Ультразвуковые проточные реакторы – конструкция, применение и преимущества

Ультразвуковые реакторы позволяют непрерывно обрабатывать жидкости и суспензии в потоке с помощью мощных ультразвуковых волн. Ультразвуковые реакторы используются для гомогенизации, смешивания, эмульгирования, диспергирования, экстракции, разрушения клеток, пастеризации, дегазации, растворения и интенсификации химических реакций, таких как синтез или катализ. Узнайте больше о технологии ультразвуковых реакторов и о том, какую пользу обработка ультразвуком может принести вашему процессу!

Для чего используются проточные ячейки в процессах обработки ультразвуком?

Проточная ячейка, также называемая ячейкой со сквозным потоком или проточным реактором, представляет собой устройство, используемое в различных научных и инженерных приложениях для осуществления непрерывных проточных процессов. Проточные ячейки широко применяются в процессах обработки ультразвуком, особенно при обработке больших объёмов мощным ультразвуком. Ультразвуковая проточная ячейка или сонохимический реактор представляет собой специализированную камеру или ячейку, предназначенную для прохождения через неё жидкости или суспензий с одновременной обработкой ультразвуком.

Проточные ячейки широко используются в таких областях, как смешивание и гомогенизация, химия, биология, электрохимия и биотехнология. Они имеют ряд преимуществ перед периодическими процессами, включая более равномерную обработку ультразвуком, более эффективное управление, улучшенную кинетику реакций, эффективный массоперенос и возможность эффективной интеграции обработки ультразвуком в поточный производственный процесс.

Промышленный ультразвуковой гомогенизатор с реактором с проточной ячейкой

MultiSonoReactor MSR-4 – промышленный проточный реактор для промышленной гомогенизации жидкостей с высокой производительностью.

Применение ультразвуковых проточных ячеек и сонохимических реакторов

Ультразвуковые реакторы Hielscher могут быть полезны для широкого спектра химических реакций, протекающих на границах раздела фаз жидкость–твёрдое тело, жидкость–жидкость или жидкость–газ. Вот некоторые примеры реакций, которые можно интенсифицировать с помощью ультразвуковых реакторов:

Гомогенизация эмульсий: ультразвуковые реакторы могут способствовать измельчению и диспергированию частиц в эмульсиях, что приводит к получению более стабильных и однородных продуктов.
Кристаллизация: Ультразвуковое облучение может вызывать кристаллизацию в растворах, приводя к образованию мелких и однородных кристаллов высокой чистоты.
Дегазация: Ультразвуковое облучение можно использовать для удаления растворённых газов из жидкостей, что может улучшить качество и стабильность продуктов.
Экстракция: Ультразвуковые реакторы могут повышать эффективность процессов экстракции, способствуя диффузии растворённых веществ через мембраны или границы раздела фаз.
Полимеризация: Ультразвуковое облучение может способствовать инициированию и развитию реакций полимеризации, повышая скорость реакций и молекулярную массу.
Синтез наночастиц: Ультразвуковые реакторы можно использовать для синтеза наночастиц с контролируемыми размером, формой и свойствами поверхности.
Сонокатализ: Ультразвуковое облучение может повышать каталитическую активность определённых материалов, увеличивая скорость реакций и улучшая селективность.

Ультразвуковой аппарат UIP6000hdT с ультразвуковым реактором с проточной ячейкой и звукоизолирующим шкафом для промышленных процессов с высокой производительностью.

Промышленный ультразвуковой аппарат UIP6000hdT с ультразвуковым реактором с проточной ячейкой и звукоизолирующим шкафом.

Изменение цвета под действием кавитации с ультразвуковым аппаратом UP400St

Продуманная конструкция ультразвуковых реакторов для превосходных результатов процесса

При выборе проточных реакторов для обработки жидкостей следует учитывать несколько важных факторов. Ультразвуковые реакторы Hielscher проектируются и изготавливаются. Эти факторы могут различаться в зависимости от конкретного применения и требований, но вот некоторые важные аспекты:

Конструкция реактора: Конструкция самого реактора – один из наиболее значимых факторов успешной ультразвуковой обработки в потоке. Необходимо учитывать такие факторы, как размер, геометрия, положение сонотрода и материал изготовления, чтобы обеспечить совместимость с обрабатываемой ультразвуком жидкостью, а также требуемые условия реакции (например, интенсивность ультразвука, температуру, давление).

Смешивание и перемешивание: Обработка ультразвуком обеспечивает высокоэффективное микросмешивание. Для более крупных ёмкостных реакторов дополнительное смешивание и перемешивание может быть полезно для обеспечения хорошего макросмешивания. Лопастной смеситель или импеллер способствует оптимальному массопереносу, поскольку весь материал перемещается в зону ультразвуковой кавитации. Поэтому конструкция реакторов Hielscher позволяет встраивать устройства для макросмешивания, такие как импеллеры или мешалки.

Время пребывания: Время пребывания в сонохимическом реакторе, то есть время, которое жидкость проводит внутри реактора, является критически важным параметром: это время, в течение которого материал подвергается воздействию ультразвуковых колебаний, кавитации и сдвиговых сил. Оно влияет на степень протекания реакции и производительность процесса. Ультразвуковые реакторы Hielscher спроектированы так, чтобы можно было легко и надёжно контролировать и регулировать требуемое время пребывания, поддерживая подходящий расход.

Регулирование температуры: Для многих материалов и реакций точное регулирование температуры имеет существенное значение. Поэтому ультразвуковые реакторы Hielscher оснащены средствами для регулирования и поддержания требуемой температуры. Это достигается различными способами, например с помощью рубашки или внешних систем нагрева/охлаждения.

Регулирование давления: Некоторые реакции протекают эффективнее при определённых условиях давления. В целом эффекты обработки ультразвуком усиливаются при повышенном давлении. Реактор должен обеспечивать безопасную и эффективную работу в требуемом диапазоне давления. Разумеется, Hielscher предлагает для своих ультразвуковых реакторов механизмы регулирования давления, такие как сбросные клапаны или регуляторы давления.

Аспекты безопасности: Простота эксплуатации и безопасность имеют первостепенное значение при проектировании реакторов. В соответствии с промышленными стандартами и высочайшими требованиями к безопасности ультразвуковые реакторы Hielscher проектируются и эксплуатируются с соответствующими средствами обеспечения безопасности, такими как предохранительные клапаны сброса давления, системы мониторинга давления и температуры, автоматическая регистрация данных и, при необходимости, возможность продувки инертным газом.

Возможность масштабирования: Если в будущем ожидается увеличение потребности в обработке жидкостей, важно учитывать возможность масштабирования реактора. Ультразвуковые реакторы Hielscher спроектированы для простого масштабирования, позволяющего увеличивать объёмы производства при сохранении эффективности процесса.

Техническое обслуживание и удобство очистки: Сонохимические реакторы Hielscher очень прочны и спроектированы для удобства технического обслуживания, осмотра и очистки. Гладкие внутренние поверхности, доступные и быстроразъёмные соединения, а также возможность эффективного слива и функция безразборной мойки (CIP) помогают свести к минимуму время простоя и обеспечить надлежащую гигиену.

Совместимость и коррозионная стойкость: Учитывая совместимость материалов реактора с обрабатываемой жидкостью, Hielscher предлагает сонохимические реакторы, изготовленные по индивидуальным требованиям. Химическая совместимость имеет решающее значение для предотвращения коррозии, загрязнения или нежелательных реакций.

Мониторинг и управление процессом: Использование датчиков давления и температуры, регулируемой подачи и скорости прохождения потока, соответствующих устройств мониторинга, а также автоматической регистрации данных об условиях ультразвукового процесса обеспечивает получение данных о критически важных параметрах процесса в реальном времени. Эта информация позволяет обеспечить высочайший уровень управления процессом, его оптимизации и стандартизации.

Интеграция с технологическим оборудованием: Ультразвуковые реакторы Hielscher можно легко и удобно интегрировать в общую систему обработки жидкостей. Совместимость и надлежащие соединения с оборудованием до и после реактора, таким как насосы, фильтры, теплообменники и устройства сбора/хранения продукта, можно легко обеспечить и впоследствии адаптировать к изменениям производственной линии.

Проточный ультразвуковой аппарат Hielscher UIP4000hdT с проточной ячейкой для процессов гомогенизации и смешивания в потоке

Промышленный ультразвуковой гомогенизатор UIP4000hdT мощностью 4kW с проточным реактором для смешивания и гомогенизации в потоке

Ультразвуковые аппараты и сонохимические реакторы для непрерывных проточных процессов

Hielscher Ultrasonics предлагает высокопроизводительные ультразвуковые аппараты и ультразвуковые реакторы для обработки жидкостей в любом масштабе.

Проектирование, производство и консультирование – качество, произведённое в Германии

Ультразвуковые аппараты и сонохимические реакторы Hielscher широко известны своим высочайшим качеством и стандартами проектирования. Прочность и простота эксплуатации позволяют без затруднений интегрировать наши ультразвуковые аппараты и ультразвуковые проточные ячейки в промышленные установки. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями эксплуатации и сложными рабочими средами.

Hielscher Ultrasonics – компания, сертифицированная по ISO, которая уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, отличающимся самыми современными технологиями и удобством использования. Разумеется, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и требованиям UL, CSA и RoHs.

В приведённой ниже таблице указана приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:

Объём партии	Расход	Рекомендуемые устройства
от 0,5 до 1,5mL	n.a.	VialTweeter
от 1 до 500mL	от 10 до 200mL/min	UP100H
от 10 до 2000mL	от 20 до 400mL/min	UP200Ht, UP400St
от 0,1 до 20L	от 0,2 до 4L/min	UIP2000hdT
от 10 до 100L	от 2 до 10L/min	UIP4000hdT
от 15 до 150L	от 3 до 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	от 10 до 100L/min	UIP16000
n.a.	больше	группа аппаратов UIP16000

Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопрос!

Ультразвуковые гомогенизаторы с высокими сдвиговыми усилиями используются для лабораторной, настольной, пилотной и промышленной обработки.

Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы для смешивания, диспергирования, эмульгирования и экстракции в лабораторном, пилотном и промышленном масштабе.

Связанные темы

Литература / Источники

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.

Высокопроизводительная ультразвуковая техника! Ассортимент продукции Hielscher охватывает весь спектр – от компактного лабораторного ультразвукового аппарата и настольных устройств до полноценных промышленных ультразвуковых систем.

Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы от лабораторного до промышленного масштаба.