МултиПхасеЦавитатор – Уметните МПЦ48 за ултразвучну ћелију протока

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.

Овај уметак је посебно користан за хемију емулзије, као што су фазе-трансфер-реакције, Фаза-Трансфер-Катализа (ПТЦ) или течност-течност-екстракција. Још једно интересантно поље примене је таложење честица из два течна прекурсора или соно-кристализација. Овај уметак је дизајниран за Хиелсцхер реакторе са проточним ћелијама и омогућава серијску или континуирану обраду.

Један и 48 портова за убризгавање

Ултразвук је ефикасно средство за емулзификацију и мешање. За разлику од конвенционалног подешавања, где се одвојене фазе комбинују пре него што уђу у проточну ћелију и кавитацију, овај уметак проточне ћелије побољшава комбинацију две фазе. Када се течност убризгава кроз 48 финих канила, она улази у проточну ћелију у веома уским нитима. Уметак користи веома 48 финих медицинских канила са унутрашњим пречником од 0,3 мм до 1,2 мм. Ове каниле се могу лако заменити и јефтин су потрошни материјал (стерилни, око 2 цт/ком). Ултразвучна кавитација (на 20 кХз) сече 48 долазних течних нити на мале капљице када уђу у течну фазу у проточној ћелији.
Дизајн примењује исти притисак напајања из једног довода на свих 48 канила да би се изједначио проток између канила.

48 улазних отвора у ултразвучни реактор за реакције течност-течност

Употреба и апликације

Хиелсцхер ултразвучни реактори се често користе за емулговање, за побољшање кинетике процеса преноса фазе или брзине растварања у системима течне и течне фазе. Примери за такве процесе су оксидативна десулфуризација водоник-пероксидом и накнадна екстракција растварачем или трансестерификација триглицерида катализована базом.
Ограничена растворљивост једне фазе реагенса у другој фази реагенса представља значајан проблем у хемији процесне емулзије пошто обе фазе реагују једна са другом само у међуфази. Без ултразвука, ово резултира ниским стопама реакције и спором кинетиком конверзије у двофазним системима.
Користећи уметак са ултразвучним реактором, кавитација производи високо хидраулично смицање и разбија убризгану фазу на субмикронске и нанозне капљице. Пошто је специфична површина границе фазе утицајна на хемијску брзину реакције, ово значајно смањење пречника капљица побољшава кинетику реакције и може смањити или елиминисати потребу за агенсима за пренос фазе. Запремински проценат убризгане фазе може бити смањен, јер је финијим емулзијама потребна мања запремина да би се обезбедила иста контактна површина са другом фазом реагенса.
Употреба овог уметка може смањити потребну количину катализатора амфифилне емулзије или катализатори фазног трансфера (ПТЦ), као што су кватернарне амонијум соли са њиховом јединственом способношћу да се растворе и у воденим и у органским течностима.

Побољшани пренос масе за хемијске реакције

Када две фазе реагенса реагују на граници фазе, продукти реакције се акумулирају на површини капљице и блокирају интеракцију фаза реагенса на интерфејсу. Хидраулично смицање узроковано ултразвучном кавитацијом доводи до турбулентног тока и транспорта материјала са и на површине капљица и доводи до поновљене коалесценције и накнадног формирања нових капљица. Како реакција напредује током времена, соникација максимизира изложеност и интеракцију реагенса.
Овај ефекат се користи у многим процесима, као што је трансестерификација биљних уља у биодизел или синтеза полиестера трансестерификацијом диестера са диолима да би се формирали макромолекули.

Емулговање / Емулзификација

Овај уметак проточне ћелије побољшава емулзификацију при мешању течности које се не мешају. Ово доводи до мањих величина капљица и уже дистрибуције величине – кључни фактор за стабилност емулзије. Са овим дизајном можете убризгавати и емулговати течности ниске и средње вискозности чак и у течности високог вискозитета, као што су тешка ложива уља (ХФО), полимери или гелови. Неке формулације могу захтевати додавање емулгатора или стабилизатора. У овом случају помаже равномерно мешање емулгатора. Прилагођени дизајни за убризгавање више од једне фазе иако су каниле доступне на захтев.

екстракција течност-течност

Овај уметак појачава процесе екстракције течност-течност тако што прави турбулентну емулзију фине величине, нпр. фазе растварача у фази уља. Опет, ово повећава контактну површину фазе и резултира бољом екстракцијом и смањеном употребом растварача.

Аква-горива за чистије сагоревање

Ложива уља ниског квалитета, као што је тешко лож уље које се користе на бродовима или за производњу електричне енергије, могу се емулговати са водом. Ово доводи до ефикаснијег сагоревања и до значајног смањења НО_Икс емисије и чађи.
Прочитајте више о ултразвучној емулзификацији аква-горива (емулзија-горива)!

Преципитатион / Соно-Цристаллизатион

Пигменти или наночестице се могу генерисати одоздо према горе таложењем у течностима. У овом случају, презасићена смеша почиње да формира чврсте честице или кристале из високо концентрованог материјала. Ове честице ће порасти до одређене тачке и коначно ће се таложити. Да би се контролисала величина и морфологија честица/кристала, неопходна је контрола мешања прекурсора/реагенса.
Генерално, процес преципитације укључује: мешање, презасићење, нуклеацију, раст честица и агломерацију. Ово последње се избегава ниском концентрацијом чврсте супстанце или стабилизујућим агенсима. Мешање је критично; као и за већину таложних процеса брзина реакције је веома велика. ИнсертМПЦ48 комбинује брзе уске убризгане млазнице са јаким ултразвучним кавитационим смицањем. Ово максимизира брзину мешања и перформансе стварајући више и мање честица.

Од лабораторијског тестирања до пилот скале и производње

Хиелсцхер Ултрасоницс нуди опрему за тестирање, верификацију и коришћење ове технологије у било којој скали. Концепт је лако уградити у постојеће процесе.

1. Убаците фазу А у улазни отвор за течност на дну проточне ћелије
2. Убаците фазу Б у мањи улаз(ове) за течност са стране проточне ћелије. Ова храна ће бити убризгана у кавитационо подручје кроз 48 финих цеви
3. Подесите притисак у реактору помоћу вентила за повратни притисак на излазном прикључку проточне ћелије

На врхунском нивоу, соникатор од 1кВ УИП1000хдТ може да обрађује брзине протока од 100 до 1000 Л/х (25 до 250 гал/х) за демонстрацију процеса и за оптимизацију параметара соникације. Хиелсцхер ултразвучни процесори су дизајнирани за линеарно повећање до већих обима обраде у пилот или производној скали. Табела испод наводи обим обраде и препоручене величине опреме.