MultiPhaseCavitator-Insert для ультразвуковой проточной ячейки
Вставка MultiPhaseCavitator Insert (InsertMPC48) предназначена для улучшения ультразвуковой обработки жидкостей/жидкостей или жидкостей/газов. 48 очень тонких канюль впрыскивают жидкость или газ в жидкую фазу прямо в зоне кавитации. При этом образуются очень мелкие взвешенные капли или пузырьки газа, что дает очень большую удельную поверхность.
Эта вставка особенно полезна для химии эмульсии, например, для реакций фазового переноса, Фазовый трансфер-катализ (PTC) или жидкостная экстракция. Еще одной интересной областью применения является осаждение частиц из двух жидких прекурсоров или сонокристаллизация. Эта вставка предназначена для реакторов с проточной ячейкой Хильшера и позволяет выполнять периодическую или непрерывную обработку.
Один и 48 инъекционных портов
Ультразвук является эффективным средством для эмульгирования и перемешивания. В отличие от традиционной конфигурации, в которой отдельные фазы объединяются перед подачей в проточную ячейку и кавитацию, эта вставка проточной ячейки улучшает комбинацию двух фаз. Когда жидкость вводится через 48 тонких канюль, она поступает в проточную ячейку очень узкими нитями. Во вставке используется очень 48 тонких медицинских канюль с внутренним диаметром от 0,3 мм до 1,2 мм. Эти канюли легко заменяются и являются недорогим расходным материалом (стерильные, около 2 карат/шт). Ультразвуковая кавитация (на частоте 20 кГц) разрезает 48 поступающих жидкостных нитей на мелкие капли, когда они входят в жидкую фазу в проточной ячейке.
Конструкция применяет одинаковое давление подачи от одной подачи ко всем 48 канюлям для выравнивания потока между канюлями.
Использование и применение
Ультразвуковые реакторы Хильшера часто используются для эмульгирования, улучшения кинетики процесса фазового переноса или скорости растворения в системах жидкость-жидкость. Примерами таких процессов являются окислительная десульфуризация перекисью водорода и последующая экстракция растворителем или катализируемая основаниями переэтерификация триглицеридов.
Ограниченная растворимость одной фазы реагента в другой фазе реагента является существенной проблемой в химии эмульсии процесса, так как обе фазы реагируют друг с другом только в межфазной фазе. Без ультразвука это приводит к низкой скорости реакции и медленной кинетике преобразования в двухфазных системах.
При использовании вставки с ультразвуковым реактором кавитация создает высокий гидравлический сдвиг и разбивает впрыскиваемую фазу на субмикронные и наноразмерные капли. Поскольку удельная площадь поверхности фазовой границы влияет на скорость химической реакции, это значительное уменьшение диаметра капель улучшает кинетику реакции и может уменьшить или устранить потребность в агентах для переноса фаз. Объемный процент впрыскиваемой фазы может быть снижен, поскольку более мелкие эмульсии требуют меньшего объема для обеспечения такой же контактной поверхности с другой фазой реагента.
Использование этой вставки может снизить необходимое количество катализаторов амфифильной эмульсии или Катализаторы с фазовым переходом (PTC), такие как четвертичные аммониевые соли с их уникальной способностью растворяться как в водных, так и в органических жидкостях.
Улучшенный массоперенос для химических реакций
Когда две фазы реагента реагируют на границе фаз, продукты реакции накапливаются на поверхности капли и блокируют взаимодействие фаз реагента на границе раздела. Гидравлический сдвиг, вызванный ультразвуковой кавитацией, приводит к турбулентному потоку и переносу материала от капельных поверхностей и к ним, а также к повторному слиянию и последующему образованию новых капель. По мере того, как реакция прогрессирует с течением времени, ультразвуковая обработка максимизирует воздействие и взаимодействие реагентов.
Этот эффект используется во многих процессах, таких как переэтерификация растительных масел в биодизельное топливо или синтез сложных полиэфиров путем переэтерификации диэфиров диолами с образованием макромолекул.
Эмульгирование / Эмульгирование
Эта вставка проточной ячейки улучшает эмульгирование при смешивании несмешивающихся жидкостей. Это приводит к меньшим размерам капель и более узкому распределению по размерам – ключевой фактор для стабильности эмульсии. С помощью этой конструкции вы можете впрыскивать и эмульгировать жидкости с низкой и средней вязкостью даже в жидкости с высокой вязкостью, такие как тяжелое топливо (HFO), полимеры или гели. Для некоторых составов может потребоваться добавление эмульгаторов или стабилизаторов. В этом случае помогает равномерно перемешать эмульгатор. Индивидуальные конструкции для инъекций более чем в одну фазу с помощью канюль доступны по запросу.
жидкостно-жидкостная экстракция
Эта вставка ускоряет процессы экстракции жидкость-жидкость за счет создания турбулентной эмульсии мелкого размера, например, из фазы растворителя в масляной фазе. Опять же, это увеличивает поверхность фазового контакта и приводит к лучшей экстракции и снижению использования растворителя.
Водное топливо для более чистого сгорания
Низкосортные мазуты, такие как тяжелое топливо, используемое на морских судах или для производства электроэнергии, могут быть эмульгированы водой. Это приводит к более эффективному сгоранию и значительному снижению уровня оксида азотаx выбросы и сажа.
Узнайте больше об ультразвуковом эмульгировании акватоплива (эмульсионного топлива)!
Осаждение / Сонокристаллизация
Пигменты или наночастицы могут образовываться снизу вверх в результате осаждения в жидкостях. В этом случае пересыщенная смесь начинает образовывать твердые частицы или кристаллы из высококонцентрированного материала. Эти частицы будут расти до определенного момента и, в конечном итоге, выпадать в осадок. Для контроля размера и морфологии частиц/кристаллов необходимо контролировать смешивание прекурсора/реагента.
В целом, процесс осаждения включает в себя: перемешивание, пересыщение, зарождение, рост частиц и агломерацию. Последнего можно избежать за счет низкой концентрации твердых частиц или стабилизирующих агентов. Смешивание имеет решающее значение; Как и для большинства процессов осаждения, скорость реакции очень высока. InsertMPC48 сочетает в себе быстрые узкие впрыскиваемые струи с сильным ультразвуковым кавитационным сдвигом. Это максимизирует скорость и производительность смешивания, создавая больше и меньше частиц.
От лабораторных испытаний до опытного масштаба и производства
Hielscher Ultrasonics предлагает оборудование для тестирования, проверки и использования этой технологии в любом масштабе. Эту концепцию легко внедрить в существующие процессы.
- Подайте фазу A в отверстие для входа жидкости в нижней части проточной ячейки
- Подайте фазу B в небольшие отверстия для входа жидкости сбоку от проточной ячейки. Эта подача будет вводиться в кавитационную область через 48 тонких труб
- Регулировка давления в реакторе с помощью клапана обратного давления на выходном отверстии проточной камеры
На настольном уровне УИП1000HD (1 кВт) может обрабатывать расход от 100 до 1000 л/ч (от 25 до 250 галлонов/ч) для демонстрации процесса и оптимизации параметров ультразвука. Ультразвуковые процессоры Hielscher предназначены для линейного масштабирования до больших объемов обработки в пилотном или производственном масштабе. В таблице ниже указаны объемы обработки и рекомендуемые размеры оборудования.
Объем партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
---|---|---|
0.2Л | 0.25 до 2м3/час | УИП1000HD, УИП2000хд |
0.2Л | от 1 до 8 м3/час | UIP4000 |
н.а. | от 4 до 30 м3/час | UIP16000 |
н.а. | выше 30 м3/час | Кластер UIP10000 или UIP16000 |