MultiPhaseCavitator-Insert pentru ultrasunete Flow Cell

MultiPhaseCavitator Insert (InsertMPC48) este conceput pentru a îmbunătăți prelucrarea cu ultrasunete a amestecurilor lichide / lichide sau lichide / gaze. 48 de canule foarte fine injectează lichid sau gaz într-o fază lichidă chiar în zona de cavitație. Acest lucru creează picături suspendate foarte mici sau bule de gaz care produc o suprafață specifică foarte mare.

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

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 NO_x 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.

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.

1. Faza de alimentare A în orificiul de intrare a lichidului din partea inferioară a celulei de flux
2. 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
3. Reglați presiunea reactorului utilizând o supapă de contrapresiune la portul de ieșire a celulei de curgere

La nivelul banc-top a UIP1000hd (1kW) poate procesa debite de la 100 la 1000L / oră (25 la 250 gal / oră) pentru demonstrarea procesului și pentru optimizarea parametrilor sonicare. Hielscher procesoare cu ultrasunete sunt proiectate pentru scară liniară-până la volume mai mari de prelucrare la scară pilot sau de producție. Tabelul de mai jos listează volumele de procesare și dimensiunile recomandate ale echipamentelor.