Reactor sonochimic cu ultrasunete: sistem de omogenizator cu flux continuu pentru prelucrarea chimică

Procesarea chimică și a materialelor moderne necesită din ce în ce mai mult reacții mai rapide, un transfer de masă mai bun, o dispersie îmbunătățită și un control mai eficient al procesului. Agitarea mecanică tradițională și reactoarele discontinue convenționale pot să nu ofere un transfer de energie suficient pentru anumite aplicații solicitante.

Un reactor sonochimic cu ultrasunete combină cavitația ultrasonică de mare intensitate cu procesarea chimică controlată pentru a intensifica procesele fizice și chimice selectate.

Pentru aplicații la scară mai mare, un sistem de sonochimie cu flux continuu poate circula continuu materialul procesului printr-o celulă cu ultrasunete, oferind o zonă controlată de tratament cu ultrasunete de mare intensitate.

Această tehnologie este potrivită pentru aplicații, inclusiv sinteza chimică, extracția, emulsionarea, prepararea nanoparticulelor, cristalizarea, dispersia și alte aplicații de intensificare a procesului.

Ce este un reactor sonochimic cu ultrasunete?

Un reactor sonochimic cu ultrasunete este un sistem de reactor care utilizează energie ultrasonică de înaltă frecvență pentru a îmbunătăți procesele chimice sau fizice care au loc într-un mediu lichid.

Principiul de bază este cavitația acustică.

Când ultrasunetele de mare putere sunt introduse într-un lichid, se generează bule microscopice de cavitație, cresc și ulterior se prăbușesc. Colapsul acestor bule creează condiții localizate de înaltă energie care pot influența semnificativ lichidul din jur.

În funcție de proces, cavitația ultrasonică poate contribui la:

· Transfer de masă îmbunătățit

· Amestecare îmbunătățită

· Deaglomerarea particulelor

· Penetrare îmbunătățită a solventului

· Emulsionare

· Dispersia

· Cristalizare

· Contact îmbunătățit între reactanți

· Intensificarea procesului

Spre deosebire de un agitator convențional, energia ultrasonică poate genera amestecare microscopică intensă și cavitație direct în lichid.

Ce este un sistem de sonochimie cu flux continuu?

Un sistem de sonochimie cu flux continuu este un reactor cu ultrasunete conceput pentru procesare continuă sau recirculară.

În loc să plasați o sondă cu ultrasunete doar în interiorul unui rezervor mare, lichidul de proces este pompat printr-o celulă de flux cu ultrasunete special concepută..

O configurație tipică este:

Rezervor de proces

↓

Pompa de circulatie

↓

Reactor sonochimic cu ultrasunete / Celulă cu flux

↓

Sistem de racire sau incalzire

↓

Întoarce-te la Tank

Materialul poate trece prin reactorul cu ultrasunete în mod repetat până când se obține rezultatul de prelucrare necesar.

Pentru producția continuă, sistemul poate fi configurat, de asemenea, astfel încât materialul să intre și să iasă continuu din reactorul cu ultrasunete.

Sistemul constă în mod normal din mai multe componente cheie:

1. Generator cu ultrasunete

Generatorul de ultrasunete furnizează energie electrică controlată de înaltă frecvență traductorului cu ultrasunete.

Sistemele industriale pot fi echipate cu putere ultrasonică reglabilă și urmărire automată a frecvenței pentru a menține funcționarea stabilă.

2. Traductor cu ultrasunete

Traductorul transformă energia electrică în vibrații mecanice cu ultrasunete.

Pentru procesarea lichidelor industriale, traductoarele piezoelectrice cu ultrasunete sunt utilizate în mod obișnuit.

3. Sonotrod de titan

Sonotrodul transferă vibrația ultrasonică în lichidul de proces.

Sonotrodele din aliaj de titan sunt utilizate pe scară largă pentru aplicații industriale solicitante datorită rezistenței lor mecanice, rezistenței la oboseală și adecvării pentru vibrațiile ultrasonice.

4. Celulă cu flux cu ultrasunete

Celula de flux creează o zonă definită de procesare cu ultrasunete.

Geometria sa poate fi personalizată în funcție de:

· Debitul

· Vâscozitatea lichidului

· Concentrație solidă

· Putere ultrasonică

· Număr de traductoare

· Presiunea de procesare

· Timpul de rezidență necesar

5. Pompă și sistem de circulație

Pompa de circulație controlează mișcarea materialului prin reactorul cu ultrasunete.

Selectarea pompei trebuie să ia în considerare vâscozitatea, temperatura, dimensiunea particulelor, concentrația de solide și debitul necesar.

6. Controlul temperaturii

Ultrasunetele de mare intensitate pot genera căldură.

Pentru procesele sensibile la temperatură, un schimbător de căldură, un răcitor sau un rezervor cu manta poate fi integrat în sistem.

De ce să folosiți sonochimia cu ultrasunete?

Energia cu ultrasunete poate oferi mai multe efecte de intensificare a procesului care sunt dificil de realizat folosind doar agitarea mecanică.

Transfer de masă îmbunătățit

Cavitația acustică și fluxul acustic pot îmbunătăți contactul între diferite faze.

Acest lucru poate aduce beneficii proceselor care implică:

· Extracție solid-lichid

· Reacții lichid-lichid

· Dizolvarea

· Reacții eterogene

· Sisteme catalizatoare

Dispersie îmbunătățită a particulelor

Cavitația cu ultrasunete poate ajuta la descompunerea aglomeratelor de particule și la îmbunătățirea dispersiei pulberilor în lichide.

Aplicațiile potențiale includ:

· Nanomateriale

· Pigmenti

· Suspensii ceramice

· Oxizi metalici

· Materiale de carbon

Emulsionare

Ultrasunetele de mare intensitate pot reduce dimensiunea picăturilor și pot îmbunătăți dispersia lichidelor nemiscibile.

Acest lucru face ca reactoarele cu ultrasunete să fie utile pentru anumite:

· Formulări cosmetice

· Formulări farmaceutice

· Formule alimentare

· Emulsii chimice

Dimensiunea reală a picăturilor și stabilitatea depind de condițiile de formulare și procesare.

Extracție îmbunătățită

Cavitația cu ultrasunete poate ajuta la perturbarea structurilor plantelor și biologice și la îmbunătățirea pătrunderii solvenților.

Aplicațiile potențiale includ extragerea din:

· Ierburi

· Ciuperci

· Alge

· Rădăcini

· Semințe

· Materiale botanice