MultiPhaseCavitator – Ultrasonik Akış Hücresi için Insert MPC48

MultiPhaseCavitator ek parçası (Insert MPC48), sıvı/sıvı veya sıvı/gaz karışımlarının ultrasonik işlenmesini iyileştirmek için tasarlanmıştır. Çok ince 48 kanül, sıvıyı veya gazı doğrudan kavitasyon bölgesindeki sıvı faza enjekte eder. Bu, çok yüksek bir özgül yüzey alanı sağlayan, askıda duran çok küçük damlacıklar veya gaz kabarcıkları oluşturur.

Bu ek parça, özellikle faz transfer reaksiyonları, faz transfer katalizi (PTC) veya sıvı-sıvı ekstraksiyonu gibi emülsiyon kimyası uygulamaları için yararlıdır. Bir başka ilginç uygulama alanı, iki sıvı öncülden parçacıkların çöktürülmesi veya sono-kristalizasyondur. Bu ek parça, Hielscher akış hücresi reaktörleri için tasarlanmıştır ve kesikli veya sürekli işlemeye olanak tanır.

Bir ve 48 Enjeksiyon Portu

Ultrasonikasyon, emülsifikasyon ve karıştırma için etkili bir yöntemdir. Ayrı fazların akış hücresine ve kavitasyon bölgesine girmeden önce birleştirildiği geleneksel düzenden farklı olarak, bu akış hücresi ek parçası iki fazın birleşmesini iyileştirir. Bir sıvı 48 ince kanülden enjekte edildiğinde, akış hücresine çok dar sıvı iplikçikleri halinde girer. Ek parçada, iç çapları 0,3mm ile 1,2mm arasında olan çok ince 48 tıbbi kanül kullanılır. Bu kanüller kolayca değiştirilebilir ve düşük maliyetli sarf malzemeleridir (steril, yaklaşık 2ct/pc). Ultrasonik kavitasyon (20kHz frekansında), gelen 48 sıvı iplikçiğini akış hücresindeki sıvı faza girdiklerinde küçük damlacıklara böler.
Tasarım, kanüller arasındaki akışı eşitlemek için tek bir besleme kaynağından tüm 48 kanüle aynı besleme basıncını uygular.

Sıvı-sıvı reaksiyonları için ultrasonik reaktöre açılan 48 giriş portu

Kullanım Alanları ve Uygulamalar

Hielscher ultrasonik reaktörleri, sıvı-sıvı faz sistemlerinde emülsifikasyon gerçekleştirmek, faz transfer süreçlerinin kinetiğini veya çözünme hızlarını iyileştirmek için sıklıkla kullanılır. Bu tür süreçlere örnek olarak hidrojen peroksit ile oksidatif kükürt giderme ve ardından solvent ekstraksiyonu veya trigliseritlerin baz katalizli transesterifikasyonu verilebilir.
Bir reaktif fazın başka bir reaktif fazda sınırlı çözünürlüğe sahip olması, her iki fazın birbiriyle yalnızca fazlar arası sınırda reaksiyona girmesi nedeniyle proses emülsiyon kimyasında önemli bir sorundur. Ultrasonik uygulama olmadan bu durum, iki fazlı sistemlerde düşük reaksiyon hızlarına ve yavaş dönüşüm kinetiğine yol açar.
Ek parça bir ultrasonik reaktörle kullanıldığında, kavitasyon yüksek hidrolik kesme oluşturur ve enjekte edilen fazı mikron altı ve nano boyutlu damlacıklara böler. Faz sınırının özgül yüzey alanı kimyasal reaksiyon hızını etkilediğinden, damlacık çapındaki bu belirgin küçülme reaksiyon kinetiğini iyileştirir ve faz transfer ajanlarına duyulan ihtiyacı azaltabilir veya ortadan kaldırabilir. Daha ince emülsiyonlar diğer reaktif fazla aynı temas yüzeyini sağlamak için daha az hacim gerektirdiğinden, enjekte edilen fazın hacim yüzdesi düşürülebilir.
Bu ek parçanın kullanılması, amfifilik emülsiyon katalizörlerinin veya faz transfer katalizörlerinin (PTC), örneğin hem sulu hem de organik sıvılarda çözünme konusundaki benzersiz yetenekleriyle kuaterner amonyum tuzlarının, gereken miktarını azaltabilir.

Kimyasal Reaksiyonlar için İyileştirilmiş Kütle Transferi

İki reaktif faz bir faz sınırında reaksiyona girdiğinde, reaksiyon ürünleri damlacık yüzeyinde birikir ve reaktif fazların arayüzde etkileşmesini engeller. Ultrasonik kavitasyonun neden olduğu hidrolik kesme, türbülanslı akışa ve damlacık yüzeylerinden ve bu yüzeylere doğru madde taşınımına yol açar; damlacıkların tekrar tekrar birleşmesini ve ardından yeni damlacıkların oluşmasını sağlar. Reaksiyon zaman içinde ilerledikçe, sonikasyon reaktiflerin birbirine maruz kalmasını ve etkileşimini en üst düzeye çıkarır.
Bu etki, bitkisel yağların biyodizele transesterifikasyonu veya makromoleküller oluşturmak üzere diesterlerin diollerle transesterifikasyonu yoluyla polyesterlerin sentezi gibi birçok süreçte kullanılır.

Emülsiyon Oluşturma / Emülsifikasyon

Bu akış hücresi ek parçası, birbiriyle karışmayan sıvılar karıştırılırken emülsifikasyonu iyileştirir. Bu, daha küçük damlacık boyutları ve daha dar bir boyut dağılımı sağlar – bunlar emülsiyonun kararlılığı açısından temel bir faktördür. Bu tasarımla, düşük ve orta viskoziteli sıvıları ağır yakıt yağları (HFO’lar), polimerler veya jeller gibi yüksek viskoziteli sıvılara bile enjekte edebilir ve emülsifiye edebilirsiniz. Bazı formülasyonlar emülgatör veya stabilizatör eklenmesini gerektirebilir. Bu durumda, emülgatörün homojen biçimde karıştırılmasına yardımcı olur. Birden fazla fazın kanüllerden enjekte edilmesi için özelleştirilmiş tasarımlar talep üzerine sunulur.

Sıvı-Sıvı Ekstraksiyonu

Bu ek parça, örneğin bir yağ fazı içinde bir solvent fazından ince damlacıklı, türbülanslı bir emülsiyon oluşturarak sıvı-sıvı ekstraksiyonu süreçlerini geliştirir. Bu da fazlar arasındaki temas yüzeyini artırır, daha iyi ekstraksiyon ve daha az solvent kullanımı sağlar.

Daha Temiz Yanma için Su İçeren Yakıtlar

Deniz taşıtlarında veya enerji üretiminde kullanılan ağır yakıt yağı gibi düşük kaliteli yakıt yağları suyla emülsifiye edilebilir. Bu, daha verimli yanma sağlar ve NO_x emisyonlarında ve kurumda belirgin bir azalmaya yol açar.
Su içeren yakıtların (emülsiyon yakıtlarının) ultrasonik emülsifikasyonu hakkında daha fazla bilgi edinin!

Çöktürme / Sono-Kristalizasyon

Pigmentler veya nanoparçacıklar, sıvılarda çöktürme yoluyla aşağıdan yukarıya yaklaşımla üretilebilir. Bu durumda, aşırı doymuş bir karışım, yüksek konsantrasyonlu malzemeden katı parçacıklar veya kristaller oluşturmaya başlar. Bu parçacıklar belirli bir noktaya kadar büyür ve sonunda çökelir. Parçacık/kristal boyutunu ve morfolojisini kontrol etmek için öncül/reaktif karıştırmasının kontrol edilmesi şarttır.
Genel olarak çöktürme süreci şu aşamaları içerir: karıştırma, aşırı doygunluk, çekirdeklenme, parçacık büyümesi ve aglomerasyon. Sonuncusu, düşük katı konsantrasyonuyla veya stabilize edici ajanlarla önlenir. Çoğu çöktürme sürecinde reaksiyon hızı çok yüksek olduğundan, karıştırma kritik öneme sahiptir. InsertMPC48, enjekte edilen hızlı ve dar jetleri güçlü ultrasonik kavitasyon kaynaklı kesmeyle birleştirir. Bu, karıştırma hızını ve performansını en üst düzeye çıkararak daha fazla sayıda ve daha küçük parçacıklar oluşturur.

Laboratuvar Testlerinden Pilot Ölçeğe ve Üretime

Hielscher Ultrasonics, bu teknolojiyi her ölçekte test etmek, doğrulamak ve kullanmak için ekipman sunar. Bu konsept mevcut süreçlere kolayca entegre edilebilir.

1. A fazını akış hücresinin altındaki sıvı giriş portuna besleyin
2. B fazını akış hücresinin yan tarafındaki daha küçük sıvı giriş portuna veya portlarına besleyin. Bu besleme, 48 ince boru üzerinden kavitasyon bölgesine enjekte edilecektir
3. Akış hücresinin çıkış portundaki bir geri basınç valfini kullanarak reaktör basıncını ayarlayın

Tezgâh üstü ölçekte 1kW gücündeki UIP1000hdT sonikatörü prosesin gösterimi ve sonikasyon parametrelerinin optimizasyonu için 100 ile 1000L/hr (25 ile 250 gal/hr) arasındaki debilerde işlem yapabilir. Hielscher ultrasonik işlemcileri, pilot veya üretim ölçeğinde daha büyük işleme hacimlerine doğrusal ölçek büyütme için tasarlanmıştır. Aşağıdaki tabloda işleme hacimleri ve önerilen ekipman boyutları listelenmiştir.