Biorefinarias eficientes através da intensificação do processo ultrassónico

Ultrasonication é uma técnica de intensificação de processos, que é implementado em vários processos em biorefinarias. Os processos típicos que se beneficiam significativamente do tratamento ultra-sônico são extração, reações heterogêneas lentas, bem como outras aplicações que envolvem mistura intensa, homogeneização e dispersão. Ultrasonication acelera processos e reações e os torna mais eficientes. Os resultados dos processos promovidos por ultra-sons são rendimentos / saídas mais elevados e taxas de conversão mais elevadas.

O que são Bio-Refinarias?

Uma biorefinaria é uma instalação de produção que integra processos de conversão de biomassa e equipamento de processamento para produzir combustíveis, energia e outros produtos benéficos, como produtos químicos, a partir da matéria-prima da biomassa. A biomassa tipicamente processada nas biorrefinarias inclui matérias-primas como resíduos e subprodutos agrícolas, que são reciclados em vários produtos de valor acrescentado de base biológica, por exemplo, géneros alimentícios, alimentos para animais, produtos químicos, bioenergia (biocombustíveis, eletricidade e/ou calor). Os processos de produção de uma biorefinaria destinam-se a ser sustentáveis e respeitadores do ambiente. Tal como as refinarias convencionais, as biorrefinarias podem fornecer vários produtos químicos através do fracionamento de uma matéria-prima inicial (biomassa) em vários produtos intermédios (hidratos de carbono, proteínas, triglicéridos) que podem ser posteriormente convertidos em produtos de valor acrescentado. Uma caraterística fundamental das biorrefinarias é a valorização e a reciclagem/upcycling de resíduos, como os agrícolas, urbanos e industriais, através da conversão de biomassa inútil em materiais valiosos.

Biorefinarias intensificadas por ultra-sons

Pela integração de ultrassom, muitos processos, tais como extração, digestão, desintegração, transesterificação entre muitos outros podem ser executados significativamente mais eficiente. A intensificação do processo ultra-sônico 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. Ultrasonication pode contribuir para vários processos de biorefinaria.

Como é que a sonicação funciona? – O princípio de funcionamento dos ultra-sons

Para o processamento ultrassónico de alto desempenho, os ultra-sons de alta intensidade e baixa frequência são gerados por um gerador de ultra-sons e transmitidos através de uma sonda ultra-sónica (sonotrodo) para um líquido. Os ultra-sons de alta potência são considerados ultra-sons na gama de 16-30kHz. A sonda de ultra-sons expande-se e contrai-se, por exemplo, a 20 kHz, transmitindo assim respetivamente 20.000 vibrações por segundo para o meio. Quando as ondas ultra-sónicas atravessam o líquido, os ciclos alternados de alta pressão (compressão) / baixa pressão (rarefação ou expansão) criam minúsculas bolhas de vácuo ou cavidades, 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 em que não conseguem absorver mais energia. Nessa altura, implodem violentamente. A implosão dessas cavidades resulta em vários efeitos altamente energéticos, que são conhecidos como o fenómeno de cavitação acústica / ultra-sónica. A cavitação acústica é caracterizada por vários efeitos altamente energéticos, que afectam os líquidos, os sistemas sólido/líquido e os sistemas gás/líquido. A zona de energia densa ou zona de cavitação é conhecida como a chamada zona de ponto quente, que é mais densa em energia nas proximidades da sonda ultra-sónica e diminui com o aumento da distância do sonotrodo. A imagem à esquerda mostra uma cavitação intensa numa sonda ultra-sónica de 1kW em água. As principais caraterísticas da cavitação ultra-sónica incluem a ocorrência local de temperaturas e pressões muito elevadas e respectivos diferenciais, turbulências e fluxo de líquido. Durante a implosão de cavidades ultra-sónicas em pontos quentes ultra-sónicos, podem ser medidas temperaturas até 5000 Kelvin, pressões até 200 atmosferas e jactos de líquido até 1000km/h. Estas condições excecionalmente intensas em termos de energia contribuem para efeitos sonomecânicos e sonoquímicos que intensificam a biomassa e os sistemas químicos de várias formas.
O principal impacto da ultarsonicação na biomassa resulta dos seguintes efeitos:

• Alto cisalhamento: As forças ultra-sónicas de alto cisalhamento perturbam os líquidos e os sistemas líquido-sólido, provocando uma agitação intensa, homogeneização e transferência de massa.
• Impacto: Os jactos de líquido e o fluxo gerado pela cavitação ultra-sónica aceleram os sólidos nos líquidos, o que leva subsequentemente à colisão interparticular. Quando as partículas colidem a velocidades muito elevadas, sofrem erosão, estilhaçam-se e são moídas e dispersas finamente, muitas vezes até ao tamanho nanométrico. No caso de matéria biológica, como tecido vegetal e bio-resíduos, os jactos de líquido a alta velocidade e os ciclos de pressão alternados rompem as paredes celulares e libertam o material intracelular. Isto resulta numa extração altamente eficiente de compostos bioactivos e na mistura homogénea da biomassa.
• Agitação: Ultrasonication provoca turbulências intensas, forças de cisalhamento e micro-movimento no líquido ou chorume. Assim, a sonicação sempre intensifica a transferência de massa e acelera assim reações e processos.

Processadores ultra-sónicos de elevado desempenho para biorrefinarias

A Hielscher Ultrasonic fabrica e distribui misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento para aplicações de alto desempenho, tais como homogeneização, mistura, rutura celular, desintegração, extração, dispersão, desgaseificação e início de reacções químicas. Os reactores ultra-sónicos são implementados em biorefinarias em todo o mundo, a fim de aumentar a eficiência, os rendimentos e a taxa de conversão de vários processos.
O equipamento ultrassónico de alto desempenho para processos de biorrefinaria está prontamente disponível para instalação em bancada, piloto e industrial. Uma vez que as aplicações ultra-sónicas como a extração, desintegração, dissolução, melhoria da transferência de massa, homogeneização e desaeração são processos já estabelecidos, a transição dos primeiros ensaios, a otimização para os seus requisitos de processo específicos e a instalação de um sistema de separação e/ou lixiviação ultra-sónica totalmente industrial é rápida e simples.
Hielscher Ultrasonics fornece ultrasonicators de alto desempenho em qualquer tamanho e capacidade. Com o UIP16000 (16kW), a Hielscher fabrica o processador ultrassónico mais potente do mundo. O UIP16000, bem como todos os outros sistemas de ultra-sons industriais, podem ser facilmente agrupados de acordo com a capacidade de processamento necessária. Todos os ultrassons da Hielscher são construídos para funcionar 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total e em ambientes exigentes.

Sondas ultra-sónicas e sono-reactores para qualquer volume

A gama de produtos da Hielscher Ultrasonics abrange todo o espetro de processadores de ultra-sons, desde ultra-sons compactos de laboratório, passando por sistemas de bancada e sistemas-piloto, até processadores de ultra-sons totalmente industriais com capacidade para processar cargas de camiões por hora. A gama completa de produtos permite-nos oferecer-lhe o equipamento de ultra-sons mais adequado para a sua aplicação, capacidade de processamento e objectivos de produção.

Amplitudes controláveis com precisão para resultados óptimos

Todos os processadores ultra-sónicos da Hielscher são controlados com precisão e, por isso, são cavalos de batalha fiáveis em R&D e produção. A amplitude é um dos parâmetros cruciais do processo que influenciam a eficiência e a eficácia das reacções induzidas sonoquimicamente e sonomecanicamente. Todos os produtos Hielscher Ultrasonics’ Os processadores de ultra-sons permitem a regulação exacta da amplitude. Os sonotrodos e as buzinas de reforço são acessórios que permitem modificar a amplitude numa gama ainda mais ampla. Os processadores ultra-sónicos industriais da Hielscher podem fornecer amplitudes muito elevadas e fornecer a intensidade ultra-sónica necessária para aplicações exigentes. Amplitudes até 200 µm podem ser facilmente executadas de forma contínua em funcionamento 24/7.
As definições precisas da amplitude e a monitorização permanente dos parâmetros do processo ultrassónico através de um software inteligente dão-lhe a possibilidade de processar a biomassa nas condições ultra-sónicas mais eficazes. Sonicação ideal para o upcycling de biomassa mais eficiente!
A robustez do equipamento ultra-sônico da Hielscher permite a operação 24/7 em serviço pesado e em ambientes exigentes. Isto torna o equipamento ultrassónico da Hielscher uma ferramenta de trabalho fiável que cumpre os requisitos do seu processo de biorefinação.

Qualidade mais elevada – Concebido e fabricado na Alemanha

Sendo uma empresa familiar, a Hielscher dá prioridade aos mais elevados padrões de qualidade para os seus processadores ultra-sónicos. Todos os ultrassons são concebidos, fabricados e exaustivamente testados na nossa sede em Teltow, perto de Berlim, na Alemanha. A robustez e a fiabilidade do equipamento ultrassónico da Hielscher fazem dele um cavalo de batalha na sua produção. O funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total e em ambientes exigentes é uma caraterística natural das sondas e reactores ultra-sónicos de alto desempenho da Hielscher. A nossa equipa especializada está pronta para o ajudar com conhecimento do processo, formação e apoio.

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: