Večfazni kavitator-vložek za ultrazvočno pretočno celico

Večfazni kavitatorski vložek (InsertMPC48) je zasnovan za izboljšanje ultrazvočne obdelave mešanic tekočine / tekočine ali tekočine / plina. 48 zelo finih kanil vbrizga tekočino ali plin v tekočo fazo neposredno v kavitacijsko cono. To ustvarja zelo majhne suspendirane kapljice ali plinske mehurčke, ki dajejo zelo visoko specifično površino.

Ta vložek je še posebej uporaben za emulzijsko kemijo, kot so fazne reakcije, Fazni prenos-kataliza (PTC) ali ekstrakcija tekočina-tekočina. Drugo zanimivo področje uporabe je obarjanje delcev iz dveh tekočih predhodnikov ali sonokristalizacija. Ta vložek je zasnovan za reaktorje s pretočnimi celicami Hielscher in omogoča serijsko ali neprekinjeno obdelavo.

Ena in 48 injekcijskih odprtin

Ultrasonication je učinkovito sredstvo za emulgiranje in mešanje. Za razliko od običajne nastavitve, kjer se ločene faze združijo, preden vstopijo v pretočno celico in kavitacijo, ta vložek pretočne celice izboljša kombinacijo obeh faz. Ko se tekočina injicira skozi 48 finih kanil, vstopi v pretočno celico v zelo ozkih pramenih. Vložek uporablja zelo 48 finih medicinskih kanil z notranjim premerom od 0,3 mm do 1,2 mm. Te kanile je mogoče enostavno zamenjati in so poceni potrošni material (sterilni, približno 2ct/kos). Ultrazvočna kavitacija (pri 20kHz) razreže 48 vhodnih tekočih verig v majhne kapljice, ko vstopijo v tekočo fazo v pretočni celici.
Zasnova uporablja enak napajalni tlak iz enega dovoda na vseh 48 kanil za izravnavo pretoka med kanilami.

48 vstopnih odprtin v ultrazvočni reaktor za reakcije tekočina-tekočina

Uporabe in aplikacije

Hielscher ultrazvočni reaktorji se pogosto uporabljajo za emulgiranje, izboljšanje kinetike procesa faznega prenosa ali hitrosti raztapljanja v sistemih tekočin-tekoče faze. Primeri za takšne procese so oksidativno razžvepljevanje z vodikovim peroksidom in naknadna ekstrakcija s topilom ali bazno katalizirana transesterifikacija trigliceridov.
Omejena topnost ene faze reagenta v drugi fazi reagenta je pomemben problem v kemiji emulzije procesa, saj obe fazi reagirata med seboj le v vmesni fazi. Brez ultrazvoka to povzroči nizke hitrosti reakcije in počasno kinetiko pretvorbe v dvofaznih sistemih.
Z uporabo vložka z ultrazvočnim reaktorjem kavitacija proizvaja visoko hidravlično striženje in razbije vbrizgano fazo v submikronske in nanovelike kapljice. Ker specifična površina fazne meje vpliva na kemijsko hitrost reakcije, to znatno zmanjšanje premera kapljic izboljša reakcijsko kinetiko in lahko zmanjša ali odpravi potrebo po sredstvih za prenos faz. Odstotek prostornine vbrizgane faze se lahko zmanjša, ker finejše emulzije potrebujejo manjšo prostornino, da zagotovijo enako kontaktno površino z drugo fazo reagenta.
Uporaba tega vložka lahko zmanjša zahtevano količino amfifilnih emulzijskih katalizatorjev ali katalizatorji za prenos faz (PTC), kot so kvartarne amonijeve soli z edinstveno sposobnostjo raztapljanja v vodnih in organskih tekočinah.

Izboljšan prenos mase za kemijske reakcije

Ko dve fazi reagenta reagirata na fazni meji, se reakcijski produkti kopičijo na površini kapljic in blokirajo interakcijo faz reagenta na vmesniku. Hidravlično striženje, ki ga povzroča ultrazvočna kavitacija, povzroči turbulentni tok in transport materiala iz in na kapljicske površine ter vodi do ponavljajoče se koalescence in kasnejšega nastajanja novih kapljic. Ko reakcija sčasoma napreduje, ultrazvočno razbijanje poveča izpostavljenost in interakcijo reagentov.
Ta učinek se uporablja v številnih procesih, kot je transesterifikacija rastlinskih olj v biodizel ali sinteza poliesrov s transesterifikacijo diesterov z dioli, da nastanejo makromolekule.

Emulgiranje / emulgiranje

Ta vložek pretočne celice izboljša emulgiranje pri mešanju tekočin, ki se ne mešajo. To vodi do manjših velikosti kapljic in ožje porazdelitve velikosti – ključni dejavnik za stabilnost emulzije. S to zasnovo lahko vbrizgate in emulgujete tekočine z nizko in srednjo viskoznostjo tudi v tekočine z visoko viskoznostjo, kot so težka kurilna olja (HFO), polimeri ali geli. Nekatere formulacije lahko zahtevajo dodajanje emulgatorjev ali stabilizatorjev. V tem primeru pomaga enakomerno mešati emulgator. Prilagojeni modeli za injiciranje več kot ene faze, čeprav so kanile na voljo na zahtevo.

Ekstrakcija tekočina-tekočina

Ta vložek pospeši procese ekstrakcije tekočina-tekočina s izdelavo fine turbulentne emulzije, npr. topne faze v oljni fazi. To ponovno poveča površino faznega stika in ima za posledico boljšo ekstrakcijo in manjšo porabo topil.

Vodna goriva za čistejše zgorevanje

Kurilna olja nizke kakovosti, kot je težko kurilno olje, ki se uporablja na pomorskih plovilih ali za proizvodnjo električne energije, se lahko emulgirajo z vodo. To ima za posledico učinkovitejše zgorevanje in znatno zmanjšanje NO_x emisije in saje.
Preberite več o ultrazvočni emulgaciji vodnih goriv (emulzijskih goriv)!

Padavine / sonokristalizacija

Pigmenti ali nanodelci se lahko ustvarijo od spodaj navzgor z obarjanjem v tekočinah. V tem primeru prenasičena zmes začne tvoriti trdne delce ali kristale iz visoko koncentriranega materiala. Ti delci bodo zrasli do določene točke in se končno oborili. Za nadzor velikosti in morfologije delcev / kristalov je bistvenega pomena nadzor mešanja predhodne sestavine / reagenta.
Na splošno proces obarjanja vključuje: mešanje, prenasičenost, nukleacijo, rast delcev in aglomeracijo. Slednjemu se izognemo z nizko koncentracijo trdnih snovi ali stabilizacijskimi sredstvi. Mešanje je ključnega pomena; Kot pri večini procesov obarjanja je hitrost reakcije zelo visoka. InsertMPC48 združuje hitre ozke vbrizgane curke z močnim ultrazvočnim kavitacijskim striženjem. To poveča hitrost mešanja in zmogljivost ter ustvari več in manjših delcev.

Od laboratorijskega testiranja do pilotnega obsega in proizvodnje

Hielscher Ultrasonics ponuja opremo za testiranje, preverjanje in uporabo te tehnologije v katerem koli obsegu. Koncept je enostavno vključiti v obstoječe procese.

1. Fazo A dovajajte v odprtino za vstop v tekočino na dnu pretočne celice
2. Fazo B dovajamo v manjše odprtine za vstop tekočine ob strani pretočne celice. Ta krma se vbrizga v kavitacijsko območje skozi 48 drobnih cevi
3. Prilagodite tlak reaktorja z zapornim tlačnim ventilom na izhodni odprtini pretočne celice

Na ravni klopi a UIP1000hd (1kW) lahko obdela pretok od 100 do 1000 l/h (25 do 250 gal/h) za predstavitev procesa in optimizacijo parametrov ultrazvočnega razbijanja. Hielscher ultrazvočni procesorji so zasnovani za linearno povečanje do večjih obsegov obdelave v pilotni ali proizvodni ravni. V spodnji tabeli so navedene količine obdelave in priporočene velikosti opreme.