Efficient Biorefineries via Ultrasonic Process Intensification

Ultrasonication là một quá trình tăng cường kỹ thuật, được thực hiện vào các quy trình khác nhau trong các nhà máy lọc sinh học. Các quá trình điển hình được hưởng lợi đáng kể từ điều trị siêu âm là khai thác, phản ứng không đồng nhất chậm cũng như các ứng dụng khác liên quan đến trộn mạnh, đồng nhất và phân tán. Ultrasonication tăng tốc quá trình và phản ứng và làm cho chúng hiệu quả hơn. Kết quả của các quá trình thúc đẩy siêu âm là năng suất / đầu ra cao hơn và tỷ lệ chuyển đổi cao hơn.

Bio-Refineries là gì?

Nhà máy lọc sinh học là một cơ sở sản xuất tích hợp các quy trình chuyển đổi sinh khối và thiết bị chế biến để sản xuất nhiên liệu, năng lượng và các sản phẩm có lợi khác như hóa chất từ nguyên liệu sinh khối. Sinh khối điển hình được xử lý trong các nhà máy lọc sinh học bao gồm các nguyên liệu thô như chất thải nông nghiệp và các sản phẩm phụ, được tái chế thành các sản phẩm sinh học, giá trị gia tăng khác nhau, ví dụ: thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, hóa chất, năng lượng sinh học (nhiên liệu sinh học, năng lượng và / hoặc nhiệt). Các quy trình sản xuất của một nhà máy lọc sinh học nhằm mục đích bền vững và thân thiện với môi trường. Tương tự như các nhà máy lọc dầu thông thường, các nhà máy lọc sinh học có thể cung cấp nhiều hóa chất bằng cách phân đoạn nguyên liệu thô ban đầu (sinh khối) thành nhiều chất trung gian (carbohydrate, protein, triglyceride) có thể được chuyển đổi thành các sản phẩm giá trị gia tăng. Một đặc điểm chính của các nhà máy lọc sinh học là định giá và tái chế / tái chế chất thải như chất thải nông nghiệp, đô thị và công nghiệp bằng cách chuyển đổi sinh khối vô dụng thành vật liệu có giá trị.

Ultrasonically tăng cường Biorefineries

Bằng cách tích hợp ultrasonication, nhiều quá trình như khai thác, tiêu hóa, tan rã, transesterification trong số nhiều người khác có thể được chạy hiệu quả hơn đáng kể. Tăng cường quá trình siêu âm trong một nhà máy lọc sinh học nhằm mục đích chủ yếu để cải thiện năng suất, để làm cho quá trình tiết kiệm thời gian và năng lượng hơn và để tăng cường độ tinh khiết và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Ultrasonication có thể đóng góp cho các quá trình lọc sinh học khác nhau.

Sonication hoạt động như thế nào? – Nguyên lý làm việc của siêu âm

Đối với xử lý siêu âm hiệu suất cao, cường độ cao, siêu âm tần số thấp được tạo ra bởi một máy phát siêu âm và truyền qua đầu dò siêu âm (sonotrode vào chất lỏng. Siêu âm công suất cao được coi là siêu âm trong khoảng 16-30kHz. Đầu dò siêu âm mở rộng và co lại, ví dụ, ở 20kHz, do đó truyền tương ứng 20.000 rung động mỗi giây vào môi trường. Khi sóng siêu âm truyền qua chất lỏng, xen kẽ chu kỳ áp suất cao (nén) / áp suất thấp (hiếm hoặc mở rộng) tạo ra bong bóng chân không phút hoặc sâu răng, phát triển qua nhiều chu kỳ áp suất. Trong giai đoạn nén của chất lỏng và bong bóng, áp suất dương, trong khi pha hiếm tạo ra chân không (áp suất âm.) Trong các chu kỳ nén-giãn nở, các khoang trong chất lỏng phát triển cho đến khi chúng đạt đến kích thước, tại đó chúng không thể hấp thụ nhiều năng lượng hơn. Lúc này, chúng nổ tung dữ dội. Sự nổ tung của những khoang đó dẫn đến các hiệu ứng năng lượng cao khác nhau, được gọi là hiện tượng xâm thực âm thanh / siêu âm. Xâm thực âm thanh được đặc trưng bởi các hiệu ứng năng lượng cao đa dạng, tác động đến chất lỏng, hệ thống rắn / lỏng cũng như hệ thống khí / lỏng. Vùng dày đặc năng lượng hoặc vùng xâm thực được gọi là vùng điểm nóng, dày đặc năng lượng nhất trong vùng lân cận gần của đầu dò siêu âm và giảm dần khi khoảng cách ngày càng tăng từ sonotrode. Hình ảnh bên trái cho thấy sự xâm thực dữ dội tại một đầu dò siêu âm 1kW trong nước. Các đặc điểm chính của cavitation siêu âm bao gồm xảy ra cục bộ nhiệt độ và áp suất rất cao và sự khác biệt tương ứng, nhiễu loạn, và dòng chất lỏng. Trong quá trình nổ khoang siêu âm ở các điểm nóng siêu âm, nhiệt độ lên tới 5000 Kelvin, áp suất lên đến 200 atm và máy bay phản lực lỏng lên đến 1000km / h có thể được đo. Những điều kiện cường độ năng lượng vượt trội này góp phần tạo ra các hiệu ứng sonomechanical và sonochemical làm tăng cường các hệ thống sinh khối và hóa học theo nhiều cách khác nhau.
Tác động chính của ultarsonication trên sinh khối kết quả từ các hiệu ứng sau:

• High-shear: Ultrasonic high-shear forces disrupt liquids and liquid-solid systems causing intense agitation, homogenization and mass transfer.
• Impact: Máy bay phản lực lỏng và dòng chảy được tạo ra bởi siêu âm cavitation tăng tốc chất rắn trong chất lỏng, dẫn đến sau đó đến va chạm giữa các bên. Khi các hạt va chạm ở tốc độ rất cao, chúng bị xói mòn, vỡ và bị nghiền và phân tán mịn, thường xuống kích thước nano. Đối với các chất sinh học như mô thực vật và chất thải sinh học, các tia chất lỏng tốc độ cao và chu kỳ áp suất xen kẽ phá vỡ thành tế bào và giải phóng vật liệu nội bào. Điều này dẫn đến việc chiết xuất hiệu quả cao các hợp chất hoạt tính sinh học và trộn sinh khối đồng nhất.
• Agitation: Ultrasonication causes intense turbulences, shear forces and micro-movement in the liquid or slurry. Thereby, sonication always intensifies mass transfer and accelerates thereby reactions and processes.

Bộ vi xử lý siêu âm hiệu suất cao cho các nhà máy lọc sinh học

Hielscher Ultrasonic sản xuất và phân phối máy trộn siêu âm cắt cao cho ứng dụng hiệu suất cao như homogenisation, trộn, phá vỡ tế bào, tan rã, khai thác, phân tán, khử khí và bắt đầu các phản ứng hóa học. Lò phản ứng siêu âm được thực hiện trong các nhà máy lọc sinh học trên toàn thế giới để tăng hiệu quả, năng suất và tỷ lệ chuyển đổi của các quy trình khác nhau.
Thiết bị siêu âm hiệu suất cao cho các quá trình lọc sinh học có sẵn cho băng ghế dự bị, thí điểm và lắp đặt công nghiệp. Kể từ khi các ứng dụng siêu âm như khai thác, tan rã, hòa tan, cải thiện chuyển khối lượng, đồng nhất và khử khí đã được thiết lập quá trình, việc chuyển đổi từ thử nghiệm đầu tiên, tối ưu hóa để yêu cầu quá trình cụ thể của bạn và cài đặt một hệ thống tách siêu âm công nghiệp hoàn toàn và / hoặc lọc là nhanh chóng và đơn giản.
Hielscher Ultrasonics cung cấp ultrasonicators hiệu suất cao ở bất kỳ kích thước và công suất. Với UIP16000 (16kW), Hielscher sản xuất bộ xử lý siêu âm mạnh nhất trên toàn thế giới. Các UIP16000 cũng như tất cả các hệ thống siêu âm công nghiệp khác có thể dễ dàng cụm đến công suất xử lý cần thiết. Tất cả các ultrasonicators Hielscher được xây dựng cho hoạt động 24/7 dưới tải đầy đủ và trong môi trường đòi hỏi khắt khe.

Đầu dò siêu âm và lò phản ứng Sono cho bất kỳ khối lượng nào

Phạm vi sản phẩm Hielscher Ultrasonics bao gồm toàn bộ phổ của bộ vi xử lý siêu âm từ ultrasonicators phòng thí nghiệm nhỏ gọn trên băng ghế dự bị và hệ thống thí điểm để bộ vi xử lý siêu âm hoàn toàn công nghiệp với khả năng xử lý tải trọng xe tải mỗi giờ. Phạm vi sản phẩm đầy đủ cho phép chúng tôi cung cấp cho bạn các thiết bị siêu âm phù hợp nhất cho ứng dụng, năng lực xử lý và mục tiêu sản xuất của bạn.

Biên độ có thể kiểm soát chính xác cho kết quả tối ưu

Tất cả các bộ vi xử lý siêu âm Hielscher đều có thể kiểm soát chính xác và do đó ngựa làm việc đáng tin cậy trong R&D và sản xuất. Biên độ là một trong những thông số quá trình quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả và hiệu quả của các phản ứng cảm ứng sonochemical và sonomechanically. Tất cả Hielscher Ultrasonics’ processors allow for the precise setting of the amplitude. Sonotrodes and booster horns are accessories that allow to modify the amplitude in an even wider range. Hielscher’s industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes and deliver the required ultrasonic intensity for demanding applications. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation.
Cài đặt biên độ chính xác và giám sát vĩnh viễn các thông số quá trình siêu âm thông qua phần mềm thông minh cung cấp cho bạn khả năng xử lý sinh khối trong điều kiện siêu âm hiệu quả nhất. Sonication tối ưu cho tái chế sinh khối hiệu quả nhất!
Sự mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép hoạt động 24/7 ở nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi khắt khe. Điều này làm cho thiết bị siêu âm của Hielscher trở thành một công cụ làm việc đáng tin cậy đáp ứng các yêu cầu quá trình tinh chế sinh học của bạn.

Chất lượng cao nhất – Được thiết kế và sản xuất tại Đức

Là một doanh nghiệp gia đình và do gia đình điều hành, Hielscher ưu tiên các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất cho bộ vi xử lý siêu âm của mình. Tất cả các ultrasonicators được thiết kế, sản xuất và kiểm tra kỹ lưỡng tại trụ sở chính của chúng tôi ở Teltow gần Berlin, Đức. Mạnh mẽ và độ tin cậy của thiết bị siêu âm của Hielscher làm cho nó trở thành một con ngựa làm việc trong sản xuất của bạn. Hoạt động 24/7 dưới tải đầy đủ và trong môi trường đòi hỏi khắt khe là một đặc tính tự nhiên của các đầu dò và lò phản ứng siêu âm hiệu suất cao của Hielscher. Đội ngũ lành nghề của chúng tôi sẵn sàng hỗ trợ bạn về kiến thức quy trình, đào tạo và hỗ trợ.

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi: