Багатофазний кавітатор-вкладиш для ультразвукової проточної комірки
Багатофазна кавітаторна вставка (InsertMPC48) призначена для покращення ультразвукової обробки сумішей рідина/рідина або рідина/газ. 48 дуже дрібних канюль впорскують рідину або газ в рідку фазу прямо в зоні кавітації. При цьому утворюються дуже дрібні зважені краплі або бульбашки газу, що дають дуже велику питому площу поверхні.
Ця вставка особливо корисна для хімії емульсії, такої як реакції фазового переносу, Перенесення фази-каталіз (PTC) або рідина-рідина-екстракція. Ще одна цікава область застосування - осадження частинок з двох рідких прекурсорів або сонокристалізація. Ця вставка призначена для реакторів з проточними елементами Hielscher і дозволяє проводити періодичну або безперервну обробку.
один і 48 інжекторних портів
Ультразвук є ефективним засобом для емульгування і змішування. На відміну від звичайної установки, де окремі фази поєднуються перед тим, як вони потраплять у проточну комірку та кавітацію, ця вставка проточної комірки покращує комбінацію двох фаз. Коли рідина вводиться через 48 тонких канюль, вона надходить в проточну комірку дуже вузькими нитками. У вставці використовуються 48 тонких медичних канюль з внутрішнім діаметром від 0,3 мм до 1,2 мм. Ці канюлі легко замінюються і є недорогим витратним матеріалом (стерильні, приблизно 2ct/шт). Ультразвукова кавітація (на частоті 20 кГц) розрізає 48 вхідних ниток рідини на дрібні краплі, коли вони потрапляють у рідку фазу в проточній камері.
Конструкція застосовує однаковий тиск подачі з однієї подачі на всі 48 канюль, щоб вирівняти потік між канюлями.

48 вхідних отворів в ультразвуковий реактор для реакцій рідина-рідина

ВставкаMPC48 – 48 дрібних канюль закінчуються в зоні кавітації

Ультразвуковий реактор з проточною коміркою FC100L1K-1S з InsertMPC48
Використання та застосування
Ультразвукові реактори Hielscher часто використовуються для емульгування, для поліпшення кінетики процесу фазового перенесення або швидкості розчинення в системах рідина-рідина. Прикладами таких процесів є окислювальна десульфурація перекисом водню з подальшою екстракцією розчинником або каталізована основою переетерифікація тригліцеридів.
Обмежена розчинність однієї фази реагенту в іншій фазі реагенту є значною проблемою в процесі емульсійної хімії, так як обидві фази реагують один з одним тільки на інтерфазі. Без ультразвуку це призводить до низької швидкості реакції та повільної кінетики перетворення у двофазних системах.
Використовуючи вставку з ультразвуковим реактором, кавітація створює високий гідравлічний зсув і розбиває введену фазу на субмікронні та нанорозмірні краплі. Оскільки питома площа поверхні фазової межі впливає на хімічну швидкість реакції, таке значне зменшення діаметра краплі покращує кінетику реакції і може зменшити або усунути потребу в агентах з фазовим переносом. Відсоток об'єму фази, що вводиться, може бути знижений, оскільки більш дрібні емульсії потребують меншого об'єму для забезпечення такої ж поверхні контакту з іншою фазою реагенту.
Застосування даної вставки може знизити необхідну кількість каталізаторів амфіфільної емульсії або каталізатори з фазовим переносом (PTC), такі як четвертинні амонієві солі з їх унікальною здатністю розчинятися як у водних, так і в органічних рідинах.
Покращений масообмін для хімічних реакцій
Коли дві фази реагенту реагують на межі фаз, продукти реакції накопичуються на поверхні крапель і блокують взаємодію фаз реагенту на межі розділу. Гідравлічний зсув, викликаний ультразвуковою кавітацією, призводить до турбулентного потоку та транспортування матеріалу з поверхонь крапель і до них і призводить до повторного злиття та подальшого утворення нових крапель. Оскільки реакція прогресує з часом, ультразвук максимізує вплив і взаємодію реагентів.
Цей ефект використовується в багатьох процесах, таких як переетерифікація рослинних олій до біодизеля або синтез поліефірів шляхом переетерифікації діолів з діолами з утворенням макромолекул.
Емульгування / Емульгування
Ця вставка проточної комірки покращує емульгування при змішуванні рідин, що не змішуються. Це призводить до менших розмірів крапель і вужчого розподілу розмірів – ключовий фактор для стабільності емульсії. За допомогою цієї конструкції ви можете вводити та емульгувати рідини з низькою та середньою в'язкістю навіть у рідини з високою в'язкістю, такі як важкі паливні мастила (HFO), полімери або гелі. Деякі склади можуть вимагати додавання емульгаторів або стабілізаторів. У цьому випадку допомагає рівномірне перемішування емульгатора. Індивідуальні конструкції для ін'єкції більш ніж однієї фази, хоча канюлі доступні за запитом.
Рідинно-рідинна екстракція
Ця вставка прискорює процеси екстракції рідина-рідина шляхом створення дрібнодисперсної турбулентної емульсії, наприклад, фази розчинника в масляній фазі. Знову ж таки, це збільшує поверхню контакту фази та призводить до кращої екстракції та зменшення використання розчинника.
Аквапаливо для чистішого згоряння
Низькосортні паливні мастила, такі як важкий мазут, що використовується на морських суднах або для виробництва електроенергії, можуть бути емульговані водою. Це призводить до більш ефективного згоряння та значного зниження NOx викиди і сажа.
Детальніше про ультразвукову емульгування аквапалива (емульсійного палива)!
Опади / Соно-кристалізація
Пігменти або наночастинки можуть утворюватися знизу вгору шляхом осадження в рідинах. У цьому випадку пересичена суміш починає утворювати тверді частинки або кристали з висококонцентрованого матеріалу. Ці частинки будуть рости до певної точки і, нарешті, випадати в осад. Для контролю розміру та морфології частинок/кристалів необхідний контроль змішування прекурсора/реагенту.
Загалом процес осадження включає: змішування, перенасичення, зародження, ріст частинок та агломерацію. Останнього можна уникнути за рахунок низької концентрації твердих речовин або за допомогою стабілізуючих агентів. Змішування має вирішальне значення; Як і для більшості процесів опадів, швидкість реакції дуже висока. InsertMPC48 поєднує в собі швидкі вузькі інжекторні струменя з сильним ультразвуковим кавітаційним зсувом. Це максимізує швидкість і продуктивність змішування, створюючи все більше і менше частинок.
Від лабораторних випробувань до пілотного масштабування та виробництва
Hielscher Ultrasonics пропонує обладнання для тестування, перевірки та використання цієї технології в будь-якому масштабі. Концепцію легко впровадити в існуючі процеси.
- Подача фази А в отвір для введення рідини в нижній частині проточної камери
- Подайте фазу B у менші отвори для введення рідини збоку від проточної комірки. Цей корм буде вводитися в кавітаційну зону через 48 тонких труб
- Відрегулюйте тиск у реакторі за допомогою клапана зворотного тиску на вихідному отворі проточної камери
На рівні стільниці а UIP1000hd (1 кВт) може обробляти швидкість потоку від 100 до 1000 л/год (від 25 до 250 гал/год) для демонстрації процесу та оптимізації параметрів звуку. Ультразвукові процесори Hielscher призначені для лінійного масштабування до більших обсягів обробки в дослідних або виробничих масштабах. У таблиці нижче вказані обсяги обробки та рекомендовані розміри обладнання.
Об'єм партії | Витрата | Рекомендовані пристрої |
---|---|---|
0.2 л | 0від .25 до 2 м3/год | UIP1000hd, UIP2000hd |
0.2 л | Від 1 до 8 м3/год | UIP4000 |
Н.А. | Від 4 до 30 м3/год | UIP16000 |
Н.А. | вище 30 хв3/год | кластер UIP10000 або UIP16000 |