MultiPhaseCavitator – Insert MPC48 për qelizën ultrasonike të rrjedhjes

Inserti MultiPhaseCavitator (Insert MPC48) është projektuar për të përmirësuar përpunimin ultrasonik të përzierjeve lëng/lëng ose lëng/gaz. 48 kanula shumë të holla injektojnë lëng ose gaz në një fazë të lëngshme drejtpërdrejt në zonën e kavitacionit. Kjo krijon pikëza shumë të vogla të pezulluara ose flluska gazi, duke siguruar një sipërfaqe specifike shumë të madhe.

Ky insert është veçanërisht i dobishëm për kiminë e emulsioneve, siç janë reaksionet e transferimit fazor, kataliza e transferimit fazor (PTC) ose ekstraktimi lëng–lëng. Një tjetër fushë interesante zbatimi është precipitimi i grimcave nga dy prekursorë të lëngshëm ose sonokristalizimi. Ky insert është projektuar për reaktorët Hielscher me qelizë rrjedhjeje dhe mundëson përpunim me lote ose të vazhdueshëm.

Një dhe 48 porta injektimi

Trajtimi me ultratinguj është një mjet efektiv për emulsifikim dhe përzierje. Ndryshe nga konfigurimi konvencional, ku fazat e veçanta bashkohen përpara se të hyjnë në qelizën e rrjedhjes dhe në zonën e kavitacionit, ky insert i qelizës së rrjedhjes përmirëson bashkimin e dy fazave. Kur një lëng injektohet përmes 48 kanulave të holla, ai hyn në qelizën e rrjedhjes në formën e rrjedhave shumë të ngushta. Inserti përdor 48 kanula mjekësore shumë të holla me diametra të brendshëm nga 0,3mm deri në 1,2mm. Këto kanula mund të zëvendësohen lehtësisht dhe janë materiale konsumi me kosto të ulët (sterile, afërsisht 2 cent/copë). Kavitacioni ultrasonik (në 20kHz) i ndan 48 rrjedhat hyrëse të lëngut në pikëza të vogla kur ato hyjnë në fazën e lëngshme në qelizën e rrjedhjes.
Konstruksioni zbaton të njëjtin presion ushqimi nga një burim i vetëm furnizimi te të 48 kanulat, për të barazuar prurjen ndërmjet kanulave.

48 porta hyrëse në reaktorin ultrasonik për reaksione lëng–lëng

Përdorime dhe zbatime

Reaktorët ultrasonikë Hielscher përdoren shpesh për emulsifikim, për të përmirësuar kinetikën e proceseve të transferimit fazor ose shpejtësinë e tretjes në sisteme me faza lëng–lëng. Shembuj të këtyre proceseve janë desulfurizimi oksidativ me peroksid hidrogjeni dhe ekstraktimi pasues me tretës ose transesterifikimi i triglicerideve i katalizuar nga baza.
Tretshmëria e kufizuar e një faze reagenti në një fazë tjetër reagenti është një problem i rëndësishëm në kiminë e proceseve me emulsione, pasi të dyja fazat reagojnë me njëra-tjetrën vetëm në ndërfaqe. Pa ultratinguj, kjo sjell shpejtësi të ulëta reaksioni dhe kinetikë të ngadaltë të shndërrimit në sisteme dyfazore.
Kur inserti përdoret me një reaktor ultrasonik, kavitacioni prodhon sforcime të larta prerëse hidraulike dhe e ndan fazën e injektuar në pikëza me përmasa nënmikrometrike dhe nanometrike. Meqë sipërfaqja specifike e kufirit ndërmjet fazave ndikon në shpejtësinë e reaksionit kimik, ky zvogëlim i ndjeshëm i diametrit të pikëzave përmirëson kinetikën e reaksionit dhe mund të zvogëlojë ose të eliminojë nevojën për agjentë të transferimit fazor. Përqindja vëllimore e fazës së injektuar mund të ulet, sepse emulsionet me pikëza më të imëta kërkojnë më pak vëllim për të siguruar të njëjtën sipërfaqe kontakti me fazën tjetër të reagentit.
Përdorimi i këtij inserti mund të ulë sasinë e nevojshme të katalizatorëve amfifilë të emulsioneve ose të katalizatorëve të transferimit fazor (PTC), siç janë kripërat kuaternare të amoniumit me aftësinë e tyre unike për t’u tretur si në lëngje ujore, ashtu edhe në lëngje organike.

Transferim i përmirësuar i masës për reaksione kimike

Kur dy faza reagentësh reagojnë në një kufi fazash, produktet e reaksionit grumbullohen në sipërfaqen e pikëzave dhe pengojnë bashkëveprimin e fazave të reagentëve në ndërfaqe. Sforcimi prerës hidraulik i shkaktuar nga kavitacioni ultrasonik krijon rrjedhje turbulente dhe transport të materialit nga dhe drejt sipërfaqeve të pikëzave dhe çon në bashkimin e përsëritur të pikëzave dhe formimin pasues të pikëzave të reja. Ndërsa reaksioni përparon me kalimin e kohës, trajtimi me ultratinguj maksimizon ekspozimin dhe bashkëveprimin e reagentëve.
Ky efekt përdoret në shumë procese, si transesterifikimi i vajrave bimore në biodizel ose sinteza e poliesterëve përmes transesterifikimit të diesterëve me diole për të formuar makromolekula.

Emulgimi / Emulgimi

Ky insert i qelizës së rrjedhjes përmirëson emulgimin gjatë përzierjes së lëngjeve që nuk përzihen me njëri-tjetrin. Kjo çon në përmasa më të vogla të pikëzave dhe një shpërndarje më të ngushtë të përmasave – faktor kyç për qëndrueshmërinë e një emulsioni. Me këtë projektim mund të injektoni dhe të emulgoni lëngje me viskozitet të ulët dhe mesatar edhe në lëngje me viskozitet të lartë, si vajrat e rëndë djegës (HFOs), polimeret ose xhelet. Disa formulime mund të kërkojnë shtimin e emulguesve ose stabilizuesve. Në këtë rast, ai ndihmon në përzierjen e njëtrajtshme të emulguesit. Projektime të përshtatura për injektimin e më shumë se një faze përmes kanulave ofrohen sipas kërkesës.

Ekstraktimi lëng–lëng

Ky insert përmirëson proceset e ekstraktimit lëng–lëng duke krijuar një emulsion turbulent me pikëza të imëta, p.sh. të një faze tretësi në një fazë vajore. Edhe këtu, kjo rrit sipërfaqen e kontaktit ndërmjet fazave dhe sjell ekstraktim më të mirë dhe përdorim më të pakët të tretësit.

Lëndë djegëse me ujë për djegie më të pastër

Vajrat djegës me cilësi të ulët, si vaji i rëndë djegës që përdoret në anijet detare ose për prodhimin e energjisë, mund të emulgohen me ujë. Kjo sjell djegie më efikase dhe një ulje të ndjeshme të emetimeve të NO_x dhe të blozës.
Lexoni më shumë rreth emulgimit me ultratinguj të lëndëve djegëse me ujë (lëndë djegëse në formë emulsioni)!

Precipitimi / Kristalizimi me ultratinguj

Pigmentet ose nanogrimcat mund të krijohen nga poshtë lart përmes precipitimit në lëngje. Në këtë rast, një përzierje e mbingopur fillon të formojë grimca të ngurta ose kristale nga materiali me përqendrim të lartë. Këto grimca rriten deri në një pikë të caktuar dhe përfundimisht precipitojnë. Për të kontrolluar përmasat dhe morfologjinë e grimcave/kristaleve, kontrolli i përzierjes së prekursorëve/reagentëve është thelbësor.
Në përgjithësi, procesi i precipitimit përfshin: përzierjen, mbingopjen, bërthamëzimin, rritjen e grimcave dhe aglomerimin. Ky i fundit shmanget përmes një përqendrimi të ulët të lëndës së ngurtë ose përmes agjentëve stabilizues. Përzierja është vendimtare, pasi në shumicën e proceseve të precipitimit shpejtësia e reaksionit është shumë e lartë. InsertMPC48 kombinon rryma të ngushta të injektuara me shpejtësi të lartë me sforcim të fortë prerës nga kavitacioni ultrasonik. Kjo maksimizon shpejtësinë dhe efektivitetin e përzierjes, duke krijuar më shumë grimca dhe me përmasa më të vogla.

Nga testimi laboratorik në shkallë pilot dhe prodhim

Hielscher Ultrasonics ofron pajisje për të testuar, verifikuar dhe shfrytëzuar këtë teknologji në çdo shkallë. Koncepti integrohet lehtësisht në proceset ekzistuese.

1. Futni fazën A nëpërmjet portës së hyrjes së lëngut në fund të qelizës së rrjedhjes
2. Futni fazën B nëpërmjet portës ose portave më të vogla të hyrjes së lëngut në anën e qelizës së rrjedhjes. Kjo prurje do të injektohet në zonën e kavitacionit përmes 48 tubave të hollë
3. Rregulloni presionin e reaktorit duke përdorur një valvul kundërpresioni në portën e daljes së qelizës së rrjedhjes

Në shkallë tavoline laboratorike, sonikatori 1kW UIP1000hdT mund të përpunojë prurje nga 100 deri në 1000L/hr (25 deri në 250 gal/hr) për demonstrimin e procesit dhe optimizimin e parametrave të trajtimit me ultratinguj. Procesorët ultrasonikë Hielscher janë projektuar për rritje lineare të shkallës drejt vëllimeve më të mëdha të përpunimit në shkallë pilot ose prodhimi. Tabela më poshtë rendit vëllimet e përpunimit dhe madhësitë e rekomanduara të pajisjeve.