MultiPhaseCavitator – Lắp MPC48 vào buồng đo lưu lượng siêu âm

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.

Chèn này đặc biệt hữu ích cho hóa học nhũ tương, chẳng hạn như pha-chuyển-phản ứng, Pha-Chuyển-Xúc tác (PTC) hoặc chiết xuất chất lỏng-chất lỏng. Một lĩnh vực ứng dụng thú vị khác là sự kết tủa của các hạt từ hai tiền chất lỏng hoặc kết tinh sono. Chèn này được thiết kế cho các lò phản ứng tế bào dòng chảy Hielscher và cho phép xử lý hàng loạt hoặc liên tục.

Một và 48 cổng phun

Ultrasonication là một phương tiện hiệu quả để nhũ hóa và trộn. Khác với thiết lập thông thường, trong đó các pha riêng biệt được kết hợp trước khi chúng đi vào tế bào dòng chảy và xâm thực, chèn tế bào dòng chảy này cải thiện sự kết hợp của hai pha. Khi một chất lỏng được tiêm qua 48 ống thông mịn, nó đi vào tế bào dòng chảy trong các sợi rất hẹp. Miếng chèn sử dụng rất 48 ống thông y tế tốt với đường kính trong từ 0,3mm đến 1,2mm. Những ống thông này có thể dễ dàng thay thế và là vật tư tiêu hao chi phí thấp (vô trùng, khoảng 2ct / pc). Sự xâm thực siêu âm (ở 20kHz) cắt 48 sợi chất lỏng đến thành những giọt nhỏ khi chúng đi vào pha lỏng trong tế bào dòng chảy.
Thiết kế áp dụng cùng một áp suất thức ăn từ một nguồn cung cấp cho tất cả 48 ống thông để san bằng dòng chảy giữa các ống thông.

48 cổng vào lò phản ứng siêu âm cho các phản ứng lỏng-lỏng

Sử dụng và ứng dụng

Lò phản ứng siêu âm Hielscher thường được sử dụng để nhũ hóa, để cải thiện động học quá trình chuyển pha hoặc tốc độ hòa tan trong các hệ thống pha lỏng-lỏng. Ví dụ cho các quá trình như vậy là khử lưu huỳnh oxy hóa bằng hydro peroxide và chiết dung môi tiếp theo hoặc transester hóa triglyceride xúc tác bazơ.
Độ hòa tan hạn chế của một pha thuốc thử trong pha thuốc thử khác là một vấn đề quan trọng trong hóa học nhũ tương quá trình vì cả hai pha chỉ phản ứng với nhau ở pha xen kẽ. Nếu không có siêu âm, điều này dẫn đến tốc độ phản ứng thấp và động học chuyển đổi chậm trong các hệ thống hai pha.
Sử dụng chèn với lò phản ứng siêu âm, cavitation tạo ra cắt thủy lực cao và phá vỡ pha tiêm thành các giọt dưới micron và nano. Vì diện tích bề mặt cụ thể của ranh giới pha có ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học, việc giảm đáng kể đường kính giọt này cải thiện động học phản ứng và có thể làm giảm hoặc loại bỏ sự cần thiết của các tác nhân chuyển pha. Tỷ lệ phần trăm thể tích của pha tiêm có thể được hạ xuống, bởi vì nhũ tương mịn hơn cần ít thể tích hơn để cung cấp cùng một bề mặt tiếp xúc với pha thuốc thử khác.
Việc sử dụng miếng chèn này có thể làm giảm lượng chất xúc tác nhũ tương lưỡng tính cần thiết hoặc chất xúc tác chuyển pha (PTC), chẳng hạn như muối amoni bậc bốn với khả năng hòa tan độc đáo trong cả chất lỏng nước và hữu cơ.

Tăng cường chuyển khối lượng cho các phản ứng hóa học

Khi hai pha thuốc thử phản ứng ở ranh giới pha, các sản phẩm phản ứng tích tụ ở bề mặt giọt và chặn các pha thuốc thử tương tác tại giao diện. Sự cắt thủy lực gây ra bởi sự xâm thực siêu âm dẫn đến dòng chảy hỗn loạn và vận chuyển vật liệu từ và đến các bề mặt giọt và dẫn đến sự kết hợp lặp đi lặp lại và hình thành các giọt mới sau đó. Khi phản ứng tiến triển theo thời gian, sonication tối đa hóa sự tiếp xúc và tương tác của thuốc thử.
Hiệu ứng này được sử dụng trong nhiều quá trình, chẳng hạn như transester hóa dầu thực vật thành dầu diesel sinh học hoặc tổng hợp polyester bằng cách transester hóa diester với diol để tạo thành các đại phân tử.

Nhũ hóa / nhũ hóa

Chèn tế bào dòng chảy này cải thiện sự nhũ hóa khi trộn chất lỏng không thể trộn lẫn. Điều này dẫn đến kích thước giọt nhỏ hơn và phân bố kích thước hẹp hơn – yếu tố chính cho sự ổn định của nhũ tương. Với thiết kế này, bạn có thể bơm và nhũ hóa chất lỏng có độ nhớt thấp và trung bình thành các chất lỏng có độ nhớt cao, chẳng hạn như dầu nhiên liệu nặng (HFO), polyme hoặc gel. Một số công thức có thể yêu cầu thêm chất nhũ hóa hoặc chất ổn định. Trong trường hợp này, nó giúp trộn chất nhũ hóa đồng đều. Thiết kế tùy chỉnh để tiêm nhiều hơn một pha mặc dù ống thông có sẵn theo yêu cầu.

Chiết xuất lỏng-lỏng

Chất chèn này thúc đẩy quá trình chiết xuất lỏng-lỏng bằng cách tạo ra nhũ tương hỗn loạn kích thước nhỏ, ví dụ như pha dung môi trong pha dầu. Một lần nữa, điều này làm tăng bề mặt tiếp xúc pha và dẫn đến chiết xuất tốt hơn và giảm sử dụng dung môi.

Nhiên liệu thủy sản để đốt cháy sạch hơn

Dầu nhiên liệu cấp thấp, chẳng hạn như dầu nhiên liệu nặng được sử dụng trên tàu biển hoặc để phát điện có thể được nhũ hóa với nước. Điều này dẫn đến quá trình đốt cháy hiệu quả hơn và giảm đáng kể NO_x khí thải và bồ hóng.
Đọc thêm về nhũ tương siêu âm của nhiên liệu thủy sản (nhũ tương-nhiên liệu)!

Lượng mưa / Sono-Kết tinh

Các sắc tố hoặc hạt nano có thể được tạo ra từ dưới lên bằng cách kết tủa trong chất lỏng. Trong trường hợp này, một hỗn hợp siêu bão hòa bắt đầu hình thành các hạt rắn hoặc tinh thể ra khỏi vật liệu đậm đặc. Những hạt này sẽ phát triển đến một điểm nhất định và cuối cùng kết tủa. Để kiểm soát kích thước và hình thái hạt/tinh thể, việc kiểm soát sự pha trộn tiền chất/thuốc thử là điều cần thiết.
Nói chung, quá trình kết tủa bao gồm: Trộn, siêu bão hòa, tạo mầm, tăng trưởng hạt và kết tụ. Loại thứ hai được tránh bởi nồng độ rắn thấp hoặc bằng các chất ổn định. Việc trộn là rất quan trọng; Đối với hầu hết các quá trình kết tủa, tốc độ của phản ứng là rất cao. InsertMPC48 kết hợp các máy bay phản lực tiêm hẹp nhanh với cắt xâm thực siêu âm mạnh mẽ. Điều này tối đa hóa tốc độ trộn và hiệu suất tạo ra ngày càng nhiều hạt nhỏ hơn.

Từ thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đến quy mô thí điểm và sản xuất

Hielscher Ultrasonics cung cấp thiết bị để kiểm tra, xác minh và sử dụng công nghệ này ở mọi quy mô. Khái niệm này dễ dàng kết hợp vào các quy trình hiện có.

1. Cấp pha A vào cổng vào chất lỏng ở dưới cùng của tế bào dòng chảy
2. Cấp pha B vào (các) cổng vào chất lỏng nhỏ hơn ở bên cạnh tế bào dòng chảy. Thức ăn này sẽ được tiêm vào khu vực xâm thực thông qua 48 ống mịn
3. Điều chỉnh áp suất lò phản ứng bằng van áp suất ngược tại cổng đầu ra của tế bào dòng chảy

Ở cấp độ thiết bị để bàn, máy siêu âm 1 kW UIP1000hdT Có thể xử lý lưu lượng từ 100 đến 1000 L/giờ (25 đến 250 gal/giờ) để trình diễn quy trình và tối ưu hóa các thông số siêu âm. Các thiết bị xử lý siêu âm Hielscher được thiết kế để mở rộng quy mô tuyến tính lên các thể tích xử lý lớn hơn ở quy mô thí điểm hoặc sản xuất. Bảng dưới đây liệt kê các thể tích xử lý và kích thước thiết bị được khuyến nghị.