Effektiva bioraffinaderier via ultraljudsintensifiering av processer

Ultraljud är en processintensifierande teknik, som implementeras i olika processer i bioraffinaderier. Typiska processer som drar stor nytta av ultraljudsbehandling är extraktion, långsamma heterogena reaktioner samt andra tillämpningar som involverar intensiv blandning, homogenisering och dispergering. Ultraljud påskyndar processer och reaktioner och gör dem mer effektiva. Resultaten av ultraljudsfrämjade processer är högre avkastning/output och högre konverteringsfrekvenser.

Vad är bioraffinaderier?

Ett bioraffinaderi är en produktionsanläggning som integrerar omvandlingsprocesser för biomassa och bearbetningsutrustning för att producera bränslen, energi och andra fördelaktiga produkter som kemikalier från biomassaråvaran. Typisk biomassa som bearbetas i bioraffinaderier omfattar råvaror som jordbruksavfall och biprodukter, som återvinns till olika biobaserade produkter med mervärde, t.ex. livsmedel, foder, kemikalier, bioenergi (biobränslen, kraft och/eller värme). Produktionsprocesserna i ett bioraffinaderi är avsedda att vara hållbara och miljövänliga. I likhet med konventionella raffinaderier kan bioraffinaderier tillhandahålla flera kemikalier genom att fraktionera en initial råvara (biomassa) till flera intermediärer (kolhydrater, proteiner, triglycerider) som kan omvandlas ytterligare till mervärdesprodukter. En viktig egenskap hos bioraffinaderier är valorisering och återvinning/upcycling av avfall som jordbruks-, stads- och industriavfall genom att omvandla värdelös biomassa till värdefulla material.

Ultraljudsintensifierade bioraffinaderier

Genom integration av ultraljud kan många processer såsom extraktion, matsmältning, sönderfall, transesterifiering bland många andra köras betydligt effektivare. Intensifiering av ultraljudsprocesser i ett bioraffinaderi syftar främst till att förbättra avkastningen, att göra processerna mer tids- och energieffektiva och att förbättra renheten och kvaliteten på slutprodukten. Ultraljud kan bidra till olika bioraffinaderiprocesser.

Hur fungerar ultraljudsbehandling? – Arbetsprincipen för ultraljud

För högpresterande ultraljudsbehandling genereras högintensivt, lågfrekvent ultraljud av en ultraljudsgenerator och överförs via en ultraljudssond (sonotrode till en vätska. Ultraljud med hög effekt anses vara ultraljud i intervallet 16-30 kHz. Ultraljudssonden expanderar och drar ihop sig t.ex. vid 20 kHz och överför därmed 20 000 vibrationer per sekund till mediet. När ultraljudsvågorna färdas genom vätskan skapar omväxlande högtryckscykler (kompression) / lågtryck (sällsynthet eller expansion) små vakuumbubblor eller håligheter, som växer över flera tryckcykler. Under kompressionsfasen av vätskan och bubblorna är trycket positivt, medan sällsynthetsfasen producerar ett vakuum (negativt tryck). Under kompressions- och expansionscyklerna växer håligheterna i vätskan tills de når en storlek där de inte kan absorbera mer energi. Vid denna punkt imploderar de våldsamt. Implosionen av dessa håligheter resulterar i olika mycket energetiska effekter, som är kända som fenomenet akustisk / ultraljudskavitation. Akustisk kavitation karakteriseras av många högenergetiska effekter, som påverkar vätskor, fasta/flytande system samt gas/vätskesystem. Den energitäta zonen eller kavitationszonen är känd som den så kallade hot-spot-zonen, som är mest energität i närheten av ultraljudssonden och minskar med ökande avstånd från sonotroden. Bilden till vänster visar intensiv kavitation vid en 1kW ultraljudssond i vatten. De viktigaste egenskaperna hos ultraljudskavitation inkluderar lokalt förekommande mycket höga temperaturer och tryck och respektive skillnader, turbulens och vätskeströmning. Under implosionen av ultraljudskaviteter i ultraljudshärdar kan temperaturer på upp till 5000 Kelvin, tryck på upp till 200 atmosfärer och vätskestrålar med upp till 1000 km/h mätas. Dessa enastående energiintensiva förhållanden bidrar till sonomekaniska och sonokemiska effekter som intensifierar biomassa och kemiska system på olika sätt.
Den huvudsakliga effekten av ultarsonisering på biomassa beror på följande effekter:

• Hög skjuvning: Ultraljudshögskjuvkrafter stör vätskor och vätske-fasta system som orsakar intensiv omrörning, homogenisering och massöverföring.
• Effekt: Flytande strålar och strömning genererad av ultraljudskavitation accelererar fasta ämnen i vätskor, vilket leder till interpartiklär kollision. När partiklar kolliderar i mycket höga hastigheter eroderar de, splittras och mals och sprids fint, ofta ner till nanostorlek. För biologiskt material som växtvävnad och bioavfall stör höghastighetsvätskestrålarna och de växlande tryckcyklerna cellväggarna och frigör det intracellulära materialet. Detta resulterar i en mycket effektiv extraktion av bioaktiva föreningar och en homogen blandning av biomassa.
• Hets: Ultraljud orsakar intensiv turbulens, skjuvkrafter och mikrorörelse i vätskan eller uppslamningen. Därmed, ultraljudsbehandling intensifierar alltid massöverföring och påskyndar därmed reaktioner och processer.

Högpresterande ultraljudsprocessorer för bioraffinaderier

Hielscher Ultrasonic tillverkar och distribuerar ultraljudsblandare med hög skjuvning för högpresterande applikationer såsom homogenisering, blandning, cellstörning, sönderfall, extraktion, dispersion, avgasning och initiering av kemiska reaktioner. Ultraljudsreaktorer implementeras i bioraffinaderier över hela världen för att öka effektiviteten, utbytet och omvandlingshastigheten för olika processer.
Högpresterande ultraljudsutrustning för bioraffinaderiprocesser är lätt tillgänglig för bänk-, pilot- och industriell installation. Eftersom ultraljudsapplikationer som extraktion, sönderdelning, upplösning, förbättring av massöverföring, homogenisering och avluftning redan är etablerade processer, är övergången från första försök, optimering till dina specifika processkrav och installation av ett helt industriellt ultraljudsseparations- och/eller lakningssystem snabbt och enkelt.
Hielscher Ultrasonics levererar högpresterande ultraljudsapparater i alla storlekar och kapacitet. Med UIP16000 (16 kW) tillverkar Hielscher den mest kraftfulla ultraljudsprocessorn i världen. Den UIP16000 liksom alla andra industriella ultraljudssystem kan enkelt klustras till den nödvändiga bearbetningskapaciteten. Alla Hielscher ultraljudsapparater är byggda för 24/7 drift under full belastning och i krävande miljöer.

Ultraljudssonder och sono-reaktorer för alla volymer

Hielscher Ultrasonics produktsortiment täcker hela spektrumet av ultraljudsprocessorer från kompakta labb ultraljudsapparater över bänk-top och pilotsystem till fullt industriella ultraljudsprocessorer med kapacitet att bearbeta lastbilslaster per timme. Det kompletta produktsortimentet gör att vi kan erbjuda dig den mest lämpliga ultraljudsutrustningen för din applikation, processkapacitet och produktionsmål.

Exakt kontrollerbara amplituder för optimala resultat

Alla Hielscher ultraljudsprocessorer är exakt kontrollerbara och därmed tillförlitliga arbetshästar i R&D och produktion. Amplituden är en av de avgörande processparametrarna som påverkar effektiviteten och effektiviteten hos sonokemiskt och sonomekaniskt inducerade reaktioner. Alla Hielscher ultraljud’ processorer möjliggör exakt inställning av amplituden. Sonotrodes och boosterhorn är tillbehör som gör det möjligt att modifiera amplituden i ett ännu bredare intervall. Hielschers industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder och leverera den ultraljudsintensitet som krävs för krävande applikationer. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift.
Exakta amplitudinställningar och permanent övervakning av ultraljudsprocessparametrarna via smart programvara ger dig möjlighet att bearbeta biomassa under de mest effektiva ultraljudsförhållandena. Optimal ultraljudsbehandling för mest effektiv återvinning av biomassa!
Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer. Detta gör Hielschers ultraljudsutrustning till ett pålitligt arbetsredskap som uppfyller dina krav på bioraffinaderiprocessen.

Högsta kvalitet – Designad och tillverkad i Tyskland

Som ett familjeägt och familjeägt företag prioriterar Hielscher högsta kvalitetsstandarder för sina ultraljudsprocessorer. Alla ultraljudsapparater är utformade, tillverkade och grundligt testade i vårt huvudkontor i Teltow nära Berlin, Tyskland. Robustheten och tillförlitligheten hos Hielschers ultraljudsutrustning gör den till en arbetshäst i din produktion. 24/7 drift under full belastning och i krävande miljöer är en naturlig egenskap hos Hielschers högpresterande ultraljudssonder och reaktorer. Vårt skickliga team är redo att hjälpa dig med processkunskap, utbildning och support.

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: