Công nghệ siêu âm Hielscher

Ultrasonically hỗ trợ lên men cho sản xuất ethanol sinh học

Lên men

Lên men có thể là một Aerobic (= lên men oxy hóa) hoặc quá trình kỵ khí, được sử dụng cho các ứng dụng công nghệ sinh học để chuyển đổi vật liệu hữu cơ bằng vi khuẩn, nấm hoặc các nền văn hóa tế bào sinh học khác hoặc bởi các enzym. Bằng cách lên men, năng lượng được chiết xuất từ quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ, ví dụ như carbohydrate.

Đường là chất nền phổ biến nhất của quá trình lên men, kết quả sau khi lên men trong các sản phẩm như axit lactic, Lactose, ethanol và hydro. Đối với quá trình lên men cồn, ethanol – đặc biệt là để sử dụng làm nhiên liệu, nhưng cũng cho đồ uống có cồn – được sản xuất bằng quá trình lên men. Khi một số chủng nấm men nhất định, như Saccharomyces cerevisiae chuyển hóa đường, các tế bào nấm men chuyển đổi các vật liệu bắt đầu thành ethanol và carbon dioxide.

Các phương trình hóa học dưới đây tóm tắt chuyển đổi:

Trong sản xuất ethanol sinh học phổ biến, đường được chuyển đổi bằng cách lên men thành axit lactic, Lactose, ethanol và hydro.

Các phương trình hóa học tóm tắt sự chuyển đổi thành ethanol sinh học.

Nếu vật liệu bắt đầu là tinh bột, ví dụ như từ ngô, trước hết tinh bột phải được chuyển thành đường. Đối với ethanol sinh học được sử dụng làm nhiên liệu, thủy phân cho việc chuyển đổi tinh bột là cần thiết. Thông thường, thủy phân được tăng tốc bằng cách điều trị axit hoặc enzyme hoặc kết hợp cả hai. Thông thường, quá trình lên men được thực hiện ở khoảng 35 – 40 ° c.
Tổng quan về các quá trình lên men khác nhau:

Thực phẩm:

  • sản xuất & Bảo tồn
  • sữa (lên men axit lactic), ví dụ như sữa chua, Buttermilk, kefir
  • rau lên men lactic, ví dụ như Kimchi, miso, natto, tsukemono, dưa cải bắp
  • phát triển của chất thơm, ví dụ như nước tương
  • phân hủy các tác nhân thuộc da, ví dụ như trà, ca cao, cà phê, thuốc lá
  • đồ uống có cồn, ví dụ như bia, rượu vang, whisky

Thuốc:

  • sản xuất các hợp chất y tế, ví dụ như insulin, axit hyaluronic

Biogas/ethanol:

  • cải thiện sản xuất biogas/ethanol sinh học

Nhiều nghiên cứu và các bài kiểm tra trong băng ghế dự bị và kích thước thí điểm đã chỉ ra rằng siêu âm cải thiện quá trình lên men bằng cách làm cho sinh khối hơn có sẵn cho việc lên men enzym. Trong phần sau đây, những ảnh hưởng của siêu âm trong một chất lỏng sẽ được xây dựng.

Các lò phản ứng siêu âm làm tăng sản lượng biodiesel và hiệu quả xử lý!

Bioethanol có thể được sản xuất từ cuống hướng dương, ngô, mía, vv

Ảnh hưởng của xử lý chất lỏng siêu âm

Bằng siêu âm tần số thấp/cường độ cao có thể được tạo ra. Qua đó, siêu âm tần số thấp/công suất cao có thể được sử dụng để xử lý chất lỏng như trộn, nhũ hóa, phân tán và deagglomeration, hoặc phay.
Khi sonicating chất lỏng ở cường độ cao, các sóng âm thanh Lan truyền vào các phương tiện thông khí chất lỏng dẫn đến xen kẽ áp lực cao (nén) và áp suất thấp (rarefaction) chu kỳ, với mức giá tùy thuộc vào tần số. Trong chu kỳ áp suất thấp, sóng siêu âm cường độ cao tạo ra bong bóng chân không nhỏ hoặc khoảng trống trong chất lỏng. Khi các bong bóng đạt được một khối lượng mà tại đó họ không còn có thể hấp thụ năng lượng, chúng sụp đổ dữ dội trong một chu kỳ áp suất cao. Hiện tượng này được gọi là cavitation. CavitationĐó là “sự hình thành, tăng trưởng, và implosive sụp đổ của bong bóng trong một chất lỏng. Cavitational sự sụp đổ sản xuất mạnh mẽ địa phương sưởi ấm (~ 5000 K), áp suất cao (~ 1000 ATM), và sưởi ấm rất lớn và tỷ lệ làm mát (>109 K / giây)” và các dòng máy bay phản lực lỏng (~ 400 km/h) ". (Suslick 1998)

Cấu trúc hóa học của ethanol

Công thức kết cấu của ethanol

Có nhiều phương tiện khác nhau để tạo ra cavitation, chẳng hạn như bằng vòi phun áp lực cao, Máy trộn rotor-stator, hoặc bộ vi xử lý siêu âm. Trong tất cả các hệ thống năng lượng đầu vào được chuyển thành ma sát, nhiễu loạn, sóng và cavitation. Phần nhỏ của năng lượng đầu vào được chuyển thành cavitation phụ thuộc vào một số yếu tố mô tả phong trào của các thiết bị tạo ra cavitation trong chất lỏng. Cường độ gia tốc là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự biến đổi năng lượng hiệu quả thành cavitation. Tăng tốc cao tạo ra sự khác biệt áp suất cao hơn. Điều này lần lượt làm tăng xác suất của việc tạo ra các bong bóng chân không thay vì việc tạo ra các sóng tuyên truyền qua chất lỏng. Do đó, tăng tốc cao hơn là phần nhỏ của năng lượng được chuyển thành cavitation.
Trong trường hợp của một đầu dò siêu âm, biên độ dao động mô tả cường độ tăng tốc. Biên độ cao hơn kết quả trong một sáng tạo hiệu quả hơn của cavitation. Ngoài cường độ, chất lỏng nên được tăng tốc trong một cách để tạo ra thiệt hại tối thiểu về mặt hỗn loạn, ma sát và thế hệ sóng. Đối với điều này, cách tối ưu là một hướng chuyển động đơn phương. Thay đổi cường độ và các thông số của quá trình sonication, siêu âm có thể rất cứng hoặc rất mềm. Điều này làm cho siêu âm một công cụ rất linh hoạt cho các ứng dụng khác nhau.
Compact and powerful ultrasonic lab devices allow for simple testings in small scale to evaluate process feasibility

Hình ảnh 1 – thiết bị phòng thí nghiệm siêu âm UP100H (100 watt) cho các xét nghiệm khả thi

Các ứng dụng mềm, áp dụng sonication nhẹ trong điều kiện nhẹ, bao gồm sự khử khí, Nhũ hóa, và kích hoạt enzyme. Các ứng dụng cứng với siêu âm cường độ cao/công suất cao (chủ yếu dưới áp suất cao) là phay ướt, sự phóng đại & giảm kích thước hạt, và Phân tán. Đối với nhiều ứng dụng như Khai thác, tan rã hoặc Sonochemistry, cường độ siêu âm yêu cầu phụ thuộc vào vật liệu cụ thể được sonicated. Bởi sự đa dạng của các thông số, có thể được thích nghi với quá trình cá nhân, siêu âm cho phép tìm vị trí ngọt ngào cho từng quá trình cá nhân.
Bên cạnh một chuyển đổi năng lượng xuất sắc, ultrasonication cung cấp lợi thế lớn của toàn quyền kiểm soát các thông số quan trọng nhất: biên độ, áp suất Điều này cung cấp khả năng chỉnh tất cả các thông số này với mục tiêu để tìm ra các thông số xử lý lý tưởng cho từng vật liệu cụ thể. Kết quả là hiệu quả cao hơn cũng như trong hiệu quả tối ưu.

Siêu âm để cải thiện quá trình lên men, giải thích mẫu mực với sản xuất ethanol sinh học

Bioethanol là một sản phẩm của sự phân hủy của sinh khối hoặc chất thải phân hủy bởi các vi khuẩn kỵ khí hoặc hiếu khí. Sản xuất ethanol chủ yếu được sử dụng làm nhiên liệu sinh học. Điều này làm cho ethanol sinh học một thay thế tái tạo và thân thiện môi trường cho nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như khí đốt tự nhiên.
Để sản xuất ethanol từ sinh khối, đường, tinh bột, và vật liệu lignoxenlosic có thể được sử dụng như feedstock. Đối với kích thước sản xuất công nghiệp, đường và tinh bột hiện đang chiếm ưu thế khi chúng được kinh tế thuận lợi.
Làm thế nào siêu âm cải thiện một quá trình khách hàng cá nhân với nguyên nguyên cụ thể trong điều kiện nhất định có thể được thử ra rất đơn giản bởi các xét nghiệm khả thi. Ở bước đầu tiên, sonication của một lượng nhỏ bùn nguyên liệu với siêu âm thiết bị phòng thí nghiệm sẽ hiển thị, nếu siêu âm không ảnh hưởng đến nguyên liệu.

Kiểm tra tính khả thi

Trong giai đoạn thử nghiệm đầu tiên, nó là phù hợp để giới thiệu một số tiền tương đối cao năng lượng siêu âm thành một khối lượng nhỏ chất lỏng như do đó cơ hội tăng lên để xem nếu có kết quả có thể thu được. Một khối lượng mẫu nhỏ cũng rút ngắn thời gian sử dụng thiết bị phòng thí nghiệm và cắt giảm chi phí cho các thử nghiệm đầu tiên.
Sóng siêu âm được truyền qua bề mặt của sonotrode vào chất lỏng. Beneth bề mặt sonotrode, cường độ siêu âm là dữ dội nhất. Qua đó, khoảng cách ngắn giữa sonotrode và sonicated vật liệu được ưa thích. Khi một khối lượng chất lỏng nhỏ được tiếp xúc, khoảng cách từ sonotrode có thể được giữ ngắn.
Bảng dưới đây cho thấy mức năng lượng/khối lượng điển hình cho các quá trình sonication sau khi tối ưu hóa. Kể từ khi các thử nghiệm đầu tiên sẽ không được chạy ở cấu hình tối ưu, cường độ sonication và thời gian bởi 10 đến 50 lần giá trị điển hình sẽ hiển thị nếu có bất kỳ tác dụng cho các vật liệu sonicated hay không.

quá trình

Năng lượng

âm lượng

Khối lượng mẫu

Điện

thời gian

Đơn giản

< 100Ws/mL

10mL

50W

< 20 giây

Trung bình

100Ws/mL đến 500Ws/mL

10mL

50W

20 đến 100 giây

Cứng

> 500Ws/mL

10mL

50W

>100 giây

Bảng 1 – Giá trị sonication điển hình sau khi tối ưu hóa quá trình

Đầu vào điện thực tế của các chạy thử có thể được ghi lại thông qua ghi dữ liệu tích hợp (UP200Ht và UP200St), giao diện PC hoặc bằng PowerMeter. Kết hợp với các dữ liệu ghi lại của thiết lập biên độ và nhiệt Ðộ, kết quả của mỗi phiên tòa có thể được đánh giá và một dòng dưới cùng cho năng lượng/khối lượng có thể được thiết lập.
Nếu trong quá trình kiểm tra, cấu hình tối ưu đã được chọn, hiệu suất cấu hình này có thể được xác minh trong bước tối ưu hóa và cuối cùng có thể được thu nhỏ đến mức thương mại. Để tạo thuận lợi cho việc tối ưu hóa, nó là rất khuyến khích để kiểm tra các giới hạn của sonication, ví dụ như nhiệt độ, biên sử hoặc năng lượng/khối lượng cho các công thức cụ thể, quá. Vì siêu âm có thể tạo ra các tác động tiêu cực đến các tế bào, hóa chất hoặc các hạt, các mức độ quan trọng cho mỗi thông số cần được kiểm tra để hạn chế tối ưu hóa sau đây đối với phạm vi tham số mà các tác động tiêu cực không được quan sát. Đối với nghiên cứu khả thi phòng thí nghiệm nhỏ hoặc các đơn vị băng ghế dự bị được khuyến khích để hạn chế chi phí cho thiết bị và mẫu trong các thử nghiệm như vậy. Nói chung 100 đến 1.000 Watts đơn vị phục vụ các mục đích của nghiên cứu khả thi rất tốt. (CF. Hielscher 2005)

Ultrasonic processes are easy to optimize and to scale up. This turns ultrasonication into an highly potential processing alternative to high pressure homogenizers, pearl and bead mills or three-roll mills.

Bảng 1 – Giá trị sonication điển hình sau khi tối ưu hóa quá trình

Tối ưu hóa

Các kết quả đạt được trong các nghiên cứu khả thi có thể hiển thị một tiêu thụ năng lượng khá cao về khối lượng nhỏ được điều trị. Nhưng mục đích của thử nghiệm khả thi là chủ yếu để hiển thị các hiệu ứng của siêu âm với vật liệu. Nếu trong khả năng thử nghiệm các hiệu ứng tích cực xảy ra, các nỗ lực hơn nữa phải được thực hiện để tối ưu hóa tỷ lệ Energy/Volume. Điều này có nghĩa là để khám phá cấu hình lý tưởng của các thông số siêu âm để đạt được năng suất cao nhất bằng cách sử dụng năng lượng ít hơn có thể để làm cho quá trình kinh tế hợp lý nhất và hiệu quả. Để tìm cấu hình tham số tối ưu – thu thập các lợi ích dự định với đầu vào năng lượng tối thiểu – mối tương quan giữa các thông số biên độ, áp suất, nhiệt Chất lỏng thành phần phải được điều tra. Trong bước thứ hai này, sự thay đổi từ sonication hàng loạt sang một thiết lập sonication liên tục với lò phản ứng dòng chảy được khuyến cáo như là tham số quan trọng của áp lực không thể bị ảnh hưởng cho sonication hàng loạt. Trong sonication trong một lô, áp lực được giới hạn ở áp suất môi trường xung quanh. Nếu quá trình sonication vượt qua một buồng tế bào dòng chảy có thể áp dụng, áp suất có thể được nâng lên (hoặc giảm) mà nói chung ảnh hưởng đến siêu âm Cavitation Mạnh. Bằng cách sử dụng một tế bào dòng chảy, sự tương quan giữa áp lực và hiệu quả quá trình có thể được xác định. Bộ vi xử lý siêu âm giữa 500 watt2000 Watt của quyền lực là phù hợp nhất để tối ưu hóa một quá trình.

Fully controllable ultrasonic equipment allows for process optimization and completely linear scale-up

Hình 2 – biểu đồ lưu lượng để tối ưu hóa quy trình siêu âm

Quy mô-up để sản xuất thương mại

Nếu được tìm thấy cấu hình tối ưu, quy mô tiếp theo rất đơn giản như các quá trình siêu âm có khả năng tái tạo đầy đủ trên quy mô tuyến tính. Điều này có nghĩa, khi siêu âm được áp dụng cho một công thức chất lỏng giống hệt nhau theo cấu hình tham số xử lý giống hệt nhau, cùng một năng lượng cho mỗi khối lượng là cần thiết để có được một kết quả giống nhau độc lập với quy mô chế biến. (Hielscher 2005). Điều đó làm cho nó có thể thực hiện các cấu hình tham số tối ưu của siêu âm với kích thước quy mô sản xuất đầy đủ. Hầu như, khối lượng có thể được xử lý ultrasonically là không giới hạn. Hệ thống siêu âm thương mại với tối đa 16.000 watt mỗi đơn vị có sẵn và có thể được cài đặt trong cụm. Các cụm bộ vi xử lý siêu âm như vậy có thể được cài đặt Parallel hoặc trong chuỗi. Bởi cụm-khôn ngoan cài đặt bộ xử lý siêu âm công suất cao, Tổng công suất gần như không giới hạn để các dòng âm lượng cao có thể được xử lý mà không có vấn đề. Ngoài ra nếu một sự thích ứng của hệ thống siêu âm là cần thiết, ví dụ như để điều chỉnh các thông số cho một công thức chất lỏng sửa đổi, điều này có thể được thực hiện chủ yếu bằng cách thay đổi sonotrode, tăng cường hoặc tế bào dòng chảy. Khả năng mở rộng tuyến tính, tính tái tạo và tính thích ứng của siêu âm làm cho công nghệ tiên tiến này hiệu quả và hiệu quả về chi phí.

16kW ultrasonic machine for industrial processing of large volume streams, e.g. biodiesel, bioethanol, nano particle processing and manifold other applications.

Hình 3 – bộ xử lý siêu âm công nghiệp UIP16000 với công suất 16.000 Watts

Các thông số của xử lý siêu âm

Xử lý chất lỏng siêu âm được mô tả bởi một số thông số. Quan trọng nhất là biên độ, áp suất, Nhiệt Ðộ và độ nhớt. Kết quả quá trình, chẳng hạn như kích thước hạt, cho một cấu hình tham số nhất định là một chức năng của năng lượng cho mỗi khối lượng xử lý. Chức năng thay đổi theo các tham số riêng lẻ. Hơn nữa, sản lượng điện thực tế cho mỗi diện tích bề mặt của sonotrode của một đơn vị siêu âm phụ thuộc vào các thông số. Sản lượng điện trên mỗi diện tích bề mặt của sonotrode là cường độ bề mặt (I). Cường độ bề mặt phụ thuộc vào biên độ (A), áp suất (p), thể tích lò phản ứng (VR), Nhiệt Ðộ (T), nhớt (η) và các loại khác.

Các thông số quan trọng nhất của việc xử lý siêu âm bao gồm biên độ (A), áp suất (p), thể tích lò phản ứng (VR), nhiệt

Tác động cavitational của việc xử lý siêu âm phụ thuộc vào cường độ bề mặt được decribed bởi biên độ (A), áp suất (p), khối lượng lò phản ứng (VR), Temperature (T), nhớt (η) và những người khác. Các dấu cộng và trừ chỉ ra một ảnh hưởng tích cực hoặc tiêu cực của các thông số cụ thể trên cường độ sonication.

Tác động của cavitation tạo ra phụ thuộc vào cường độ bề mặt. Trong cùng một cách, kết quả quá trình tương quan. Tổng sản lượng điện của một đơn vị siêu âm là sản phẩm cường độ bề mặt (I) và diện tích bề mặt (S):

P [W] I [W / Mm²]* S[Mm²]

biên độ

Biên độ dao động mô tả cách (ví dụ: 50 μm) bề mặt sonotrode đi trong một thời gian nhất định (ví dụ 1/20, 000s ở 20kHz). Biên độ càng lớn, tốc độ càng cao thì áp suất giảm và tăng ở mỗi cơn đột quỵ. Thêm vào đó, khối lượng thuyên của mỗi tăng đột quỵ dẫn đến một khối lượng cavitation lớn hơn (kích thước bong bóng và/hoặc số). Khi áp dụng cho phân tán, biên độ cao hơn cho thấy sự phá huỷ đa cao hơn với các hạt rắn. Bảng 1 cho thấy các giá trị chung cho một số quy trình siêu âm.

The ultrasound amplitude is an important process parameter.

Bảng 2 – Khuyến nghị chung cho amplitudes

Áp lực

Điểm sôi của chất lỏng phụ thuộc vào áp suất. Áp suất cao hơn là điểm sôi, và đảo ngược. Áp suất cao cho phép cavitation ở nhiệt độ gần hoặc trên điểm sôi. Nó cũng làm tăng cường độ của sự nổ, có liên quan đến sự khác biệt giữa áp suất tĩnh và áp suất hơi bên trong bong bóng (CF. Vercet et al. 1999). Vì sức mạnh siêu âm và cường độ thay đổi nhanh chóng với những thay đổi trong áp suất, một máy bơm áp suất liên tục là thích hợp hơn. Khi cung cấp chất lỏng cho một dòng chảy-tế bào bơm nên có khả năng xử lý các dòng chảy chất lỏng cụ thể ở áp lực phù hợp. Cơ hoành hoặc màng bơm; linh hoạt-ống, vòi hoặc máy bơm squeeze; Máy bơm nhu động; hoặc máy bơm pit tông hoặc pít tông sẽ tạo ra biến động áp suất xen kẽ. Máy bơm ly tâm, máy bơm bánh răng, máy bơm xoắn ốc, và bơm khoang tiến bộ cung cấp chất lỏng được sonicated ở áp suất ổn định liên tục được ưa chuộng. (Hielscher 2005)

nhiệt độ

Bằng cách sonicating một chất lỏng, điện được truyền vào môi trường. Khi dao động tạo ra ultrasonically gây ra sự hỗn loạn và ma sát, chất lỏng sonicated-phù hợp với pháp luật của nhiệt động lực học – sẽ nóng lên. Nhiệt độ cao của môi trường chế biến có thể phá hủy vật liệu và giảm hiệu quả của siêu âm cavitation. Các tế bào dòng siêu âm sáng tạo được trang bị một chiếc áo khoác làm mát (xem hình). Bởi đó, kiểm soát chính xác nhiệt độ của vật liệu trong quá trình xử lý siêu âm được đưa ra. Đối với sonication cốc của khối lượng nhỏ hơn một bồn tắm đá để tản nhiệt được khuyến khích.

Picture 3 – Ultrasonic transducer UIP1000hd (1000 watts) with flow cell equipped with cooling jacket – typical equipment for optimization steps or small scale production

Hình 3 – đầu dò siêu âm UIP1000hd (1000 watt) với tế bào dòng chảy được trang bị áo khoác làm mát-thiết bị điển hình cho các bước tối ưu hóa hoặc sản xuất quy mô nhỏ

Độ nhớt và sự tập trung

Siêu âm phayPhân tán là quá trình chất lỏng. Các hạt phải ở trong một hệ thống treo, ví dụ như trong nước, dầu, dung môi hoặc nhựa. Bằng việc sử dụng các hệ thống dòng chảy siêu âm, nó trở thành có thể sonicate rất nhớt, vật liệu nhão.
Bộ xử lý siêu âm công suất cao có thể chạy ở nồng độ chất rắn khá cao. Một nồng độ cao cung cấp hiệu quả của việc xử lý siêu âm, như hiệu ứng phay siêu âm là do va chạm giữa các hạt. Điều tra đã chỉ ra rằng tỷ lệ vỡ của silica là độc lập với nồng độ rắn lên đến 50% theo trọng lượng. Việc xử lý các lô tổng thể với tỷ lệ vật liệu tập trung cao là một quy trình sản xuất phổ biến bằng cách sử dụng ultrasonication.

Sức mạnh và cường độ so với năng lượng

Cường độ bề mặt và Tổng công suất chỉ mô tả cường độ xử lý. Khối lượng mẫu sonicated và thời gian tiếp xúc ở cường độ nhất định phải được xem xét để mô tả một quá trình sonication để làm cho nó có thể mở rộng và tái sanh sản. Đối với một cấu hình tham số nhất định, kết quả quá trình, ví dụ như kích thước hạt hoặc chuyển đổi hóa học, sẽ phụ thuộc vào năng lượng trên mỗi thể tích (E/V).

Kết quả = F (E /V )

Trường hợp năng lượng (E) là sản phẩm của đầu ra điện (P) và thời gian phơi sáng (t).

E[Ws] = P[W]*T[S]

Những thay đổi trong cấu hình tham số sẽ thay đổi chức năng kết quả. Điều này lần lượt sẽ thay đổi số năng lượng (E) cần thiết cho một giá trị mẫu cho trước (V) để có được một giá trị kết quả cụ thể. Vì lý do này, nó là không đủ để triển khai một sức mạnh nhất định của siêu âm vào một quá trình để có được một kết quả. Một cách tiếp cận phức tạp hơn là cần thiết để xác định sức mạnh cần thiết và cấu hình tham số mà tại đó sức mạnh nên được đưa vào vật liệu quá trình. (Hielscher 2005)

Ultrasonically hỗ trợ sản xuất của Bioethanol

Nó đã được biết rằng siêu âm cải thiện sản xuất ethanol sinh học. Đó là khuyến khích để làm dày chất lỏng với sinh khối đến một bùn có độ nhớt cao mà vẫn còn có thể là bí ngô. Lò phản ứng siêu âm có thể xử lý nồng độ rắn khá cao để quá trình sonication có thể chạy hiệu quả nhất. Các vật liệu nhiều hơn được chứa trong bùn, chất lỏng ít tàu sân bay, mà sẽ không lợi nhuận từ quá trình sonication, sẽ được điều trị. Khi đầu vào của năng lượng vào một chất lỏng gây ra một sưởi ấm của chất lỏng theo pháp luật của nhiệt động lực học, điều này có nghĩa rằng năng lượng siêu âm được áp dụng cho các vật liệu mục tiêu, như xa càng tốt. Bởi một thiết kế quá trình hiệu quả như vậy, một sự sưởi ấm lãng phí của chất lỏng dư thừa được tránh.
Siêu âm hỗ trợ Khai thác của vật liệu nội bào và làm cho nó qua đó có sẵn cho quá trình lên men enzym. Điều trị siêu âm nhẹ có thể tăng cường hoạt động enzym, nhưng để khai thác sinh khối siêu âm dữ dội hơn sẽ được yêu cầu. Do đó, các enzym nên được thêm vào bùn sinh khối sau khi sonication như siêu âm cường độ cao làm bất hoạt enzyme, đó là một hiệu ứng không mong muốn.

Kết quả hiện tại đạt được bằng nghiên cứu khoa học:

Các nghiên cứu của Yoswathana et al. (2010) liên quan đến việc sản xuất ethanol sinh học từ rơm rạ đã chỉ ra rằng sự kết hợp của acid tiền xử và siêu âm trước khi điều trị enzym dẫn đến tăng năng suất đường lên đến 44% (trên cơ sở rơm gạo). Điều này cho thấy hiệu quả của sự kết hợp của tiền xử lý thể chất và hóa học trước khi thủy phân enzym của lignoxenđric mất vật liệu để đường.

Biểu đồ 2 minh họa các tác động tích cực của chiếu xạ siêu âm trong quá trình sản xuất ethanol sinh học từ rơm gạo đồ họa. (Than đã được sử dụng để giải độc các mẫu được điều trị trước từ tiền xử lý axit/enzyme và tiền xử lý siêu âm.)

Các kết quả lên men siêu âm hỗ trợ trong một năng suất ethanol cao hơn đáng kể. Ethanol sinh học đã được sản xuất từ rơm gạo.

Bảng xếp hạng 2 – Tăng cường siêu âm năng suất ethanol trong quá trình lên men (Yoswathana et al. 2010)

Trong một nghiên cứu gần đây, ảnh hưởng của ultrasonication trên ngoại bào và mức độ nội bào của enzyme β-galactosidase đã được kiểm tra. Sulaiman et al. (2011) có thể cải thiện năng suất của sản xuất ethanol sinh học đáng kể, sử dụng siêu âm ở một nhiệt độ kiểm soát kích thích sự phát triển của nấm men của Kluyveromyces marxianus (ATCC 46537). Các tác giả của giấy hồ sơ mà sonication liên tục với siêu âm điện (20 kHz) tại chu kỳ nhiệm vụ của ≤ 20% kích thích sản xuất sinh khối, chuyển hóa lactose và sản xuất ethanol trong K. marxianus ở cường độ sonication tương đối cao 11,8 WCM2. Trong điều kiện tốt nhất, sonication tăng cường nồng độ ethanol cuối cùng gần 3,5 lần tương đối để kiểm soát. Điều này tương ứng với một tăng cường 3,5 lần trong năng suất ethanol, nhưng yêu cầu 952W đầu vào nguồn điện bổ sung cho mỗi mét khối nước dùng thông qua sonication. Điều này yêu cầu bổ sung cho năng lượng chắc chắn là trong phạm vi hoạt động chấp nhận được cho các lò phản ứng sinh học và, cho các sản phẩm có giá trị cao, có thể dễ dàng bù đắp bởi năng suất tăng lên.

Kết luận: lợi ích từ quá trình lên men Ultrasonically hỗ trợ

Điều trị bằng siêu âm đã được hiển thị như một kỹ thuật hiệu quả và sáng tạo để nâng cao năng suất ethanol sinh học. Chủ yếu, siêu âm được sử dụng để trích xuất vật liệu nội bào từ sinh khối, chẳng hạn như ngô, đậu nành, rơm, vật liệu ligno-xenlosic hoặc chất thải thực vật.

  • Tăng năng suất ethanol sinh học
  • Khử trùng/di động DISTRUCTION và phát hành vật liệu trong tế bào
  • Cải thiện kỵ khí phân hủy
  • Kích hoạt các enzym bằng sonication nhẹ
  • Cải thiện hiệu quả quá trình bằng slurries nồng độ cao

Các thử nghiệm đơn giản, mở rộng quy mô và dễ dàng cài đặt (cũng trong dòng sản xuất đã tồn tại) làm cho Ultrasonics trở thành một công nghệ có lợi nhuận và hiệu quả. Bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp đáng tin cậy để xử lý thương mại có sẵn và làm cho nó có thể sonicate hầu như không giới hạn khối lượng chất lỏng.

UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

Picure 4-thiết lập với bộ xử lý siêu âm 1000W UIP1000hd, tế bào dòng chảy, Bể và bơm

Liên hệ / Yêu cầu Thêm Thông tin

Nói chuyện với chúng tôi về các yêu cầu xử lý của bạn. Chúng tôi sẽ giới thiệu các thiết lập và xử lý các thông số phù hợp nhất cho dự án của bạn.






Văn học / Tài liệu tham khảo

  • Hielscher, T. (2005): sản xuất siêu âm của nhũ tương kích thước nano và phân tán. trong: kỷ yếu của châu Âu Hội nghị hệ thống Nano ENS’05.
  • Jomdecha, C.; Prateepasen, A. (2006): Các nghiên cứu của Low-siêu âm năng lượng ảnh hưởng đến tăng trưởng nấm men trong quá trình lên men. Tại: 12Th Châu á-Thái Bình Dương hội nghị về NDT, 5,0-10.11.2006, Auckland, New Zealand.
  • Kuldiloke, J. (2002): tác dụng của siêu âm, nhiệt độ và áp suất điều trị trên hoạt động của enzyme một chỉ số chất lượng của trái cây và rau quả nước ép; Tiến sĩ luận án tại Technische Universität. Berlin, 2002.
  • Mokkila, M., Mustranta, A., Buchert, J., Poutanen, K. (2004): kết hợp siêu âm điện với các enzym trong chế biến nước ép Berry. Tại: 2nd Int. conf. Biocatalysis of Food and drinks, 19,0-22.9.2004, Stuttgart, Đức.
  • Müller, M. R. A.; Ehrmann, M. A.; Vogel, R. F. (2000): multiplex PCR để phát hiện lactobacillus Pontis và hai loài liên quan trong một quá trình lên men bột chua. Áp dụng & Vi sinh vật môi trường. 66/5 2000. Các trang 2113-2116.
  • Nikolic, S.; Mojovic, L.; Rakin, M.; Pejin, D.; Pejin, J. (2010): siêu âm hỗ trợ sản xuất ethanol sinh học do đường hóa simoultaneous và lên men của bữa ăn ngô. Trong: hóa học thực phẩm 122/2010. Các trang 216-222.
  • Sulaiman, A. Z.; Ajit, A.; Yunus, R. M.; Cisti, Y. (2011): lên men hỗ trợ siêu âm tăng cường năng suất ethanol sinh học. Tạp chí kỹ thuật sinh hóa 54/2011. Các trang 141 – 150.
  • Suslick, K. S. (1998): Encyclopedia of công nghệ hóa học Kirk-Othmer. 4Th Ed. Wiley. & Sons: New York, 1998. Các trang 517-541.
  • Yoswathana, N.; Phuriphipat, P.; Treyawutthiawat, P.; Eshtiaghi, M. N. (2010): sản xuất ethanol sinh học từ rơm gạo. Trong: tạp chí nghiên cứu năng lượng 1/1 2010. Các trang 26-31.