Učinkovite biorafinerije z ultrazvočnim intenziviranjem procesov
Ultrasonication je tehnika intenziviranja procesov, ki se izvaja v različnih procesih v biorafinerijah. Tipični procesi, ki imajo veliko koristi od ultrazvočne obdelave, so ekstrakcija, počasne heterogene reakcije in druge aplikacije, ki vključujejo intenzivno mešanje, homogenizacijo in razprševanje. Ultrasonication pospešuje procese in reakcije ter jih naredi učinkovitejše. Rezultati ultrazvočno promoviranih procesov so višji donosi/izhodi in višje stopnje konverzije.
Kaj so biorafinerije?
Biorafinerija je proizvodni obrat, ki združuje postopke pretvorbe biomase in opremo za predelavo za proizvodnjo goriv, energije in drugih koristnih proizvodov, kot so kemikalije iz surovine iz biomase. Tipična biomasa, predelana v biorafinerijah, vključuje surovine, kot so kmetijski odpadki in stranski proizvodi, ki se reciklirajo v različne proizvode na biološki osnovi z dodano vrednostjo, npr. hrano, krmo, kemikalije, bioenergijo (biogoriva, električna energija in/ali toplota). Proizvodni procesi biorafinerije naj bi bili trajnostni in okolju prijazni. Podobno kot običajne rafinerije lahko biorafinerije zagotovijo več kemikalij z frakcioniranjem začetne surovine (biomase) v več vmesnih izdelkov (ogljikovih hidratov, beljakovin, trigliceridov), ki jih je mogoče nadalje pretvoriti v proizvode z dodano vrednostjo. Ključna značilnost biorafinerij je valorizacija in recikliranje/recikliranje odpadkov, kot so kmetijski, mestni in industrijski odpadki, s pretvorbo neuporabne biomase v dragocene materiale.
Ultrazvočno intenzivirane biorafinerije
Z integracijo ultrasonication se lahko številni procesi, kot so ekstrakcija, prebava, razpad, transesterifikacija med mnogimi drugimi, izvajajo bistveno bolj učinkovito. Ultrazvočna intenzifikacija procesa v biorafineriji je namenjena predvsem izboljšanju donosa, povečanju časovne in energetske učinkovitosti procesov ter izboljšanju čistosti in kakovosti končnega izdelka. Ultrasonication lahko prispeva k različnim procesom biorafinerije.
Ultrazvočna ekstrakcija in homogenizacija zelene biomase za sproščanje in izolacijo dragocenih spojin
Kako deluje ultrazvočno? – Načelo delovanja ultrazvoka
Za visoko zmogljivo ultrazvočno obdelavo ultrazvočni generator ustvarja visokointenzivni, nizkofrekvenčni ultrazvok in ga prenaša z ultrazvočno sondo (sonotrodira v tekočino. Ultrazvok visoke moči se šteje za ultrazvok v območju 16-30kHz. Ultrazvočna sonda se razširi in skrči, npr. pri 20 kHz, s čimer v medij prenaša 20.000 vibracij na sekundo. Ko ultrazvočni valovi potujejo skozi tekočino, izmenični visokotlačni (kompresijski) / nizkotlačni (redčenje ali ekspanzija) cikli ustvarjajo majhne vakuumske mehurčke ali votline, ki rastejo v več tlačnih ciklih. Med fazo stiskanja tekočine in mehurčkov je tlak pozitiven, medtem ko faza redčenja proizvaja vakuum (negativni tlak). Med cikli stiskanja in ekspanzije votline v tekočini rastejo, dokler ne dosežejo velikosti, pri kateri ne morejo absorbirati več energije. Na tej točki nasilno implodirajo. Implozija teh votline ima za posledico različne visoko energijske učinke, ki so znani kot pojav akustične / ultrazvočne kavitacije. Za akustično kavitacijo so značilni številni visoko energijski učinki, ki vplivajo na tekočine, sisteme trdne / tekočine in sisteme plin/tekočina. Energetsko gosto območje ali kavitacijsko območje je znano kot tako imenovano območje vročih točk, ki je najbolj energijsko gosto v neposredni bližini ultrazvočne sonde in se zmanjšuje z naraščajočo oddaljenostjo od sonotrode. Na levi sliki je prikazana intenzivna kavitacija na 1kW ultrazvočni sondi v vodi. Glavne značilnosti ultrazvočne kavitacije vključujejo lokalno pojavljajoče se zelo visoke temperature in tlake ter ustrezne razlike, turbulence in pretok tekočine. Med implozijo ultrazvočnih votlin v ultrazvočnih vročih točkah se lahko merijo temperature do 5000 Kelvinov, tlaki do 200 atmosfer in tekoči curki do 1000 km / h. Ti izjemni energetsko intenzivni pogoji prispevajo k sonomehanskim in sonokemičnim učinkom, ki na različne načine intenzivirajo biomaso in kemične sisteme.
Glavni vpliv ultarsonacije na biomaso je posledica naslednjih učinkov:
- Visoko striženje: Ultrazvočne strižne sile motijo tekočine in sisteme tekočina-trdna snov, kar povzroča intenzivno mešanje, homogenizacijo in prenos mase.
- Vpliv: Tekoči curki in pretakanje, ki ga ustvarja ultrazvočna kavitacija, pospešujejo trdne snovi v tekočinah, kar posledično vodi do interpartikulularnega trka. Ko delci trčijo pri zelo visokih hitrostih, erodirajo, razbijejo in se fino zmeljejo in razpršijo, pogosto do nanovelikosti. Za biološke snovi, kot so rastlinsko tkivo in biološki odpadki, tekočinski curki visoke hitrosti in izmenični tlačni cikli motijo celične stene in sproščajo znotrajcelični material. To ima za posledico visoko učinkovito ekstrakcijo bioaktivnih spojin in homogeno mešanje biomase.
- Vznemirjenost: Ultrasonication povzroča intenzivne turbulence, strižne sile in mikro gibanje v tekočini ali gnojevki. S tem ultrazvočno razbijanje vedno okrepi prenos mase in s tem pospeši reakcije in procese.
Visoko zmogljiva ultrazvok je tehnika, ki intenzivira procese, ki se uporablja v več industrijah. Ultrasonication se uporablja za obdelavo tekočin in gnojevk za mešanje in homogenizacijo, spodbujanje prenosa mase, ekstrakcijo spojin in / ali sprožitev kemijskih reakcij.
Pogoste uporabe ultrazvočne razdvojbe v biorafinerijah so:
- Proizvodnja bioetanola
- ekstrakcija dragocenih spojin iz biomase (npr. beljakovin, pektinov, škrobov itd.)
- sinteza biodizla iz izrabljenih rastlinskih olj in živalskih maščob
- Biodizel iz olja iz alg
- Zdravljenje z lignocelulozo
- modifikacija škroba
UIP4000hdT – 4kW ultrazvočni sistem za neprekinjeno ultrazvočno razbijanje gnojevk
Visoko zmogljivi ultrazvočni procesorji za biorafinerije
Hielscher Ultrasonic proizvaja in distribuira ultrazvočne mešalnike z visoko strižnostjo za visoko zmogljive aplikacije, kot so homogenizacija, mešanje, motnje celic, razpad, ekstrakcija, disperzija, razplinjevanje in sprožitev kemičnih reakcij. Ultrazvočni reaktorji se izvajajo v biorafinerijah po vsem svetu, da bi povečali učinkovitost, donos in stopnjo pretvorbe različnih procesov.
Visoko zmogljiva ultrazvočna oprema za biorafinerijske procese je na voljo za klopne, pilotne in industrijske instalacije. Ker so ultrazvočne aplikacije, kot so ekstrakcija, razpad, raztapljanje, izboljšanje prenosa mase, homogenizacija in odzračevanje, že uveljavljeni procesi, je prehod iz prvih poskusov, optimizacija na vaše specifične procesne zahteve in namestitev popolnoma industrijskega ultrazvočnega sistema za ločevanje in / ali izpiranje hiter in preprost.
Hielscher Ultrasonics dobavlja visoko zmogljive ultrazvočne aparate vseh velikosti in zmogljivosti. Z UIP16000 (16kW) Hielscher proizvaja najmočnejši ultrazvočni procesor na svetu. UIP16000 kot tudi vsi drugi industrijski ultrazvočni sistemi se lahko enostavno združijo na zahtevano zmogljivost obdelave. Vsi Hielscher ultrazvočni aparati so izdelani za 24/7 delovanje pri polni obremenitvi in v zahtevnih okoljih.
Ultrazvočne sonde in sono-reaktorji za poljuben volumen
Paleta izdelkov Hielscher Ultrasonics zajema celoten spekter ultrazvočnih procesorjev od kompaktnih laboratorijskih ultrazvočnih naprav preko namiznih in pilotnih sistemov do popolnoma industrijskih ultrazvočnih procesorjev z zmogljivostjo obdelave tovornjakov na uro. Celotna paleta izdelkov nam omogoča, da vam ponudimo najprimernejšo ultrazvočno opremo za vašo aplikacijo, procesno zmogljivost in proizvodne cilje.
Natančno nadzorovane amplitude za optimalne rezultate
Vsi Hielscher ultrazvočni procesorji so natančno nadzorovani in s tem zanesljivi delovni konji v R&D in produkcija. Amplituda je eden ključnih procesnih parametrov, ki vplivajo na učinkovitost in uspešnost sonokemično in sonomahansko povzročenih reakcij. Vsi Hielscher ultrazvočni’ Procesorji omogočajo natančno nastavitev amplitude. Sonotrode in pospeševalni rogovi so dodatki, ki omogočajo spreminjanje amplitude v še širšem obsegu. Hielscherjevi industrijski ultrazvočni procesorji lahko zagotovijo zelo visoke amplitude in zagotovijo zahtevano ultrazvočno intenzivnost za zahtevne aplikacije. Amplitude do 200 μm se lahko enostavno neprekinjeno izvajajo v 24/7 delovanju.
Natančne nastavitve amplitude in stalno spremljanje ultrazvočnih procesnih parametrov s pametno programsko opremo vam omogočajo obdelavo biomase v najučinkovitejših ultrazvočnih pogojih. Optimalna ultrazvočna obdelava za najučinkovitejše recikliranje biomase!
Robustnost Hielscherjeve ultrazvočne opreme omogoča 24/7 delovanje pri težkih obremenitvah in v zahtevnih okoljih. Zaradi tega je Hielscherjeva ultrazvočna oprema zanesljivo delovno orodje, ki izpolnjuje vaše zahteve procesa biorafiniranja.
Najvišja kakovost – Zasnovano in izdelano v Nemčiji
Kot družinsko in družinsko podjetje Hielscher daje prednost najvišjim standardom kakovosti za svoje ultrazvočne procesorje. Vsi ultrazvočni aparati so zasnovani, izdelani in temeljito preizkušeni na našem sedežu v Teltowu blizu Berlina v Nemčiji. Robustnost in zanesljivost Hielscherjeve ultrazvočne opreme je delovni konj v vaši proizvodnji. 24/7 delovanje pri polni obremenitvi in v zahtevnih okoljih je naravna značilnost Hielscherjevih visoko zmogljivih ultrazvočnih sond in reaktorjev. Naša usposobljena ekipa vam je pripravljena pomagati s procesnim znanjem, usposabljanjem in podporo.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:
| Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 00,2 do 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Večji | Grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje za mešanje, disperzijo, emulgacijo in ekstrakcijo v laboratorijski, pilotni in industrijski ravni.
Literatura / Reference
- García, A., González Alriols, M., Wukovits, W. et al. (2014): Assessment of biorefinery process intensification by ultrasound technology. Clean Techn Environ Policy 16, 1403–1410 (2014).
- Velmuruga, Rajendran; Muthukumar, Karuppan (2011): Utilization of sugarcane bagasse for bioethanol production: Sono-assisted acid hydrolysis approach. Bioresource Technology Vol. 102, Issue 14; 2011. 7119-7123.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.