Hielscher Ultrasonics
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Reactores de fluxo ultra-sónicos – Conceção, aplicações e vantagens

Os reactores de ultra-sons permitem um tratamento contínuo em linha de líquidos e lamas aplicando poderosas ondas de ultra-sons. Os reactores de ultra-sons são utilizados para homogeneização, mistura, emulsificação, dispersão, extração, desintegração celular, pasteurização, desgaseificação, dissolução e intensificação de reacções químicas como a síntese ou a catálise. Leia mais sobre a tecnologia de reactores ultra-sónicos e como o seu processo pode beneficiar da sonicação!

Para que são utilizadas as células de fluxo nos processos de sonicação?

Uma célula de fluxo, também conhecida como célula de fluxo ou reator de fluxo, é um dispositivo utilizado em várias aplicações científicas e de engenharia para permitir processos de fluxo contínuo. As células de fluxo são normalmente utilizadas em processos de sonicação, especialmente quando grandes volumes são tratados com ultra-sons de potência. Uma célula de fluxo ultrassónico ou um reator sonoquímico é uma câmara ou célula especializada concebida para permitir que um líquido ou lamas fluam através dela enquanto são submetidos a sonicação.

As células de fluxo são normalmente utilizadas em áreas como a mistura e homogeneização, química, biologia, eletroquímica e biotecnologia. Oferecem várias vantagens em relação aos processos descontínuos, incluindo uma sonicação mais uniforme, um maior controlo, uma cinética de reação melhorada, uma transferência de massa eficiente e a capacidade de integrar eficazmente o processo de sonicação num processo de produção em linha.

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Homogeneizador ultrassónico industrial com reator de célula de fluxo

O MultiSonoReactor MSR-4 é um reator de homogeneização em linha industrial para homogeneização de líquidos industriais com elevados rendimentos.

Aplicações para células de fluxo ultra-sónicas e reactores sonoquímicos

Os reactores ultra-sónicos Hielscher podem ser úteis para uma vasta gama de reacções químicas que envolvem interfaces líquido-sólido, líquido-líquido ou líquido-gás. Alguns exemplos de reacções que podem ser melhoradas utilizando reactores ultra-sónicos incluem:

  • Homogeneização de emulsões: Os reactores de ultra-sons podem ajudar a quebrar e dispersar partículas em emulsões, levando a produtos mais estáveis e uniformes.
  • Cristalização: A irradiação ultra-sónica pode induzir a cristalização em soluções, levando à formação de cristais pequenos e uniformes com elevada pureza.
  • Desgaseificação: A irradiação ultra-sónica pode ser utilizada para remover gases dissolvidos de líquidos, o que pode melhorar a qualidade e a estabilidade dos produtos.
  • Extração: Os reactores ultra-sónicos podem aumentar a eficiência dos processos de extração, promovendo a difusão de solutos através de membranas ou interfaces.
  • Polimerização: A irradiação ultra-sónica pode promover o início e a propagação de reacções de polimerização, conduzindo a taxas de reação mais rápidas e a pesos moleculares mais elevados.
  • Síntese de nanopartículas: Os reactores ultra-sónicos podem ser utilizados para sintetizar nanopartículas com tamanho, forma e propriedades de superfície controlados.
  • Sonocatálise: A irradiação ultra-sónica pode aumentar a atividade catalítica de certos materiais, conduzindo a taxas de reação mais rápidas e a uma melhor seletividade.

 

Ultrasonicator UIP6000hdT com reator de célula de fluxo ultrassónico e armário de isolamento acústico para processos industriais de alto rendimento.

O sonicador industrial UIP6000hdT com reator de célula de fluxo ultrassónico e armário de isolamento acústico.

Este vídeo mostra uma mudança de cor induzida por cavitação ultra-sónica num líquido. O tratamento de ultra-sons intensifica a reação redox oxidativa.

Mudança de cor induzida por cavitação com o Sonicator UP400St

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Design sofisticado do reator ultrassónico para resultados de processo superiores

Quando se trata de reactores em linha para processamento de líquidos, devem ser considerados vários factores importantes. Os reactores ultra-sónicos da Hielscher são concebidos e fabricados em função da aplicação e dos requisitos específicos, mas eis algumas considerações relevantes:

  • Conceção do reator: A conceção de um reator em si é um dos factores mais influentes quando se trata de um processamento ultrassónico em linha bem sucedido. Factores como o tamanho, a geometria, a posição do sonotrodo e o material de construção devem ser considerados para garantir a compatibilidade com o líquido a ser sonicado, bem como as condições de reação desejadas (por exemplo, intensidade dos ultra-sons, temperatura, pressão).
  • Mistura e agitação: A sonicação proporciona uma micro-mistura altamente eficiente. Para reactores com tanques maiores, pode ser benéfica uma mistura e agitação adicionais de modo a obter uma boa macro-mistura. Um misturador de lâminas ou um impulsor contribuem para uma transferência de massa óptima, uma vez que todo o material é deslocado para a zona de cavitação ultra-sónica. Por conseguinte, a conceção dos reactores Hielscher permite a incorporação de macro-misturadores, tais como impulsores ou agitadores.
  • Tempo de permanência: O tempo de residência no reator sonoquímico, que se refere ao tempo que o líquido passa no interior do reator, é um parâmetro crítico: É o tempo durante o qual o material é exposto à vibração ultra-sónica, cavitação e forças de cisalhamento. Afecta a extensão da reação e a produtividade do processo. Os reactores ultra-sónicos Hielscher são concebidos para controlar e ajustar de forma fácil e fiável o tempo de residência desejado, mantendo um caudal adequado.
  • Controlo da temperatura: Para muitos materiais e reacções, é essencial um controlo preciso da temperatura. Por isso, os reactores ultra-sónicos Hielscher estão equipados com dispositivos para controlar e manter a temperatura desejada. Isto é conseguido através de vários meios, tais como sistemas de revestimento ou de aquecimento/arrefecimento externos.
  • Controlo da pressão: Algumas reacções beneficiam de condições de pressão específicas. Em geral, os efeitos da sonicação são intensificados sob pressões elevadas. O reator deve ser capaz de lidar com a gama de pressão desejada de forma segura e eficaz. Naturalmente, a Hielscher oferece mecanismos de controlo de pressão, tais como válvulas de alívio ou reguladores de pressão, para os seus reactores ultra-sónicos.
  • Considerações de segurança: A simplicidade de funcionamento e a segurança são de importância primordial na conceção do reator. De acordo com as normas industriais e as mais elevadas considerações de segurança, os reactores ultra-sónicos Hielscher são concebidos e operados com caraterísticas de segurança adequadas, tais como válvulas de alívio de pressão, sistemas de monitorização de pressão e temperatura, registo automático de dados e capacidades de purga de gás inerte, se necessário.
  • Potencial de aumento de escala: Se se espera que as necessidades de processamento de líquidos aumentem no futuro, é importante considerar o potencial de aumento de escala do reator. Os reatores ultra-sônicos Hielscher são projetados para fácil escalabilidade para acomodar maiores volumes de produção, mantendo a eficiência do processo.
  • Manutenção e limpeza: Os reactores sonoquímicos Hielscher são muito robustos e concebidos para facilitar a manutenção, inspeção e limpeza. As superfícies internas lisas, as ligações acessíveis e rapidamente removíveis, bem como a boa drenagem e a funcionalidade de limpeza no local (CIP) ajudam a minimizar o tempo de inatividade e a garantir uma higiene adequada.
  • Compatibilidade e resistência à corrosão: Tendo em conta a compatibilidade dos materiais do reator com o líquido a ser processado, a Hielscher oferece reactores sonoquímicos personalizados. A compatibilidade química é crucial para evitar corrosão, contaminação ou reações indesejadas.
  • Monitorização e controlo de processos: Incorpora sensores de pressão e temperatura, velocidade de alimentação e de fluxo ajustável e dispositivos de monitorização relacionados, bem como o protocolo automático de dados das condições do processo ultrassónico, que fornecem dados em tempo real sobre os parâmetros críticos do processo. Esta informação permite um maior controlo, otimização e normalização do processo.
  • Integração com equipamento de processo: Os reactores ultra-sónicos Hielscher podem ser fácil e confortavelmente integrados no sistema global de processamento de líquidos. A compatibilidade e as ligações adequadas com o equipamento a montante e a jusante, tais como bombas, filtros, permutadores de calor e unidades de recolha/armazenamento de produtos, podem ser facilmente implementadas e subsequentemente adaptadas a alterações na linha de produção.
    • Hielscher UIP4000hdT ultrasonicator em linha com célula de fluxo para homogeneização em linha e processos de mistura

    Homogeneizador ultrassónico industrial de 4kW UIP4000hdT com reator de fluxo contínuo para mistura e homogeneização em linha

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    Sonicadores e reatores sonoquímicos para processos de fluxo em linha

    A Hielscher Ultrasonics oferece sonicadores e reactores ultra-sónicos de elevado desempenho para o processamento de líquidos em qualquer dimensão.

    Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

    O reator de fluxo ultrassónico cumpre as normas industriais para processos de grande volume, como a mistura, dispersão, homogeneização, emulsificação e reacções químicas.Os sonicadores e reactores sonoquímicos da Hielscher são conhecidos pela sua elevada qualidade e padrões de design. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos sonicadores e células de fluxo ultrassónico em instalações industriais. As condições difíceis e os ambientes exigentes são facilmente controlados pelos sonicadores Hielscher.

    A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá especial ênfase aos ultrassons de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassons da Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos da UL, CSA e RoHs.
     
    O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:

    Volume do lote caudal Dispositivos recomendados
    0.5 a 1,5mL n.d. VialTweeter
    1 a 500mL 10 a 200mL/min UP100H
    10 a 2000mL 20 a 400mL/min UP200Ht, UP400ST
    0.1 a 20L 0.2 a 4L/min UIP2000hdT
    10 a 100L 2 a 10L/min UIP4000hdt
    15 a 150L 3 a 15L/min UIP6000hdT
    n.d. 10 a 100L/min UIP16000
    n.d. maior grupo de UIP16000

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    Os homogeneizadores ultra-sónicos de alto cisalhamento são utilizados em laboratório, bancada, piloto e processamento industrial.

    A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultra-sónicos de alto desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração à escala laboratorial, piloto e industrial.

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    Literatura / Referências

    Ultrassom de alto desempenho! A gama de produtos da Hielscher abrange todo o espectro, desde o ultrasonicator de laboratório compacto sobre unidades de bancada até sistemas ultrassônicos totalmente industriais.

    A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultra-sónicos de alto desempenho a partir de laboratório para dimensão industrial.

    Teremos todo o prazer em discutir o seu processo.

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