Efficient Biorefineries via Ultrasonic Process Intensification
Ultrazvučnost je proces intenziviranja tehnike, koja se primenjuje u različite procese u biorefinijama. Tipični procesi koji imaju značajnu korist od ultrazvučnog tretmana su ekstrakcija, spore heterogene reakcije kao i druge aplikacije koje podrazumevaju intenzivno mešanje, homogenizaciju i raspršivanje. Ultrazvučnost ubrzava procese i reakcije i čini ih efikasnijim. Rezultati ultrazvučno promovisanih procesa su veći prinosi/izlaz i veće stope konverzije.
Šta su bio-rafinerije?
Biorefinarija je proizvodni pogon koji integriše procese konverzije biomase i opreme za preradu goriva, energije i drugih korisnih proizvoda kao što su hemikalije iz sirovine biomase. Tipična biomasa obrađena u biorefinerijama uključuje sirovine kao što su poljoprivredni otpad i nus-proizvodi, koji se uvode u različite proizvode sa dodatom vrednošću, bio-bazirane proizvode, npr. Proizvodni procesi biorefinarija namenjeni su održivim i ekološkim. Slično konvencionalnim rafinerijama, biorefinerije mogu da obezbede više hemikalija razlomkanjem početne sirovine (biomase) u više posrednika (ugljenih hidrata, proteina, triglicerida) koji se mogu dodatno pretvoriti u proizvode sa dodatom vrednošću. Ključna karakteristika biorefinerija je valorizacija i reciklaža/reciklaža otpada kao što su poljoprivredni, urbani i industrijski otpad pomoću pretvaranja beskorisne biomase u vredne materijale.
Ultrasonično intenzivirane biorefinerije
Integracijom ultrazvučnosti, mnogi procesi kao što su vađenje, varenje, dezintegracija, transesterifikacija između mnogih drugih mogu se voditi znatno efikasnije. Ultrazvučno intenziju procesa u biorefineriji ima za cilj uglavnom poboljšanje prinosa, da procesi budu više vremenski i energetski efikasniji i da se poboljša čistoća i kvalitet finalnog proizvoda. Ultrazvučnost može doprineti različitim biorefinacionim procesima.
Ultrazvučno vađenje i homogenizacija zelene biomase u cilju oslobađanja i izolacije vrednih jedinjenja
Kako funkcioniše sonication? – Radni princip ultrazvuka
Za ultrazvučnu obradu visokih performansi, visokog intenziteta, ultrazvuk niske frekvencije generiše ultrazvučni generator i prenosi se ultrazvučnom sondom (sonotrode u tečnost). Ultrazvuk visoke snage smatra se ultrazvukom u rasponu od 16-30kHz. Ultrazvučna sonda se širi i ugovara npr. Kada ultrazvučni talasi putuju kroz tečnost, naizmenični ciklusi visokog pritiska (kompresija) / nizak pritisak (retkost ili ekspanzija) stvaraju minute vakuumske mehuriće ili šupljine, koje rastu tokom nekoliko ciklusa pritiska. Tokom faze kompresije tečnosti i mehurića, pritisak je pozitivan, dok faza retkosti proizvodi vakuum (negativan pritisak.) Tokom ciklusa proširenja kompresije, šupljine u tečnosti rastu dok ne dostignu veličinu, na kojoj ne mogu da apsorbuju više energije. U ovom trenutku, oni nasilno implode. Implozija tih šupljina rezultira raznim visoko energičnim efektima, koji su poznati kao fenomen akustične / ultrazvučne kavitacije. Akustičnu kavitaciju karakterišu veoma energični efekti, koji utiču na tečnost, čvrste/tečne sisteme kao i gas/tečne sisteme. Energetski gusta zona ili kavitaciona zona poznata je kao takozvana zona žarišta, koja je najeksitetnija u neposrednoj blizini ultrazvučne sonde i opada sa sve većim rastojanjem od sonotroda. Na levoj slici se vidi intenzivna kavitacija na ultrazvučnim sondama od 1kW u vodi. Glavne karakteristike ultrazvučne kavitacije uključuju lokalno pojavljivanje veoma visokih temperatura i pritisaka i različitosti, turbulencije i tečnog protoka. Tokom implozije ultrazvučnih šupljina u ultrazvučnim žarištima, mogu se izmeriti temperature do 5000 Kelvina, pritisci do 200 atmosfera i tečni mlaznjaci sa do 1000km/h. Ovi izvanredni energetski intenzivni uslovi doprinose sonomehaničkim i sonohemijskim efektima koji intenziviraju biomasu i hemijske sisteme na razne načine.
Glavni uticaj ultarsonacije na biomasu na rezultat je sledećih efekata:
- Haj-čar: Ultrazvučne visoke sile remete tečnost i tečno-čvrste sisteme uzrokujući intenzivnu agitaciju, homogenizaciju i masovni transfer.
- Uticaj: Tečni mlaznjaci i striming generisani ultrazvučnom kavitacijom ubrzavaju čvrstine u tečnostima, što naknadno dovodi do međučesničkog sudara. Kada se čestice sudaraju pri veoma velikim brzinama, one erodiraju, razbijaju se i mlate i fino rasprše, često sve do nano veličine. Za biološke materije kao što su biljno tkivo i bio-otpad, tečni mlaznjaci velike brzine i naizmenični ciklusi pritiska remete ćelijske zidove i oslobađaju intracelularni materijal. To rezultira visoko efikasnim vađenjem bioaktivnih jedinjenja i homogenim mešanjem biomase.
- Agitacija: Ultrazvučnost izaziva intenzivne turbulencije, štipljive sile i mikro pokrete u tečnosti ili mulju. Time, sonicija uvek intenzivira masovni prenos i ubrzava time reakcije i procese.
Ultrazvuk visokih performansi je proces intenziviranja tehnike primenjene na više industrija. Ultrazvučnost se koristi za obradu tečnosti i srljanja u cilju mešanja i homogenizacije, promovisanja masovnog prenosa, izdvajanja jedinjenja i/ili za pokretanje hemijskih reakcija.
Uobičajene primene ultrazvučnosti u biorefinerijama su:
- Proizvodnja bioetanola
- vađenje vrednih jedinjenja iz biomase (npr. proteini, pektini, skrob i sl.)
- biodizel sinteza iz potrošenih biljnih ulja i životinjskih masti
- Biodizela iz ulja algi
- lečenje lignoceluloze
- modifikacija skroba
UIP4000hdT – 4kW power ultrasonic system for the continuous inline sonication of slurries
Ultrazvučni procesori visokih performansi za biorefinerije
Hielscher Ultrasonic proizvodi i distribuira ultrazvučne miksere visokih performansi kao što su homogenizacija, mešanje, poremećaj ćelija, dezintegracija, vađenje, disperzija, degazacija i pokretanje hemijskih reakcija. Ultrazvučni reaktori se primenjuju u biorefinerijama širom sveta u cilju povećanja efikasnosti, prinosa i stope konverzije različitih procesa.
Ultrazvučna oprema visokih performansi za biorefinarije dostupna je za vrhunsku, pilotsku i industrijsku instalaciju. Pošto su ultrazvučne aplikacije kao što su vađenje, dezintegracija, rastvaranje, poboljšanje masovnog prenosa, homogenizacija i deaeracija već uspostavljeni procesi, prelazak sa prvih iskušenja, optimizacija na vaše specifične procesne zahteve i ugradnja potpuno industrijskog ultrazvučnog sistema razdvajanja i/ili lizing sistema je brz i jednostavan.
Hielscher Ultrasonics snabdeva ultrazvučnike visokih performansi u bilo kojoj veličini i kapacitetu. Sa UIP16000 (16kW), Hielscher proizvodi najmoćniji ultrazvučni procesor širom sveta. UIP16000 kao i svi drugi industrijski ultrazvučni sistemi mogu lako da se grupišu do potrebnih kapaciteta obrade. Svi Hielscher ultrazvučnici su izgrađeni za 24/7 operaciju pod punim opterećenjem i u zahtevnim okruženjima.
Ultrazvučne sono-reaktore za bilo koji volumen
Hielscher Ultrasonics proizvodni asortiman pokriva pun spektar ultrazvučnih procesora od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnika preko klupa-top i pilot sistema do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora sa kapacitetom za obradu tovara kamiona na sat. Kompletan asortiman proizvoda nam omogućava da Vam ponudimo najpogodniju ultrazvučnu opremu za Vašu primenu, kapacitet procesa i ciljeve proizvodnje.
Precizno kontrolisane amplitude za optimalne rezultate
Svi Hielscher ultrazvučni procesori su precizno pod kontrolom i time pouzdani radni konji u R&D i produkcija. Amplitude je jedan od ključnih processkih parametara koji utiču na efikasnost i efektivnost sonohemijski i sonomehanički izazvanih reakcija. Svi Hielscher ultrazvuci’ procesori omogućavaju preciznu postavku amplitule. Sonotrode i sirene za potisnik su dodaci koji omogućavaju modifikaciju amplitude u još širem opsegu. Hielscherovi industrijski ultrazvučni procesori mogu da isporuče veoma visoke amplitude i isporuče potreban ultrazvučni intenzitet za zahtevne aplikacije. Amplitude do 200μm mogu se lako neprekidno voditi u 24/7 operaciji.
Precizna podešavanja amplitude i trajno praćenje parametara ultrazvučnog procesa putem pametnog softvera daju vam mogućnost obrade biomase pod najefikasnijim ultrazvučnim uslovima. Optimalna sonication for most efficient biomass upcycling!
Robustnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućava non-stop rad na teškim dužnostima i u zahtevnim okruženjima. To čini Hielscherovu ultrazvučnu opremu pouzdanim sredstvom za rad koje ispunjava vaše zahteve procesa biorefinisanja.
Najviši kvalitet – Dizajnirani i proizvedeni u Nemačkoj
Kao porodični i porodični biznis, Hielscher daje prioritet najvišim standardima kvaliteta za svoje ultrazvučne procesore. Svi ultrazvučnici su dizajnirani, proizvedeni i temeljno testirani u našem sedištu u Teltou blizu Berlina, Nemačka. Robustnost i pouzdanost Hielscherove ultrazvučne opreme čine je radnim konjem u vašoj proizvodnji. 24/7 operacija pod punim opterećenjem i u zahtevnim okruženjima je prirodna karakteristika Hielscherovih ultrazvučnih sondi i reaktora visokih performansi. Naš stručni tim je spreman da vam pomogne u procesu znanja, obuke i podrške.
Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја:
| батцх tom | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 1 до 500 мл | 10 до 200мЛ / мин | УП100Х |
| 10 до 2000мЛ | 20 до 400мЛ / мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20Л | 0.2 до 4Л / мин | УИП2000хдТ |
| 10 до 100Л | 2 до 10Л / мин | UIP4000hdT |
| Н.А. | 10 до 100Л / мин | УИП16000 |
| Н.А. | веће | кластер УИП16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za mešanje aplikacija, raspršivanje, emulzifikaciju i vađenje na laboratorijskoj, pilotskoj i industrijskoj skali.
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.