Ultrahangos szonokémiai reaktor: Folyamatos áramlású homogenizáló rendszer vegyi feldolgozáshoz

A modern vegyi és anyagfeldolgozás egyre inkább gyorsabb reakciókat, jobb tömegtranszfert, jobb diszperziót és hatékonyabb folyamatszabályozást igényel. A hagyományos mechanikus keverés és a hagyományos szakaszos reaktorok bizonyos igényes alkalmazásokhoz nem biztosítanak elegendő energiaátvitelt.

Az ultrahangos szonokémiai reaktor a nagy intenzitású ultrahangos kavitációt egyesíti a szabályozott kémiai feldolgozással, hogy fokozza a kiválasztott fizikai és kémiai folyamatokat.

Nagyobb méretű alkalmazásokhoz a Continuous Flow Sonochemistry System folyamatosan keringteti a folyamatanyagot egy ultrahangos áramlási cellán keresztül, így szabályozott, nagy intenzitású ultrahangos kezelési zónát biztosít.

Ez a technológia alkalmas olyan alkalmazásokra, mint a kémiai szintézis, extrakció, emulgeálás, nanorészecskék előkészítése, kristályosítás, diszperzió és egyéb folyamatintenzív alkalmazások..

Mi az ultrahangos szonokémiai reaktor?

Az ultrahangos szonokémiai reaktor olyan reaktorrendszer, amely nagyfrekvenciás ultrahangos energiát használ a folyékony közegben végbemenő kémiai vagy fizikai folyamatok fokozására.

Az alapelv az akusztikus kavitáció.

Amikor nagy teljesítményű ultrahangot vezetnek be egy folyadékba, mikroszkopikus kavitációs buborékok keletkeznek, amelyek növekednek, majd összeomlanak. Ezeknek a buborékoknak az összeomlása lokális, nagy energiájú körülményeket teremt, amelyek jelentősen befolyásolhatják a környező folyadékot.

A folyamattól függően az ultrahangos kavitáció hozzájárulhat:

· Fokozott tömegátvitel

· Továbbfejlesztett keverés

· Részecskedeagglomeráció

· Jobb oldószer behatolás

· Emulgeálás

· Diszperzió

· Kristályosítás

· Jobb érintkezés a reagensek között

· Folyamatok intenzifikálása

A hagyományos keverőkkel ellentétben az ultrahangos energia intenzív mikroszkopikus keveredést és kavitációt generálhat közvetlenül a folyadékban.

Mi az a folyamatos áramlású szonokémiai rendszer?

A Continuous Flow Sonochemistry System egy ultrahangos reaktor, amelyet folyamatos vagy recirkulációs feldolgozásra terveztek.

Ahelyett, hogy az ultrahangos szondát csak egy nagy adagtartályba helyeznék, a folyamatfolyadékot egy speciálisan kialakított ultrahangos áramlási cellán keresztül pumpálják..

Egy tipikus konfiguráció a következő:

Feldolgozó tartály

↓

Keringető szivattyú

↓

Ultrahangos Sonochemical Reactor / Flow Cell

↓

Hűtő vagy fűtési rendszer

↓

Vissza a Tankhoz

Az anyag többször is áthaladhat az ultrahangos reaktoron, amíg el nem éri a kívánt feldolgozási eredményt.

Folyamatos gyártáshoz a rendszer úgy is konfigurálható, hogy az anyag folyamatosan kerüljön be és kerül ki az ultrahangos reaktorba.

A rendszer általában több kulcselemből áll:

1. Ultrahangos generátor

Az ultrahangos generátor szabályozott nagyfrekvenciás elektromos energiát lát el az ultrahangos átalakító számára.

Az ipari rendszerek felszerelhetők állítható ultrahangos teljesítménnyel és automatikus frekvenciakövetéssel a stabil működés fenntartása érdekében.

2. Ultrahangos jelátalakító

A jelátalakító az elektromos energiát mechanikus ultrahangos rezgéssé alakítja.

Az ipari folyadékfeldolgozáshoz általában piezoelektromos ultrahangos átalakítókat használnak.

3. Titanium Sonotrode

A szonotróda ultrahangos rezgést továbbít a folyamatfolyadékba.

A titánötvözetből készült szonotródákat mechanikai szilárdságuk, fáradtságállóságuk és ultrahangos vibrációra való alkalmasságuk miatt széles körben használják igényes ipari alkalmazásokban.

4. Ultrahangos áramlási cella

Az áramlási cella egy meghatározott ultrahangos feldolgozó zónát hoz létre.

A geometriája testreszabható az alábbiak szerint:

· Áramlási sebesség

· Folyadék viszkozitása

· Szilárd koncentráció

· Ultrahangos teljesítmény

· A jelátalakítók száma

· Feldolgozási nyomás

· Szükséges tartózkodási idő

5. Szivattyú és keringtető rendszer

A keringtető szivattyú szabályozza az anyag mozgását az ultrahangos reaktoron keresztül.

A szivattyú kiválasztásánál figyelembe kell venni a viszkozitást, a hőmérsékletet, a részecskeméretet, a szilárdanyag-koncentrációt és a szükséges áramlási sebességet.

6. Hőmérséklet-szabályozás

A nagy intenzitású ultrahang hőt termelhet.

Hőmérséklet-érzékeny folyamatokhoz hőcserélő, hűtő vagy köpenyes tartály integrálható a rendszerbe.

Miért használja az ultrahangos szonokémiát?

Az ultrahangos energia számos olyan folyamatintenzív hatást biztosíthat, amelyeket csak mechanikus keveréssel nehéz elérni.

Továbbfejlesztett tömegtranszfer

Az akusztikus kavitáció és az akusztikus streaming javíthatja a különböző fázisok közötti érintkezést.

Ez előnyös lehet a következő folyamatokban:

· Szilárd-folyadék extrakció

· Folyadék-folyadék reakciók

· Feloldódás

· Heterogén reakciók

· Katalizátor rendszerek

Javított részecske diszperzió

Az ultrahangos kavitáció segíthet a részecskeagglomerátumok lebontásában és javíthatja a porok folyadékokban való diszperzióját.

A lehetséges alkalmazások a következők:

· Nanoanyagok

· Pigmentek

· Kerámia iszapok

· Fém-oxidok

· Szén anyagok

Emulgeálás

A nagy intenzitású ultrahang csökkentheti a cseppek méretét és javíthatja az elegyedhetetlen folyadékok diszperzióját.

Ez az ultrahangos reaktorokat bizonyos esetekben hasznossá teszi:

· Kozmetikai készítmények

· Gyógyszerészeti készítmények

· Élelmiszer-összetételek

· Kémiai emulziók

A cseppek tényleges mérete és stabilitása a készítménytől és a feldolgozási körülményektől függ.

Továbbfejlesztett extrakció

Az ultrahangos kavitáció segíthet a növényi és biológiai struktúrák megzavarásában, és javíthatja az oldószer behatolását.

A lehetséges alkalmazások közé tartozik a kitermelés a következőkből:

· Gyógynövények

· Gomba

· Algák

· Gyökerek

· Magok

· Botanikai anyagok