Reactoare de flux cu ultrasunete – proiectare, aplicații și avantaje

Reactoarele cu ultrasunete permit tratarea continuă inline a lichidelor și a suspensiilor prin aplicarea unor unde ultrasonice puternice. Reactoarele cu ultrasunete sunt utilizate pentru omogenizare, amestecare, emulsionare, dispersare, extracție, dezintegrarea celulelor, pasteurizare, degazare, dizolvare și intensificarea reacțiilor chimice, precum sinteza sau cataliza. Aflați mai multe despre tehnologia reactoarelor cu ultrasunete și despre modul în care procesul dumneavoastră poate beneficia de sonicare!

Pentru ce sunt utilizate celulele de flux în procesele de sonicare?

O celulă de flux, cunoscută și sub denumirea de celulă cu circulație continuă sau reactor de flux, este un dispozitiv utilizat în diverse aplicații științifice și inginerești pentru a permite procese în flux continuu. Celulele de flux sunt utilizate frecvent în procesele de sonicare, în special atunci când volume mari sunt tratate cu ultrasunete de putere. O celulă de flux cu ultrasunete sau un reactor sonochimic este o cameră sau o celulă specializată, concepută pentru a permite unui lichid sau unor suspensii să curgă prin ea în timp ce sunt supuse sonicării.

Celulele de flux sunt utilizate frecvent în domenii precum amestecarea și omogenizarea, chimia, biologia, electrochimia și biotehnologia. Acestea oferă mai multe avantaje față de procesele în șarjă, inclusiv o sonicare mai uniformă, un control sporit, o cinetică de reacție îmbunătățită, un transfer de masă eficient și posibilitatea de a integra eficient procesul de sonicare într-un proces de producție inline.

Omogenizator industrial cu ultrasunete cu reactor cu celulă de flux

MultiSonoReactor MSR-4 este un reactor industrial de omogenizare inline pentru omogenizarea industrială a lichidelor, cu capacități de procesare ridicate.

Aplicații ale celulelor de flux cu ultrasunete și ale reactoarelor sonochimice

Reactoarele cu ultrasunete Hielscher pot fi utile pentru o gamă largă de reacții chimice care implică interfețe lichid-solid, lichid-lichid sau lichid-gaz. Câteva exemple de reacții care pot fi îmbunătățite cu ajutorul reactoarelor cu ultrasunete includ:

Omogenizarea emulsiilor: Reactoarele cu ultrasunete pot contribui la fragmentarea și dispersarea particulelor din emulsii, ceea ce conduce la produse mai stabile și mai uniforme.
Cristalizare: Iradierea cu ultrasunete poate induce cristalizarea în soluții, ceea ce conduce la formarea unor cristale mici și uniforme, cu puritate ridicată.
Degazare: Iradierea cu ultrasunete poate fi utilizată pentru eliminarea gazelor dizolvate din lichide, ceea ce poate îmbunătăți calitatea și stabilitatea produselor.
Extracție: Reactoarele cu ultrasunete pot crește eficiența proceselor de extracție prin favorizarea difuziei substanțelor dizolvate prin membrane sau interfețe.
Polimerizare: Iradierea cu ultrasunete poate favoriza inițierea și propagarea reacțiilor de polimerizare, ceea ce conduce la viteze de reacție mai mari și la mase moleculare mai mari.
Sinteza nanoparticulelor: Reactoarele cu ultrasunete pot fi utilizate pentru sintetizarea nanoparticulelor cu dimensiune, formă și proprietăți de suprafață controlate.
Sonocataliză: Iradierea cu ultrasunete poate spori activitatea catalitică a anumitor materiale, ceea ce conduce la viteze de reacție mai mari și la o selectivitate îmbunătățită.

Ultrasonicatorul UIP6000hdT cu reactor cu celulă de flux cu ultrasunete și carcasă de izolare fonică pentru procese industriale cu capacitate de procesare ridicată.

Sonicatorul industrial UIP6000hdT cu reactor cu celulă de flux cu ultrasunete și carcasă de izolare fonică.

Schimbare de culoare indusă de cavitație cu sonicatorul UP400St

Proiectare sofisticată a reactoarelor cu ultrasunete pentru rezultate superioare ale procesului

În ceea ce privește reactoarele inline pentru procesarea lichidelor, trebuie luați în considerare mai mulți factori importanți. Reactoarele cu ultrasunete Hielscher sunt proiectate și fabricate. Acești factori pot varia în funcție de aplicația și cerințele specifice, dar iată câteva considerente relevante:

Proiectarea reactorului: Proiectarea reactorului în sine este unul dintre cei mai influenți factori pentru reușita procesării inline cu ultrasunete. Factori precum dimensiunea, geometria, poziția sonotrodei și materialul de construcție trebuie luați în considerare pentru a asigura compatibilitatea cu lichidul supus sonicării, precum și cu condițiile de reacție dorite (de ex., intensitatea ultrasunetelor, temperatura, presiunea).

Amestecare și agitare: Sonicarea asigură o micro-amestecare extrem de eficientă. Pentru reactoarele de tip rezervor mai mari, o amestecare și o agitare suplimentare ar putea fi benefice pentru a obține o bună macro-amestecare. Un mixer cu palete sau un rotor de amestecare contribuie la un transfer de masă optim, deoarece întregul material este deplasat în zona de cavitație ultrasonică. Prin urmare, designul reactoarelor Hielscher permite încorporarea unor macro-mixere, cum ar fi rotoare de amestecare sau agitatoare.

Timpul de rezidență: Timpul de rezidență în reactorul sonochimic, care se referă la timpul petrecut de lichid în interiorul reactorului, este un parametru critic: este timpul în care materialul este expus vibrațiilor ultrasonice, cavitației și forțelor de forfecare. Acesta influențează gradul de desfășurare a reacției și productivitatea procesului. Reactoarele cu ultrasunete Hielscher sunt proiectate pentru a controla și ajusta ușor și fiabil timpul de rezidență dorit, menținând în același timp un debit adecvat.

Controlul temperaturii: Pentru multe materiale și reacții, controlul precis al temperaturii este esențial. Prin urmare, reactoarele cu ultrasunete Hielscher sunt echipate cu dispozitive pentru controlul și menținerea temperaturii dorite. Acest lucru se realizează prin diverse mijloace, cum ar fi mantale de termostatare sau sisteme externe de încălzire/răcire.

Controlul presiunii: Unele reacții beneficiază de condiții specifice de presiune. În general, efectele sonicării sunt intensificate la presiuni ridicate. Reactorul ar trebui să poată gestiona în siguranță și eficient intervalul de presiune dorit. Desigur, Hielscher oferă pentru reactoarele sale cu ultrasunete mecanisme de control al presiunii, cum ar fi supape de siguranță sau regulatoare de presiune.

Considerente de siguranță: Operarea simplă și siguranța sunt de o importanță capitală în proiectarea reactoarelor. În conformitate cu standardele industriale și cu cele mai înalte considerente de siguranță, reactoarele cu ultrasunete Hielscher sunt proiectate și operate cu caracteristici de siguranță adecvate, cum ar fi supape de siguranță pentru presiune, sisteme de monitorizare a presiunii și temperaturii, înregistrare automată a datelor și, dacă este necesar, capacități de purjare cu gaz inert.

Potențialul de extindere la scară: Dacă se preconizează că necesitățile de procesare a lichidelor vor crește în viitor, este important să se ia în considerare potențialul de extindere la scară al reactorului. Reactoarele cu ultrasunete Hielscher sunt proiectate pentru o scalare ușoară, astfel încât să permită volume de producție mai mari, menținând în același timp eficiența procesului.

Întreținere și curățare: Reactoarele sonochimice Hielscher sunt foarte robuste și proiectate pentru a fi ușor de întreținut, inspectat și curățat. Suprafețele interne netede, conexiunile accesibile și rapid demontabile, precum și golirea bună și funcția de curățare în loc (CIP) contribuie la minimizarea timpilor de nefuncționare și asigură o igienă corespunzătoare.

Compatibilitate și rezistență la coroziune: Ținând cont de compatibilitatea materialelor reactorului cu lichidul procesat, Hielscher oferă reactoare sonochimice personalizate. Compatibilitatea chimică este esențială pentru a preveni coroziunea, contaminarea sau reacțiile nedorite.

Monitorizarea și controlul procesului: Încorporarea senzorilor de presiune și temperatură, a vitezei reglabile de alimentare și de curgere și a dispozitivelor de monitorizare aferente, precum și înregistrarea automată a datelor privind condițiile procesului cu ultrasunete furnizează date în timp real despre parametrii critici ai procesului. Aceste informații permit cel mai înalt nivel de control, optimizare și standardizare a procesului.

Integrarea cu echipamentele de proces: Reactoarele cu ultrasunete Hielscher pot fi integrate ușor și comod în sistemul general de procesare a lichidelor. Compatibilitatea și conexiunile adecvate cu echipamentele din amonte și din aval, cum ar fi pompe, filtre, schimbătoare de căldură și unități de colectare/stocare a produselor, pot fi implementate cu ușurință și adaptate ulterior la modificările liniei de producție.

Ultrasonicator inline Hielscher UIP4000hdT cu celulă de flux pentru procese inline de omogenizare și amestecare

Omogenizator industrial cu ultrasunete de 4kW UIP4000hdT cu reactor cu circulație continuă pentru amestecare și omogenizare inline

Sonicatoare și reactoare sonochimice pentru procese inline în flux

Hielscher Ultrasonics oferă sonicatoare de înaltă performanță și reactoare cu ultrasunete pentru procesarea lichidelor la orice scară.

Proiectare, fabricație și consultanță – calitate Made in Germany

Sonicatoarele și reactoarele sonochimice Hielscher sunt bine cunoscute pentru cele mai înalte standarde de calitate și design. Robustețea și operarea ușoară permit integrarea fără probleme a sonicatoarelor și a celulelor noastre de flux cu ultrasunete în instalațiile industriale. Condițiile dificile și mediile solicitante sunt gestionate cu ușurință de sonicatoarele Hielscher.

Hielscher Ultrasonics este o companie certificată ISO și pune un accent deosebit pe ultrasonicatoare de înaltă performanță, cu tehnologie de ultimă generație și ușurință în utilizare. Desigur, ultrasonicatoarele Hielscher sunt conforme CE și îndeplinesc cerințele UL, CSA și RoHs.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre:

Volumul șarjei	Debit	Dispozitive recomandate
0,5 până la 1,5mL	n.a.	VialTweeter
1 până la 500mL	10 până la 200mL/min	UP100H
10 până la 2000mL	20 până la 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 până la 20L	0,2 până la 4L/min	UIP2000hdT
10 până la 100L	2 până la 10L/min	UIP4000hdT
15 până la 150L	3 până la 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 până la 100L/min	UIP16000
n.a.	mai mare	cluster de UIP16000

Contactați-ne! / Întrebați-ne!

Omogenizatoarele cu ultrasunete cu forfecare ridicată sunt utilizate în procesarea la scară de laborator, de banc, pilot și industrială.

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru aplicații de amestecare, dispersare, emulsionare și extracție la scară de laborator, pilot și industrială.

Subiecte conexe

Literatură / Referințe

Barrera-Salgado, Karen; Ramírez-Robledo, Gabriela; Alvarez-Gallegos, Alberto; Arellano, Carlos; Sierra, Fernando; Perez, J. A.; Silva Martínez, Susana (2016): Fenton Process Coupled to Ultrasound and UV Light Irradiation for the Oxidation of a Model Pollutant. Journal of Chemistry, 2016. 1-7.
Han N.S., Basri M., Abd Rahman M.B. Abd Rahman R.N., Salleh A.B., Ismail Z. (2012): Preparation of emulsions by rotor-stator homogenizer and ultrasonic cavitation for the cosmeceutical industry. Journal of Cosmetic Science Sep-Oct; 63(5), 2012. 333-44.
Antonia Tamborrino, Agnese Taticchi, Roberto Romaniello, Claudio Perone, Sonia Esposto, Alessandro Leone, Maurizio Servili (2021): Assessment of the olive oil extraction plant layout implementing a high-power ultrasound machine. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 73, 2021.

Ultrasunete de înaltă performanță! Gama de produse Hielscher acoperă întregul spectru, de la ultrasonicatorul compact de laborator și unitățile de banc până la sistemele cu ultrasunete complet industriale.

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la dimensiunea de laborator până la dimensiunea industrială.