líquido e fluxo gerados pela cavitação ultrassônica aceleram sólidos em líquidos, o que leva subsequentemente à colisão interparticluar. Quando as partículas colidem em velocidades muito altas, elas corroem, quebram e são moídas e dispersas finamente, muitas vezes até o tamanho nanométrico. Para matéria biológica, como tecido vegetal e resíduos biológicos, os jatos de líquido de alta velocidade e os ciclos de pressão alternados perturbam as paredes celulares e liberam o material intracelular. Isso resulta na extração altamente eficiente de compostos bioativos e na mistura homogênea de biomassa.
• Agitação: A ultrassonografia causa turbulências intensas, forças de cisalhamento e micromovimento no líquido ou na pasta. Assim, a sonicação sempre intensifica a transferência de massa e acelera as reações e processos.

Processadores ultrassônicos de alto desempenho para biorrefinarias

A Hielscher Ultrasonic fabrica e distribui misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento para aplicações de alto desempenho, como homogeneização, mistura, ruptura celular, desintegração, extração, dispersão, desgaseificação e iniciação de reações químicas. Os reatores ultrassônicos são implementados em biorrefinarias em todo o mundo para aumentar a eficiência, o rendimento e a taxa de conversão de vários processos.
Equipamentos ultrassônicos de alto desempenho para processos de biorrefinaria estão prontamente disponíveis para instalação de bancada, piloto e industrial. Uma vez que as aplicações ultrassônicas, como extração, desintegração, dissolução, melhoria da transferência de massa, homogeneização e desaeração, já são processos estabelecidos, a transição dos primeiros testes, a otimização para os requisitos específicos do seu processo e a instalação de um sistema de separação ultrassônica e/ou lixiviação totalmente industrial é rápida e simples.
A Hielscher Ultrasonics fornece ultrassônicos de alto desempenho em qualquer tamanho e capacidade. Com o UIP16000 (16kW), a Hielscher fabrica o processador ultrassônico mais poderoso do mundo. O UIP16000 assim como todos os outros sistemas ultrassônicos industriais podem ser facilmente agrupados na capacidade de processamento necessária. Todos os ultrasonicadores Hielscher são construídos para operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total e em ambientes exigentes.

Sondas ultrassônicas e sono-reatores para qualquer volume

A linha de produtos Hielscher Ultrasonics abrange todo o espectro de processadores ultrassônicos, desde ultrassônicos compactos de laboratório, passando por sistemas piloto e de bancada, até processadores ultrassônicos totalmente industriais com capacidade para processar cargas de caminhão por hora. A gama completa de produtos nos permite oferecer o equipamento ultrassônico mais adequado para sua aplicação, capacidade de processo e metas de produção.

Amplitudes controláveis com precisão para resultados ideais

Todos os processadores ultrassônicos Hielscher são precisamente controláveis e, portanto, cavalos de trabalho confiáveis em R&D e produção. A amplitude é um dos parâmetros cruciais do processo que influenciam a eficiência e a eficácia das reações induzidas sonoquimicamente e sonomecanicamente. Todos os ultrassônicos Hielscher’ Os processadores permitem o ajuste preciso da amplitude. Sonotrodos e buzinas de reforço são acessórios que permitem modificar a amplitude em uma faixa ainda mais ampla. Os processadores ultrassônicos industriais da Hielscher podem fornecer amplitudes muito altas e fornecer a intensidade ultrassônica necessária para aplicações exigentes. Amplitudes de até 200 μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24 horas por dia, 7 dias por semana.
Configurações precisas de amplitude e o monitoramento permanente dos parâmetros do processo ultrassônico por meio de software inteligente oferecem a possibilidade de processar biomassa sob as condições ultrassônicas mais eficazes. Sonicação ideal para o upcycling de biomassa mais eficiente!
A robustez do equipamento ultrassônico da Hielscher permite operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e exigentes. Isso torna o equipamento ultrassônico da Hielscher uma ferramenta de trabalho confiável que atende aos requisitos do seu processo de biorrefino.

A mais alta qualidade – Projetado e fabricado na Alemanha

Como uma empresa familiar e familiar, a Hielscher prioriza os mais altos padrões de qualidade para seus processadores ultrassônicos. Todos os ultrassônicos são projetados, fabricados e exaustivamente testados em nossa sede em Teltow, perto de Berlim, Alemanha. A robustez e a confiabilidade do equipamento ultrassônico da Hielscher o tornam um cavalo de batalha em sua produção. A operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total e em ambientes exigentes é uma característica natural das sondas e reatores ultrassônicos de alto desempenho da Hielscher. Nossa equipe qualificada está pronta para ajudá-lo com conhecimento, treinamento e suporte ao processo.

A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos: