MultiPhaseCavitator – Introduceți MPC48 pentru celula de debit cu ultrasunete
The MultiPhaseCavitator Insert (Insert MPC48) is designed to improve the ultrasonic processing of liquid/liquid or liquid/gas mixes. 48 very fine cannulas inject liquid or gas into a liquid phase right in the cavitation zone. This creates very small suspended droplets or gas bubbles yielding a very high specific surface area.
Această inserție este deosebit de utilă pentru chimia emulsiei, cum ar fi reacțiile de transfer de fază, Phase-Transfer-Cataliza (PTC) sau extracție lichid-lichid. Un alt domeniu interesant de aplicare este precipitarea particulelor din doi precursori lichizi sau sono-cristalizarea. Această inserție este proiectată pentru reactoarele cu celule de flux Hielscher și permite procesarea în serie sau continuă.
Unul și 48 porturi de injecție
Ultrasonication este un mijloc eficient pentru emulsionare și amestecare. Spre deosebire de configurația convențională, în care fazele separate sunt combinate înainte de a intra în celula de flux și cavitația, această inserție a celulelor de flux îmbunătățește combinația celor două faze. Când un lichid este injectat prin cele 48 de canule fine, acesta intră în celula de curgere în fire foarte înguste. Inserția folosește foarte 48 de canule medicale fine cu diametre interioare de la 0,3 mm la 1,2 mm. Aceste canule pot fi inlocuite cu usurinta si sunt consumabile ieftine (sterile, aprox. 2ct/buc). Cavitația cu ultrasunete (la 20kHz) taie cele 48 de fire lichide care intră în picături mici atunci când intră în faza lichidă din celula de flux.
Proiectul aplică aceeași presiune de alimentare de la o sursă la toate cele 48 de canule pentru a nivela debitul dintre canule.
48 porturi de intrare în reactorul cu ultrasunete pentru reacții lichid-lichid
Injectarea în cavitator multifazic cu ultrasunete
InsertMPC48 – 48 canule fine se termină în zona de cavitație
Reactor cu ultrasunete cu celule de flux FC100L1K-1S cu InsertMPC48
Utilizări și aplicații
Hielscher reactoare cu ultrasunete sunt adesea folosite pentru a emulsiona, pentru a îmbunătăți cinetica procesului de transfer de fază sau ratele de dizolvare în sistemele de fază lichid-lichid. Exemple pentru astfel de procese sunt desulfurarea oxidativă cu peroxid de hidrogen și extracția ulterioară cu solvent sau transesterificarea trigliceridelor catalizată de bază.
Solubilitatea limitată a unei faze de reactiv într-o altă fază de reactiv este o problemă semnificativă în chimia emulsiei de proces, deoarece ambele faze reacționează între ele numai la interfază. Fără ultrasunete, acest lucru duce la rate scăzute de reacție și o cinetică lentă de conversie în sistemele bifazate.
Folosind inserția cu un reactor cu ultrasunete, cavitația produce forfecare hidraulică ridicată și rupe faza injectată în picături sub-micronice și nanosize. Deoarece suprafața specifică a limitei fazei influențează viteza chimică a reacției, această reducere semnificativă a diametrului picăturii îmbunătățește cinetica reacției și poate reduce sau elimina necesitatea agenților de transfer de fază. Procentul volumic al fazei injectate poate fi redus, deoarece emulsiile mai fine necesită un volum mai mic pentru a asigura aceeași suprafață de contact cu cealaltă fază de reactiv.
Utilizarea acestui insert poate reduce cantitatea necesară de catalizatori de emulsie amfifilică sau catalizatori cu transfer de fază (PTC), cum ar fi sărurile cuaternare de amoniu, cu capacitatea lor unică de a se dizolva atât în lichide apoase, cât și organice.
Transfer de masă îmbunătățit pentru reacții chimice
Când două faze de reactiv reacționează la o limită de fază, produșii de reacție se acumulează la suprafața picăturii și blochează fazele de reactiv să interacționeze la interfață. Forfecarea hidraulică cauzată de cavitația cu ultrasunete are ca rezultat fluxul turbulent și transportul materialului de la și la suprafețele picăturilor și duce la coalescența repetată și formarea ulterioară de picături noi. Pe măsură ce reacția progresează în timp, sonicare maximizează expunerea și interacțiunea reactivilor.
Acest efect este utilizat în multe procese, cum ar fi transesterificarea uleiurilor vegetale la biodiesel sau sinteza poliesterilor prin transesterificarea diesterilor cu dioli pentru a forma macromolecule.
Emulsionare / Emulsionare
Această inserție de celule de flux îmbunătățește emulsionarea atunci când se amestecă lichide nemiscibile. Acest lucru duce la dimensiuni mai mici ale picăturilor și la o distribuție mai restrânsă a dimensiunilor – factor cheie pentru stabilitatea unei emulsii. Cu acest design puteți injecta și emulsiona lichide cu vâscozitate scăzută și medie chiar și în lichide cu vâscozitate ridicată, cum ar fi păcură grea (HFO), polimeri sau geluri. Unele formulări pot necesita adăugarea de emulgatori sau stabilizatori. În acest caz, ajută la amestecarea uniformă a emulgatorului. Modele personalizate pentru injectarea mai multor faze, deși canulele sunt disponibile la cerere.
extracție lichid-lichid
Această inserție stimulează procesele de extracție lichid-lichid prin realizarea unei emulsii turbulente de dimensiuni fine, de exemplu a unei faze solvente într-o fază uleioasă. Din nou, acest lucru mărește suprafața de contact a fazelor și are ca rezultat o extracție mai bună și o utilizare redusă a solvenților.
Aqua-combustibili pentru o combustie mai curată
Păcura de calitate inferioară, cum ar fi păcura grea utilizată pe navele maritime sau pentru generarea de energie, poate fi emulsionată cu apă. Acest lucru are ca rezultat o ardere mai eficientă și o reducere semnificativă a NOx emisii și funingine.
Citiți mai multe despre emulsionarea cu ultrasunete a aqua-combustibili (emulsie-combustibili)!
Precipitații / Sono-cristalizare
Pigmenții sau nanoparticulele pot fi generate de jos în sus prin precipitarea în lichide. În acest caz, un amestec suprasaturat începe să formeze particule solide sau cristale din materialul foarte concentrat. Aceste particule vor crește până la un anumit punct și, în cele din urmă, vor precipita. Pentru a controla dimensiunea și morfologia particulelor/cristalelor, controlul amestecului precursor/reactiv este esențial.
În general, procesul de precipitare implică: amestecarea, suprasaturarea, nucleația, creșterea particulelor și aglomerarea. Acesta din urmă este evitat printr-o concentrație solidă scăzută sau prin agenți de stabilizare. Amestecarea este critică; În ceea ce privește majoritatea proceselor de precipitare, viteza reacției este foarte mare. InsertMPC48 combină jeturi rapide înguste injectate cu forfecare cavitațională cu ultrasunete puternic. Acest lucru maximizează viteza de amestecare și performanța, creând particule mai multe și mai mici.
Distribuția dimensiunii particulelor de particule de Fe3O4 (magnetită) generate într-o reacție continuă de precipitare cu ultrasunete (Banert et al., 2004).
De la testarea în laborator la scară pilot și producție
Hielscher Ultrasonics oferă echipamente pentru testarea, verificarea și utilizarea acestei tehnologii la orice scară. Conceptul este ușor de încorporat în procesele existente.
- Faza de alimentare A în orificiul de intrare a lichidului din partea inferioară a celulei de flux
- Faza de alimentare B în orificiul (orificiile) de intrare a lichidului mai mici din partea laterală a celulei de flux. Această alimentare va fi injectată în zona cavitațională prin 48 de conducte fine
- Reglați presiunea reactorului utilizând o supapă de contrapresiune la portul de ieșire a celulei de curgere
La nivel de banc de lucru, sonicatorul UIP1000hdT de 1 kW pot prelucra debite cuprinse între 100 și 1000 L/h (25 și 250 gal/h) pentru demonstrarea procesului și pentru optimizarea parametrilor de sonicare. Procesoarele cu ultrasunete Hielscher sunt proiectate pentru o extindere liniară la volume de prelucrare mai mari, la scară pilot sau de producție. Tabelul de mai jos prezintă volumele de procesare și dimensiunile recomandate ale echipamentelor.
| Volumul lotului | Debitul | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 0.2L | 0.25 până la 2m3/Hr | UIP1000hdT, UIP2000hdT |
| 0.2L | 1 până la 8m3/Hr | UIP4000hdT |
| n.a. | 4 până la 30m3/Hr | UIP16000hdT |
| n.a. | peste 30m3/Hr | grup de UIP10000 sau UIP16000hdT |
Întrebări frecvente despre MultiPhaseCavitator – Inserție pentru celulă de debit cu ultrasunete MPC48
Ce este inserția MultiPhaseCavitator (inserția pentru celula de curgere MPC48)?
Inserția MultiPhaseCavitator (InsertMPC48) este o inserție pentru celula de curgere concepută pentru a îmbunătăți procesarea cu ultrasunete a amestecurilor lichid/lichid sau lichid/gaz. Acesta utilizează 48 de canule foarte fine care injectează lichid sau gaz într-o fază lichidă chiar în zona de cavitație, creând picături suspendate foarte mici sau bule de gaz cu o suprafață specifică mare.
Ce înseamnă MPC48?
MPC este abrevierea pentru MultiPhaseCavitator. Numărul 48 indică faptul că insertul are 48 de canule care servesc drept puncte de injectare. La cerere, insertul celulei de curgere poate fi echipat cu un număr mai mare sau mai mic de canule.
Cum funcționează inserția pentru celula de curgere MPC48?
Atunci când un lichid este injectat prin cele 48 de canule medicale fine (cu diametre interioare cuprinse între 0,3 mm și 1,2 mm), acesta pătrunde în celula de curgere sub formă de jeturi foarte subțiri. Cavitația ultrasonică la 20 kHz fragmentează aceste jeturi în picături mici pe măsură ce intră în faza lichidă. Proiectarea asigură aplicarea aceleiași presiuni de alimentare de la o singură sursă către toate cele 48 de canule, pentru a uniformiza debitul între acestea.
Pentru ce aplicații este cel mai potrivit insertul MultiPhaseCavitator?
Este deosebit de utilă pentru chimia emulsiilor, cum ar fi reacțiile de transfer de fază, cataliza prin transfer de fază (PTC) și extracția lichid-lichid. De asemenea, este foarte potrivită pentru precipitarea particulelor din doi precursori lichizi și pentru sonocristalizare. Inserția este concepută pentru reactoarele cu celulă de curgere Hielscher și permite procesarea în serie sau continuă.
În ce mod îmbunătățește inserția MPC48 reacțiile de transfer de fază?
Deoarece solubilitatea limitată a unei faze de reactiv în cealaltă limitează reacția la zona de interfață, sistemele bifazice prezintă adesea viteze de reacție scăzute fără utilizarea ultrasunetelor. Cu ajutorul insertului, cavitația produce o forfecare hidraulică ridicată și fragmentează faza injectată în picături de dimensiuni submicronice și nanometrice. Această reducere semnificativă a diametrului picăturilor îmbunătățește cinetica reacției și poate reduce sau elimina necesitatea utilizării agenților de transfer de fază.
Poate inserția să reducă cantitatea necesară de catalizator?
Da. Insertul poate reduce cantitatea necesară de catalizatori pentru emulsii amfifile sau de catalizatori de transfer de fază (PTC), cum ar fi sărurile de amoniu cuaternar, deoarece emulsiile mai fine necesită un volum mai mic pentru a asigura aceeași suprafață de contact cu cealaltă fază a reactivului.
Cum îmbunătățește transferul de masă în reacțiile chimice?
Produsele de reacție se pot acumula la suprafața picăturilor și pot bloca interacțiunea reactivilor la interfață. Forța de forfecare hidraulică generată de cavitația ultrasonică creează un flux turbulent și transportul de material către și dinspre suprafețele picăturilor, ceea ce duce la coalescența repetată și la formarea de noi picături. În timp, sonicația maximizează expunerea și interacțiunea reactivilor – utilizate în procese precum transesterificarea uleiurilor vegetale în biodiesel sau sinteza poliesterilor.
Este insertul eficient pentru extracția lichid-lichid?
Da. Insertul îmbunătățește extracția lichid-lichid prin crearea unei emulsii turbulente cu particule fine, de exemplu a unei faze de solvent într-o fază de ulei. Acest lucru mărește suprafața de contact dintre faze și duce la o extracție mai eficientă, cu un consum redus de solvent.
Poate fi utilizat pentru combustibili pe bază de apă?
Da. Combustibilii lichizi de calitate inferioară, cum ar fi păcura grea utilizată pe navele maritime sau pentru producerea de energie electrică, pot fi emulsionați cu apă. Acest lucru duce la o ardere mai eficientă și la o reducere semnificativă a emisiilor de NOx și a funinginii.
Descoperiți avantajele emulsificării cu ultrasunete a combustibililor pe bază de apă!
În ce fel contribuie inserția la precipitare și la sonocristalizare?
Pigmenții sau nanoparticulele pot fi obținuți prin metoda „bottom-up”, prin precipitare în lichide. Inserția MPC48 combină jeturi rapide și înguste de injecție cu o forță de forfecare cavitațională ultrasonică puternică, ceea ce maximizează viteza și performanța de amestecare, creând mai multe particule de dimensiuni mai mici. Deoarece viteza multor reacții de precipitare este foarte mare, controlul amestecării precursorilor/reactivilor este esențial, iar inserția ajută la controlul dimensiunii și morfologiei particulelor/cristalelor.
Canulele sunt consumabile?
Da. Cele 48 de canule medicale fine pot fi înlocuite cu ușurință și reprezintă un consumabil ieftin (sterile, aprox. 2 ct/buc.). Aceste canule sunt consumabile standard și pot fi achiziționate cu ușurință de pe piața locală. La cerere, sunt disponibile modele personalizate pentru injectarea mai multor faze prin intermediul canulelor.
Cum se configurează celula de curgere cu InsertMPC48? Conceptul este ușor de integrat în procesele existente: introduceți faza A în orificiul de intrare a lichidului din partea inferioară a celulei de curgere, introduceți faza B în orificiul (orificiile) de intrare a lichidului mai mici din lateral (injectate în zona de cavitație prin cele 48 de tuburi fine) și reglați presiunea reactorului folosind o supapă de contrapresiune la orificiul de ieșire al celulei de curgere.
Ce opțiuni de extindere și ce dimensiuni ale echipamentelor sunt disponibile?
Hielscher oferă echipamente pentru testarea, verificarea și utilizarea acestei tehnologii la orice scară, cu o extindere liniară de la nivel de laborator la nivel pilot și de producție. De exemplu, un UIP1000hd (1 kW) poate prelucra 100–1.000 L/oră în scopul demonstrării și optimizării parametrilor; dispozitivele recomandate variază de la modelele UIP1000hd/UIP2000hd până la UIP4000 și UIP16000, cu grupuri de aparate UIP10000 sau UIP16000 pentru debite de peste 30 m³/oră.
Inserție pentru celulă de debit cu ultrasunete MPC48 – MultiPhaseCavitator