Večfazni kavitator – Vstavite MPC48 za ultrazvočno merilno celico
The MultiPhaseCavitator Insert (Insert MPC48) is designed to improve the ultrasonic processing of liquid/liquid or liquid/gas mixes. 48 very fine cannulas inject liquid or gas into a liquid phase right in the cavitation zone. This creates very small suspended droplets or gas bubbles yielding a very high specific surface area.
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
Injiciranje v ultrazvočni multifazni kavitator
Vstavi MPC48 – 48 Fine kanile se končajo v območju kavitacije
Ultrazvočni reaktor pretočne celice FC100L1K-1S z vložkom MPC48
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 NOx 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.
Porazdelitev velikosti delcev Fe3O4 (magnetit) delcev, ki nastanejo v neprekinjeni ultrazvočni reakciji obarjanja (Banert et al., 2004).
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.
- Fazo A dovajajte v odprtino za vstop v tekočino na dnu pretočne celice
- Fazo B dovajamo v manjše odprtine za vstop tekočine ob strani pretočne celice. Ta krma se vbrizga v kavitacijsko območje skozi 48 drobnih cevi
- Prilagodite tlak reaktorja z zapornim tlačnim ventilom na izhodni odprtini pretočne celice
Na laboratorijski ravni je 1-kW sonikator UIP1000hdT lahko obdelujejo pretoke od 100 do 1000 l/h (25 do 250 gal/h) za predstavitev postopka in optimizacijo parametrov ultrazvočne obdelave. Ultrazvočni procesorji podjetja Hielscher so zasnovani za linearno povečanje obsega na večje obdelovalne količine na pilotni ali proizvodni ravni. V spodnji tabeli so navedeni obsegi obdelave in priporočene velikosti opreme.
| Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 0.2L | 0.25 do 2m3/Hr | UIP1000hdT, UIP2000hdT |
| 0.2L | 1 do 8 m3/Hr | UIP4000hdT |
| n.a. | 4 do 30 m3/Hr | UIP16000hdT |
| n.a. | nad 30 m3/Hr | Grozd UIP10000 ali UIP16000hdT |
Pogosta vprašanja o napravi MultiPhaseCavitator – Ultrazvočni vložek za merilno celico MPC48
Kaj je vložek MultiPhaseCavitator (vložek za pretočno celico MPC48)?
Vložek MultiPhaseCavitator (InsertMPC48) je vložek za pretočno celico, zasnovan za izboljšanje ultrazvočne obdelave mešanic tekočina–tekočina ali tekočina–plin. Uporablja 48 zelo tankih kanul, ki vbrizgajo tekočino ali plin v tekočo fazo neposredno v kavitacijsko območje, s čimer ustvarjajo zelo majhne suspendirane kapljice ali plinske mehurčke z visoko specifično površino.
Kaj pomeni MPC48?
MPC je kratica za MultiPhaseCavitator. Številka 48 pomeni, da ima vložek 48 kanul kot mest za vbrizgavanje. Na zahtevo je mogoče vložek pretočne celice opremiti z večjim ali manjšim številom kanul.
Kako deluje vložek za pretočno celico MPC48?
Ko se tekočina vbrizga skozi 48 tankih medicinskih kanil (notranji premeri od 0,3 mm do 1,2 mm), vstopi v pretočno celico v obliki zelo ozkih niti. Ultrazvočna kavitacija pri 20 kHz razreže te dotekajoče curke na majhne kapljice, ko preidejo v tekoče stanje. Konstrukcija zagotavlja enak dovodni tlak iz enega vira na vseh 48 kanil, da se izenači pretok med njimi.
Za katere aplikacije je vložek MultiPhaseCavitator najbolj primeren?
Posebej je uporaben v kemiji emulzij, kot so reakcije prenosa faz, kataliza s prenosom faz (PTC) in ekstrakcija tekočina-tekočina. Prav tako je primeren za izločanje delcev iz dveh tekočih predhodnih snovi ter za sonokristalizacijo. Vložek je zasnovan za pretočne celice Hielscher in omogoča obdelavo v serijah ali neprekinjeno obdelavo.
Kako vložek MPC48 izboljša reakcije prenosa faz?
Ker omejena topnost ene faze reagenta v drugi omejuje reakcijo na medfazno območje, imajo dvofazni sistemi brez ultrazvoka pogosto nizke reakcijske hitrosti. Z vstavkom kavitacija ustvarja visoko hidravlično strižno silo in razbije vbrizgano fazo na kapljice velikosti pod mikrona in nano. To znatno zmanjšanje premera kapljic izboljša reakcijsko kinetiko ter lahko zmanjša ali celo odpravi potrebo po sredstvih za prenos faz.
Ali lahko vložek zmanjša količino potrebnega katalizatorja?
Da. Ta vložek lahko zmanjša potrebno količino amfifilnih emulzijskih katalizatorjev ali katalizatorjev za prenos faz (PTC), kot so kvaterne amonijeve soli, saj finejše emulzije potrebujejo manj prostornine, da zagotovijo enako stično površino z drugo fazo reagenta.
Kako to izboljša prenos snovi v kemijskih reakcijah?
Reakcijski produkti se lahko kopičijo na površini kapljic in ovirajo interakcijo reagentov na mejni ploskvi. Hidravlični strižni učinek, ki nastane zaradi ultrazvočne kavitacije, povzroča turbulentni tok in prenos snovi k površinam kapljic ter od njih, kar vodi do ponavljajočega se združevanja in nastajanja novih kapljic. Sčasoma ultrazvočno obdelovanje poveča izpostavljenost in interakcijo reagentov na najvišjo možno raven. – uporabljajo se v postopkih, kot sta transesterifikacija rastlinskih olj v biodizel ali sinteza poliestrov.
Ali je vložek učinkovit pri ekstrakciji tekočina-tekočina?
Da. Vložek izboljša ekstrakcijo tekočina-tekočina z ustvarjanjem fine turbulentne emulzije, na primer faze topila v oljni fazi. To poveča stično površino med fazama in omogoča boljšo ekstrakcijo ob manjši porabi topila.
Ali se lahko uporablja za vodna goriva?
Da. Goriva nižje kakovosti, kot je težko kurilno olje, ki se uporablja na ladjah ali za proizvodnjo električne energije, se lahko emulgirajo z vodo. To omogoča učinkovitejše zgorevanje ter znatno zmanjšanje emisij NOx in saj.
Odkrijte prednosti ultrazvočne emulgacije vodnih goriv!
Kako vložek pripomore k izločanju in sonokristalizaciji?
Pigmente ali nanodelce je mogoče pridobiti po metodi »od spodaj navzgor« z usedanjem v tekočinah. Vstavek MPC48 združuje hitre, ozke vbrizgane curke z močnim ultrazvočnim kavitacijskim striženjem, kar maksimira hitrost mešanja in zmogljivost ter ustvarja več in manjših delcev. Ker je hitrost mnogih reakcij usedanja zelo visoka, je nadzor mešanja predhodnih snovi in reagentov bistvenega pomena, vstavek pa pomaga nadzorovati velikost in morfologijo delcev oziroma kristalov.
Ali so kanile potrošni material?
Da. 48 tankih medicinskih kanil je mogoče enostavno zamenjati in gre za cenovno ugodne potrošne materiale (sterilne, približno 2 ct/kos). Te kanile so standardni potrošni materiali in jih je mogoče enostavno dobiti na lokalnem trgu. Na zahtevo so na voljo tudi prilagojene izvedbe za vbrizgavanje več kot ene faze skozi kanile.
Kako se nastavi pretočna celica z napravo InsertMPC48? Koncept je enostavno vključiti v obstoječe procese: fazo A dovajajte v vstopno odprtino za tekočino na dnu pretočne celice, fazo B pa v manjše stranske vstopne odprtine za tekočino (vbrizgava se v kavitacijsko območje skozi 48 tankih cevi), pritisk v reaktorju pa nastavite z ventilom za protitlak na izstopni odprtini pretočne celice.
Katere možnosti širitve in velikosti opreme so na voljo?
Podjetje Hielscher ponuja opremo za testiranje, preverjanje in uporabo te tehnologije v kakršnem koli obsegu, z linearno širitvijo obsega od laboratorijske opreme do pilotne in proizvodne stopnje. Na primer, naprava UIP1000hd (1 kW) lahko obdeluje 100–1.000 L/h za predstavitvene namene in optimizacijo parametrov; priporočene naprave segajo od modelov UIP1000hd/UIP2000hd do modelov UIP4000 in UIP16000, za pretoke nad 30 m³/h pa se uporabljajo skupine naprav UIP10000 ali UIP16000.
Ultrazvočni vložek za merilno celico MPC48 – Večfazni kavitator