Ультразвуковые реакторы Hielscher используются во многих отраслях промышленности для содействия и улучшения процесса каталитической экстракции (CEP) или так называемой экстракции фазового переноса (PTE). Каталитическая экстракция включает гетерогенную несмешиваемую фазовую систему, такую ​​как жидкость-жидкость или жидкость-твердое вещество. Ультразвуковые сильные сдвиговые и кавитационные силы улучшают скорость растворения растворенных веществ, что приводит к более быстрой и полной экстракции. Кроме того, этот эффект можно использовать для уменьшения количества используемого растворителя или кислоты. В качестве проверенной методики экстракция с использованием ультразвука используется все чаще из-за растущего спроса на экологически чистые методы извлечения с сокращенным временем экстракции и снижением потребления органического растворителя.

Принцип ультразвуковой активации каталитической экстракции

Для экстракции вещества несмешивающиеся фазы должны быть смешаны, так что экстрагируемое вещество может быть растворено из фазы носителя в фазу растворителя. Чаще всего экстракты переноса фазы осуществляются из дисперсной фазы в непрерывную фазу, что означает, что капли и частицы должны быть однородно диспергированы в растворителе.
Ультразвук мощности - это хорошо известная технология смешивания и экстракции, которая имеет несколько положительных эффектов на процесс экстракции:

Преимущества ультразвуковой экстракции:

• разбить пограничные слои
• преодолеть силы Ван-дер-Ваальса
• перемещать ненасыщенную жидкость на поверхность контакта
• уменьшить или устранить потребность в агентах переноса
• уменьшить время, температуру и / или концентрацию
• меньше избытка по сравнению с объемом, необходимым для полной насыщенности
• меньше объема, подлежащего очистке (например, путем дистилляции, выпаривания, сушки)
• без непрерывно перемешиваемых реакторов (CSR)
• экономить энергию
• нет пакетной обработки, но встроенная обработка
• использовать менее кислотный или более дешевый растворитель
• избегайте использования растворителей, используйте вместо этого
• процессы с высоким содержанием твердых веществ или суспензии с высокой вязкостью
• экологически чистая обработка: экологичность
• используют органические кислоты, такие как яблочная кислота или лимонная кислота
• избегать многоступенчатых процессов экстракции

Жидкостно-жидкостная экстракция

Обычный процесс: Жидкостно-жидкостная экстракция представляет собой метод разделения для извлечения веществ из одной жидкой фазы в другую жидкую фазу на основе относительной растворимости веществ в двух разных несмешиваемых жидких фазах. Использование ультразвука улучшает скорость, с которой растворенное вещество переносится между двумя фазами с высокой производительностью смешивание, ЭМУЛЬГИРУЮЩЕЕ, а также Растворение!
Жидкостно-жидкостная экстракция представляет собой метод разделения для выделения и концентрирования ценных компонентов из водного раствора с использованием органического растворителя. Жидкостно-жидкостная экстракция часто применяется, когда другие методы разделения (например, дистилляция) неэффективны. Жидкостно-жидкостная экстракция используется в фармацевтической & косметические (активные вещества, API, ароматизаторы), а также пищевая и сельскохозяйственная промышленность, для органической и неорганической химии, нефтехимической промышленности и гидрометаллургии.

Проблема: Общей проблемой является несмешиваемость жидких фаз (растворитель и разбавитель несмешиваемы), так что требуется надлежащий метод смешивания. Поскольку равномерное смешивание обеих жидких фаз способствует фазовому переносу между разбавителем и растворителем, необходим надежный способ диспергирования или эмульгирования. Чем мельче смесь и чем выше площадь контакта между обеими фазами, тем лучше может растворитель перемещаться из одной жидкой фазы в другую жидкую фазу. Обычные процессы экстракции в основном недостаточны для продвижения массопереноса, так что процесс экстракции происходит медленно и часто является неполным. Для улучшения экстракции часто используют избыточное количество растворителя, что делает процесс дорогостоящим и экологически опасным.

Решение: Ультразвуковая жидкостно-жидкостная экстракция отличается традиционными методами экстракции жидкости и жидкости в различных точках:
Усилитель мощности смешивает две или более жидкие фазы надежно и легко вместе. С помощью ультразвука капли могут быть уменьшены до наноразмера, так что мелкие микро- и наноэмульсии . Таким образом, генерируемые кавитационные силы способствуют массопереносу между жидкими фазами. Поскольку обработка ультразвуком может выполняться в непрерывной встроенной системе, большие объемы а также высоковязкие жидкости могут быть обработаны без проблем.
Но также микроизвержение, например, в аналитических целях, может быть улучшено также ультразвуком (например, микроэкстракция на основе ионной жидкости с ультразвуковой эмульсификацией).

Преимущества ультразвуковой экстракции:
Мощные ультразвуковые силы – генерируемый ультразвуком низкой частоты / высокой мощности – помогает

• изменить капли
• избегать агентов переноса эмульсии или амфифиллических катализаторов
• избегать использования детергентов или поверхностно-активных веществ
• избегать амфифиллических катализаторов, детергентов или поверхностно-активных веществ
• генерируют турбулентные нестабильные эмульсии без слоев поверхностно-активных веществ

Добыча твердых жидкостей

Целью экстракции твердых жидкостей или твердофазной экстракции (SPE) является разделение аналитов, которые растворяются или суспендируются в жидкой смеси, и выделяют их из матрицы в соответствии с их физическими и химическими свойствами. Следовательно, изолят элюируется из сорбенса с помощью подходящего растворителя. Выделенное вещество называется элюированием.
Обычными методами SPE являются мацерация, извлечение сокслетов, перколяция, сочетание дефлегмации и паровой дистилляции или высокоскоростное смешивание / турбоэкстракция. Твердо-жидкая экстракция является обычной процедурой отделения соединений в биологии, химии, а также в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности. Добыча металлов также известна как выщелачивание.
Проблема: Обычные технологии SPE известны как отнимающие много времени и требуют относительно большого количества растворителей, которые в основном являются экологически опасными и загрязняют окружающую среду. Высокие температуры процесса могут даже привести к разрушению термочувствительных экстрактов.
Решение: С помощью ультразвуковой экстракции с твердой жидкостью обычно можно преодолеть общие проблемы традиционного SPE. Поскольку ультразвуковая обработка обеспечивает точное распределение твердых веществ в фазе растворителя, имеется большая граница раздела между сторонами, так что массовый перенос целевого вещества в растворитель улучшается. Это приводит к более быстрому и полному извлечению, в то время как использование растворителя снижается или полностью исключается (вместо этого используйте воду в качестве жидкой фазы). При применении мощного ультразвука твердофазная экстракция может быть выполнена более эффективно, экономично и безвредно для окружающей среды. Из-за уменьшения или исключения загрязняющих или опасных растворителей ультразвуковая экстракция может рассматриваться как экологически чистая зеленый процесс, Экономически затраты на процесс снижаются из-за экономии энергии, растворителя и времени.

Оборудование Hielscher для любой шкалы

Ультразвуковое исследование в лаборатории, скамейке и масштабах производства
Все ультразвуковые устройства Hielscher построены для работы 24 часа / 7д, даже ультразвуковые лабораторные гомогенизаторы могут обрабатывать значительные объемы либо в периодическом, либо в проточном режиме. Настольные и промышленные ультразвуковые приборы спроектированы и изготовлены в промышленном исполнении, так что можно без проблем обрабатывать большие объемы и высокую вязкость – даже в сложных условиях, таких как высокие давления и высокие температуры (например, в сочетании с сверхкритическим СО₂, для процессов экструзии и т. д.). Устойчивые ультразвуковые датчики Hielscher способны обрабатывать растворители, абразивные жидкости и коррозионные вещества. Подходящие аксессуары позволяют оптимально адаптировать ультразвуковую систему к требованиям процесса экстракции. Для установки во взрывоопасных средах, ATEX или FM взрывозащищенные ультразвуковые системы доступны.
Таким образом, надежные и мощные ультразвуковые системы Hielscher и широкий спектр аксессуары позволяет обрабатывать такие материалы, как горячая вода / жидкость, кислотность, расплавы металлов, солевые расплавы, растворители (например, метанол, гексан, органические, полярные растворители, например ацетонитрил).

Блок-схема: этапы экстракции ультразвукового фазового перехода