Багатофазний кавітатор – Вставте MPC48 для ультразвукової вимірювальної комірки
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.
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
Ін'єкція в ультразвуковий багатофазний кавітатор
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.
Гранулометричний склад частинок Fe3O4 (магнетиту), що утворюються в безперервній реакції ультразвукового осадження (Banert et al., 2004).
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
У лабораторних умовах ультразвуковий апарат UIP1000hdT потужністю 1 кВт можуть обробляти потоки від 100 до 1000 л/год (від 25 до 250 гал/год) для демонстрації технологічного процесу та оптимізації параметрів ультразвукової обробки. Ультразвукові процесори Hielscher розроблені для лінійного масштабування до більших обсягів обробки на пілотному або виробничому рівні. У таблиці нижче наведено обсяги обробки та рекомендовані розміри обладнання.
| Об'єм партії | Витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| 0.2 л | 0від .25 до 2 м3/год | UIP1000HDT, UIP2000HDT |
| 0.2 л | Від 1 до 8 м3/год | UIP4000HDT |
| Н.А. | Від 4 до 30 м3/год | UIP16000HDT |
| Н.А. | вище 30 хв3/год | кластер UIP10000 або UIP16000HDT |
Поширені запитання щодо MultiPhaseCavitator – Ультразвукова проточна комірка MPC48
Що таке вставка MultiPhaseCavitator (вставка для проточної комірки MPC48)?
Вставка MultiPhaseCavitator (InsertMPC48) — це вставка для проточної комірки, призначена для покращення ультразвукової обробки сумішей «рідина-рідина» або «рідина-газ». Вона використовує 48 дуже тонких канюль, які впорскують рідину або газ у рідку фазу безпосередньо в зоні кавітації, створюючи дуже дрібні суспендовані краплі або газові бульбашки з великою питомою поверхнею.
Що означає MPC48?
MPC — це абревіатура від MultiPhaseCavitator. Цифра 48 означає, що вставка має 48 канюль, які слугують місцями введення. За бажанням клієнта вставка проточної комірки може бути оснащена більшою або меншою кількістю канюль.
Як працює вставка для проточної комірки MPC48?
Коли рідина впорскується через 48 тонких медичних канюль (внутрішній діаметр від 0,3 мм до 1,2 мм), вона надходить у проточну комірку дуже вузькими струменями. Ультразвукова кавітація на частоті 20 кГц розбиває ці струмені на дрібні краплі, коли вони переходять у рідку фазу. Конструкція забезпечує однаковий тиск подачі від одного джерела до всіх 48 канюль, що дозволяє вирівняти потік між ними.
Для яких застосувань найкраще підходить вставка MultiPhaseCavitator?
Він особливо корисний для емульсійної хімії, зокрема для реакцій перенесення фаз, каталізу з перенесенням фаз (PTC) та рідинно-рідинної екстракції. Він також добре підходить для осадження частинок із двох рідких прекурсорів та для сонокристалізації. Вставка призначена для проточних реакторів Hielscher і дозволяє здійснювати як періодичну, так і безперервну обробку.
Як вставка MPC48 покращує реакції фазового перенесення?
Оскільки обмежена розчинність однієї фази реагенту в іншій обмежує реакцію міжфазовим простором, у двофазних системах швидкість реакції без застосування ультразвуку часто є низькою. Завдяки вставці кавітація створює високе гідравлічне зсувне навантаження та розбиває введену фазу на краплі субмікронного та нанорозмірного розміру. Це значне зменшення діаметра крапель покращує кінетику реакції та може зменшити або повністю усунути необхідність у фазопереносних агентах.
Чи може ця вставка зменшити необхідну кількість каталізатора?
Так. Ця вставка дозволяє зменшити необхідну кількість амфіфільних каталізаторів емульгування або каталізаторів фазового перенесення (PTC), таких як солі четвертинного амонію, оскільки для отримання емульсій з більш дрібною структурою потрібно менше об’єму, щоб забезпечити таку саму площу контакту з іншою фазою реагенту.
Як це сприяє поліпшенню масообміну під час хімічних реакцій?
Продукти реакції можуть накопичуватися на поверхні крапель і перешкоджати взаємодії реагентів на межі розділу. Гідравлічний зсув, що виникає внаслідок ультразвукової кавітації, створює турбулентний потік і забезпечує перенесення речовини до поверхні крапель і від неї, що призводить до багаторазового злиття та утворення нових крапель. Згодом обробка ультразвуком забезпечує максимальний контакт і взаємодію реагентів – використовуються в таких технологічних процесах, як переетерифікація рослинних олій з метою отримання біодизеля або синтез поліестерів.
Чи ефективний цей вкладиш для рідинно-рідинної екстракції?
Так. Ця вставка покращує ефективність екстракції «рідина-рідина» завдяки утворенню турбулентної емульсії з дрібними частинками, наприклад, розчинної фази в олійній фазі. Це збільшує площу контакту фаз і забезпечує кращу екстракцію при меншому споживанні розчинника.
Чи можна його використовувати для виробництва водних видів палива?
Так. Мазути низької якості, такі як важкий мазут, що використовується на морських суднах або для виробництва електроенергії, можна емульгувати з водою. Це сприяє більш ефективному згорянню та значному зменшенню викидів NOx і сажі.
Відкрийте для себе переваги ультразвукової емульгації водно-паливних сумішей!
Як вставка сприяє осаду та сонокристалізації?
Пігменти або наночастинки можна отримувати методом «знизу вгору» шляхом осадження в рідинах. Вставка MPC48 поєднує швидкі вузькі струмені з потужним ультразвуковим кавітаційним зсувом, що максимізує швидкість змішування та продуктивність, створюючи більшу кількість дрібніших частинок. Оскільки швидкість багатьох реакцій осадження є дуже високою, контроль змішування прекурсорів/реагентів є надзвичайно важливим, а вставка допомагає контролювати розмір та морфологію частинок/кристалів.
Чи є канюлі витратні матеріали?
Так. 48 тонких медичних канюль можна легко замінити, і вони є недорогими витратні матеріалами (стерильні, приблизно 2 центи за штуку). Ці канюлі є стандартними витратні матеріалами, і їх можна легко придбати на місцевому ринку. За запитом доступні індивідуальні конструкції для введення через канюлі більш ніж однієї фази.
Як налаштувати проточну комірку з InsertMPC48? Цю концепцію легко впровадити в існуючі процеси: подайте фазу А у нижній отвір для входу рідини в проточній комірці, подайте фазу Б у менші бічні отвори для входу рідини (вони впорскуються в кавітаційну зону через 48 тонких трубок) та відрегулюйте тиск у реакторі за допомогою клапана протитиску на вихідному отворі проточної комірки.
Які варіанти розширення потужностей та розміри обладнання доступні?
Компанія Hielscher пропонує обладнання для тестування, перевірки та застосування цієї технології в будь-якому масштабі, із лінійним масштабуванням від лабораторного рівня до пілотного та виробничого. Наприклад, пристрій UIP1000hd (1 кВт) може обробляти 100–1 000 л/год для демонстрації та оптимізації параметрів; рекомендовані пристрої варіюються від моделей UIP1000hd/UIP2000hd до UIP4000 та UIP16000, а для витрат понад 30 м³/год використовуються кластери з пристроїв UIP10000 або UIP16000.
Ультразвукова проточна комірка MPC48 – Багатофазний кавітатор