Эффективные биоперерабатывающие заводы за счет интенсификации ультразвуковых процессов

Ультразвуковая технология – это метод интенсификации процессов, который внедряется в различные процессы на биоперерабатывающих заводах. Типичными процессами, которые значительно выигрывают от ультразвуковой обработки, являются экстракция, медленные гетерогенные реакции, а также другие операции, связанные с интенсивным смешиванием, гомогенизацией и диспергированием. Ультразвуковая обработка ускоряет процессы и реакции и делает их более эффективными. Результатом процессов, контролируемых ультразвуком, являются более высокие выходы/выходы и более высокие коэффициенты конверсии.

Что такое биоперерабатывающие заводы?

Биоперерабатывающий завод – это производственное предприятие, которое объединяет процессы преобразования биомассы и технологическое оборудование для производства топлива, энергии и других полезных продуктов, таких как химикаты, из сырья биомассы. Типичная биомасса, перерабатываемая на биоперерабатывающих заводах, включает в себя сырье, такое как сельскохозяйственные отходы и побочные продукты, которые перерабатываются в различные продукты с добавленной стоимостью, основанные на биопродуктах, например, продукты питания, корма, химикаты, биоэнергию (биотопливо, электроэнергию и/или тепло). Производственные процессы биоперерабатывающего завода должны быть устойчивыми и экологически чистыми. Подобно обычным нефтеперерабатывающим заводам, биоперерабатывающие заводы могут производить несколько химических веществ путем фракционирования исходного сырья (биомассы) на несколько промежуточных продуктов (углеводы, белки, триглицериды), которые в дальнейшем могут быть преобразованы в продукты с добавленной стоимостью. Ключевой характеристикой биоперерабатывающих заводов является валоризация и переработка/переработка отходов, таких как сельскохозяйственные, городские и промышленные отходы, путем преобразования бесполезной биомассы в ценные материалы.

Биоперерабатывающие заводы с ультразвуковой интенсификацией

Благодаря интеграции ультразвуковой технологии многие процессы, такие как экстракция, разложение, дезактивация, переэтерификация и многие другие, могут быть выполнены значительно более эффективно. Ультразвуковая интенсификация процессов на биоперерабатывающем заводе направлена главным образом на повышение производительности, повышение эффективности процессов по времени и энергии, а также на повышение чистоты и качества конечного продукта. Ультразвуковая обработка может способствовать различным процессам биоочистки.

Как работает ультразвуковая обработка? – Принцип работы ультразвука

Для высокопроизводительной ультразвуковой обработки высокоинтенсивный низкочастотный ультразвук генерируется ультразвуковым генератором и передается через ультразвуковой зонд (сонотрод в жидкость). Ультразвуком высокой мощности считается ультразвук в диапазоне 16-30 кГц. Ультразвуковой зонд расширяется и сжимается, например, на частоте 20 кГц, тем самым передавая в среду соответственно 20 000 колебаний в секунду. Когда ультразвуковые волны проходят через жидкость, чередующиеся циклы высокого давления (сжатие) и низкого давления (разрежение или расширение) создают мельчайшие вакуумные пузырьки или полости, которые растут в течение нескольких циклов давления. Во время фазы сжатия жидкости и пузырьков давление положительное, в то время как в фазе разрежения образуется вакуум (отрицательное давление). Во время циклов сжатия-расширения полости в жидкости растут до тех пор, пока не достигнут размера, при котором они не смогут поглощать больше энергии. В этот момент они яростно взрываются. Имплозия этих полостей приводит к различным высокоэнергетическим эффектам, которые известны как явление акустической/ультразвуковой кавитации. Акустическая кавитация характеризуется разнообразными высокоэнергетическими эффектами, которые воздействуют на жидкости, твердые и жидкие системы, а также газожидкостные системы. Энергоемкая зона или кавитационная зона известна как так называемая зона горячих точек, которая наиболее энергоемка в непосредственной близости от ультразвукового зонда и уменьшается с увеличением расстояния от сонотрода. На рисунке слева показана интенсивная кавитация на ультразвуковом зонде мощностью 1 кВт в воде. К основным характеристикам ультразвуковой кавитации относятся локально возникающие очень высокие температуры и давления и соответствующие дифференциалы, турбулентность и потоки жидкости. Во время имплозии ультразвуковых полостей в ультразвуковых горячих точках могут измеряться температуры до 5000 Кельвинов, давления до 200 атмосфер и струи жидкости со скоростью до 1000 км/ч. Эти выдающиеся энергоемкие условия способствуют сономеханическим и сонохимическим эффектам, которые интенсифицируют биомассу и химические системы различными способами.
Основное воздействие ультарсонизации на биомассу обусловлено следующими эффектами:

• Высокий сдвиг: Ультразвуковые силы большого сдвига разрушают жидкости и системы жидкость-твердое тело, вызывая интенсивное перемешивание, гомогенизацию и массоперенос.
• Удар: Струи жидкости и потоки, создаваемые ультразвуковой кавитацией, ускоряют твердые тела в жидкостях, что впоследствии приводит к межпартийным столкновениям. Когда частицы сталкиваются на очень высоких скоростях, они разрушаются, разрушаются, измельчаются и диспергируются тонко, часто вплоть до наноразмера. Для биологических веществ, таких как растительные ткани и биологические отходы, высокоскоростные струи жидкости и циклы переменного давления разрушают клеточные стенки и высвобождают внутриклеточный материал. Это приводит к высокоэффективной экстракции биологически активных соединений и однородному перемешиванию биомассы.
• Агитация: Ультразвуковое воздействие вызывает интенсивные турбулентности, сдвиговые силы и микродвижения в жидкости или суспензии. Таким образом, ультразвук всегда интенсифицирует массоперенос и тем самым ускоряет реакции и процессы.

Высокопроизводительные ультразвуковые процессоры для биоперерабатывающих заводов

Hielscher Ultrasonic производит и распространяет ультразвуковые смесители с большими сдвиговыми усилиями для высокопроизводительных применений, таких как гомогенизация, смешивание, разрушение клеток, дезактивация, экстракция, диспергирование, дегазация и инициирование химических реакций. Ультразвуковые реакторы внедряются на биоперерабатывающих заводах по всему миру с целью повышения эффективности, выхода и коэффициента конверсии различных процессов.
Высокопроизводительное ультразвуковое оборудование для процессов биопереработки легко доступно для настольных, пилотных и промышленных установок. Поскольку ультразвуковые приложения, такие как экстракция, дезактивация, растворение, улучшение массообмена, гомогенизация и деаэрация, уже являются отработанными процессами, переход от первых испытаний, оптимизация к вашим конкретным технологическим требованиям и установка полностью промышленной системы ультразвуковой сепарации и/или выщелачивания происходит быстро и просто.
Hielscher Ultrasonics поставляет высокопроизводительные ультразвуковые аппараты любого размера и производительности. С UIP16000 (16 кВт) Hielscher производит самый мощный ультразвуковой процессор в мире. В UIP16000, как и во всех других промышленных ультразвуковых системах, можно легко кластеризовать до требуемой производительности. Все ультразвуковые аппараты Hielscher рассчитаны на работу в режиме 24/7 при полной нагрузке и в сложных условиях.

Ультразвуковые зонды и сонореакторы для любого объема

Ассортимент продукции Hielscher Ultrasonics охватывает весь спектр ультразвуковых процессоров от компактных лабораторных ультразвуковых аппаратов до настольных и пилотных систем до полностью промышленных ультразвуковых процессоров с производительностью обработки грузовых автомобилей в час. Полный ассортимент продукции позволяет нам предложить Вам наиболее подходящее ультразвуковое оборудование для Вашего применения, производственной мощности и производственных целей.

Точно контролируемые амплитуды для достижения оптимальных результатов

Все ультразвуковые процессоры Hielscher являются точно управляемыми и, следовательно, надежными рабочими лошадками в R&D и продакшн. Амплитуда является одним из важнейших параметров процесса, влияющих на эффективность и результативность сонохимических и сономеханически индуцированных реакций. Все ультразвуковые аппараты Hielscher’ Процессоры позволяют точно настраивать амплитуду. Сонотроды и бустерные рупоры – это аксессуары, которые позволяют изменять амплитуду в еще более широком диапазоне. Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher могут обеспечивать очень высокую амплитуду и необходимую интенсивность ультразвука для требовательных приложений. Амплитуды до 200 мкм могут легко работать непрерывно в режиме 24/7.
Точная настройка амплитуды и постоянный мониторинг параметров ультразвукового процесса с помощью интеллектуального программного обеспечения дают возможность перерабатывать биомассу в наиболее эффективных ультразвуковых условиях. Оптимальная ультразвук для наиболее эффективной переработки биомассы!
Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях эксплуатации и в сложных условиях. Это делает ультразвуковое оборудование Hielscher надежным рабочим инструментом, отвечающим вашим требованиям к процессу биоочистки.

Высочайшее качество – Разработано и произведено в Германии

Будучи семейным предприятием, Hielscher отдает приоритет высочайшим стандартам качества своих ультразвуковых процессоров. Все ультразвуковые аппараты спроектированы, изготовлены и тщательно протестированы в нашем головном офисе в Тельтове недалеко от Берлина, Германия. Прочность и надежность ультразвукового оборудования Hielscher делают его рабочей лошадкой на вашем производстве. Работа в режиме 24/7 при полной нагрузке и в сложных условиях является естественной характеристикой высокопроизводительных ультразвуковых зондов и реакторов Hilcher. Наша квалифицированная команда готова помочь вам знаниями о процессах, обучением и поддержкой.

В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов: