MultiPhaseCavitator – Sätt i MPC48 för ultraljudsflödescellen

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.

Denna insats är särskilt användbar för emulsionskemi, såsom fas-överförings-reaktioner, Fas-överföring-katalys (PTC) eller vätske-vätske-extraktion. Ett annat intressant användningsområde är utfällning av partiklar från två flytande prekursorer eller sonokristallisation. Denna insats är designad för Hielscher flödescellsreaktorer och möjliggör batchvis eller kontinuerlig bearbetning.

En och 48 injektionsportar

Ultraljud är ett effektivt medel för emulgering och blandning. Till skillnad från den konventionella uppställningen, där separata faser kombineras innan de går in i flödescellen och kavitationen, förbättrar denna flödescellsinsats kombinationen av de två faserna. När en vätska injiceras genom de 48 fina kanylerna kommer den in i flödescellen i mycket smala strängar. Insatsen använder mycket 48 fina medicinska kanyler med innerdiametrar från 0,3 mm till 1,2 mm. Dessa kanyler kan enkelt bytas ut och är en billig förbrukningsvara (steril, ca 2ct/pc). Ultraljudskavitationen (vid 20 kHz) skär de 48 inkommande vätskesträngarna i små droppar när de går in i vätskefasen i flödescellen.
Konstruktionen applicerar samma matningstryck från en matning till alla 48 kanyler för att jämna ut flödet mellan kanylerna.

48 ingångsportar till ultraljudsreaktor för vätske-vätskereaktioner

Användningsområden och tillämpningar

Hielscher ultraljudsreaktorer används ofta för att emulgera, för att förbättra fasöverföringsprocessens kinetik eller upplösningshastigheter i vätske-vätskefassystem. Exempel på sådana processer är oxidativ avsvavling med väteperoxid och efterföljande lösningsmedelsextraktion eller baskatalyserad transesterifiering av triglycerider.
Begränsad löslighet av en reagensfas i en annan reagensfas är ett betydande problem i processemulsionskemin eftersom båda faserna reagerar med varandra endast vid interfasen. Utan ultraljud resulterar detta i låga reaktionshastigheter och en långsam konverteringskinetik i tvåfassystem.
Genom att använda insatsen med en ultraljudsreaktor producerar kavitationen hög hydraulisk skjuvning och bryter den injicerade fasen i droppar i submikron och nanostorlek. Eftersom den specifika ytan av fasgränsen är inflytelserik för den kemiska reaktionshastigheten, förbättrar denna betydande minskning av droppdiametern reaktionskinetiken och kan minska eller eliminera behovet av fasöverföringsmedel. Volymprocenten för den injicerade fasen kan sänkas, eftersom finare emulsioner behöver mindre volym för att ge samma kontaktyta med den andra reagensfasen.
Användningen av denna insats kan sänka den erforderliga mängden amfifil emulsionskatalysatorer eller Fasöverföringskatalysatorer (PTC), t.ex. kvartära ammoniumsalter med sin unika förmåga att lösas upp i både vattenhaltiga och organiska vätskor.

Förbättrad massöverföring för kemiska reaktioner

När två reagensfaser reagerar vid en fasgräns ackumuleras reaktionsprodukterna vid droppytan och blockerar reagensfaserna från att interagera vid gränsytan. Den hydrauliska skjuvningen som orsakas av ultraljudskavitationen resulterar i turbulent flöde och materialtransport från och till droppytor och leder till upprepad koalescens och efterföljande bildning av nya droppar. Som reaktionen fortskrider över tid, ultraljudsbehandling maximerar exponeringen och interaktionen mellan reagenserna.
Denna effekt används i många processer, såsom transesterifiering av vegetabiliska oljor till biodiesel eller syntes av polyestrar genom transesterifiering av diestrar med dioler för att bilda makromolekyler.

Emulgering / Emulgering

Denna flödescellsinsats förbättrar emulgeringen vid blandning av oblandbara vätskor. Detta leder till mindre droppstorlekar och en smalare storleksfördelning – nyckelfaktor för stabiliteten hos en emulsion. Med den här konstruktionen kan du spruta in och emulgera vätskor med låg och medelhög viskositet i även vätskor med hög viskositet, t.ex. tunga eldningsoljor (HFO), polymerer eller geler. Vissa formuleringar kan kräva att emulgeringsmedel eller stabilisatorer tillsätts. I det här fallet hjälper det att blanda emulgeringsmedlet jämnt. Anpassade konstruktioner för injektion av mer än en fas, även om kanylerna finns tillgängliga på begäran.

Extraktion av vätska-vätska

Denna insats ökar vätske-vätskeextraktionsprocesser genom att skapa en finstor turbulent emulsion, t.ex. av en lösningsmedelsfas i en oljefas. Återigen ökar detta faskontaktytan och resulterar i bättre extraktion och minskad användning av lösningsmedel.

Vattenbränslen för renare förbränning

Lågkvalitativa eldningsoljor, såsom tung eldningsolja som används på marina fartyg eller för kraftproduktion, kan emulgeras med vatten. Detta resulterar i en effektivare förbränning och en betydande minskning av NO._x utsläpp och sot.
Läs mer om ultraljudsemulgering av vattenbränslen (emulsionsbränslen)!

Nederbörd / Sono-kristallisation

Pigment eller nanopartiklar kan genereras nedifrån och upp genom utfällning i vätskor. I det här fallet börjar en övermättad blandning bilda fasta partiklar eller kristaller av det högkoncentrerade materialet. Dessa partiklar kommer att växa till en viss punkt och slutligen fällas ut. För att kontrollera partikel-/kristallstorleken och morfologin är det viktigt att kontrollera blandningen av prekursorer och reagens.
I allmänhet involverar utfällningsprocessen: Blandning, övermättnad, kärnbildning, partikeltillväxt och agglomeration. Det senare undviks genom en låg koncentration av fasta ämnen eller genom stabiliseringsmedel. Blandningen är kritisk; Som för de flesta utfällningsprocesser är reaktionshastigheten mycket hög. InsertMPC48 kombinerar snabba, smala injicerade strålar med stark ultraljudskavitationell skjuvning. Detta maximerar blandningshastigheten och prestandan och skapar fler och mindre partiklar.

Från labbtester till pilotskala och produktion

Hielscher Ultrasonics erbjuder utrustning för att testa, verifiera och använda denna teknik i vilken skala som helst. Konceptet är enkelt att införliva i befintliga processer.

1. Mata in fas A i vätskeingångsporten i botten av flödescellen
2. Mata in fas B i mindre vätskeingångsportar på sidan av flödescellen. Detta foder kommer att injiceras i kavitationsområdet genom 48 fina rör
3. Justera reaktortrycket med hjälp av en mottrycksventil vid flödescellens utloppsport

På bänknivå: 1 kW-ultraljudsapparaten UIP1000hdT kan hantera flöden från 100 till 1 000 l/tim (25 till 250 gal/tim) för processdemonstration och optimering av ultraljudsparametrarna. Hielschers ultraljudsprocessorer är konstruerade för linjär uppskalning till större processvolymer i pilot- eller produktionsskala. I tabellen nedan anges processvolymer och rekommenderade utrustningsstorlekar.