Шта је ултразвучни систем за циркулацију хомогенизатора? Са ћелијом протока.

Шта је ултразвучни систем за циркулацију хомогенизатора? Са ћелијом протока.

У савременој хемијској, фармацеутској, прехрамбеној, козметичкој и преради материјала, многи процеси захтевају ефикасно мешање, екстракцију, дисперзију, емулзификацију или хемијске реакције.

Традиционално механичко мешање може да обезбеди масовно мешање, али не може да генерише довољно енергије на микроскопском нивоу. Ово је место где ултразвучна сонохемија може да обезбеди додатни механизам обраде.

Ултразвучни сонохемијски циркулациони систем је систем за ултразвучну обраду континуалног протока који комбинује ултразвучну кавитацију са циркулацијом течности да би се интензивирале хемијске реакције и физичка обрада.

Уместо да се цела течност третира само унутар стационарног резервоара, материјал се континуирано пумпа кроз ултразвучну реакциону комору, где се примењује ултразвучна енергија високог интензитета.

Шта је сонохемија?

Сонохемија је употреба ултразвучне енергије за промовисање или интензивирање хемијских и физичких процеса.

Када се ултразвук велике снаге уведе у течност, он производи микроскопске мехуриће кроз феномен познат као акустична кавитација.

Ови мехурићи брзо расту и колабирају под ултразвучним таласима притиска.

Имплозија кавитационих мехурића може да створи локализоване високоенергетске услове, укључујући екстремно високу температуру и притисак у веома кратким временским периодима.

Овај феномен може изазвати неколико ефеката:

· Побољшан пренос масе

· Поремећај честица

· Побољшано мешање

· Повећан контакт између реактаната

· Побољшана екстракција

· Емулзификација

· Деагломерација

· Убрзање одређених хемијских реакција

Стога, ултразвучна енергија може деловати као технологија за интензивирање процеса, а не само као конвенционални миксер.

Како функционише ултразвучни сонохемијски систем циркулације?

Типичан систем циркулације састоји се од неколико главних компоненти:

Напојни резервоар → Циркулациона пумпа → Ултразвучна проточна ћелија → Повратни вод → Резервоар

Материјал се прво убацује у процесни резервоар.

Циркулациона пумпа непрекидно преноси течност кроз ултразвучну реакциону комору. Унутар коморе, један или више ултразвучних претварача или сонотрода уносе ултразвучну енергију високог интензитета у материјал који тече.

Третирана течност се затим враћа у резервоар.

Процес циркулације се може наставити током унапред одређеног периода док се не постигне жељени ефекат обраде.

Основни ток процеса

Процесс Танк

↓

Цирцулатион Пумп

↓

Ултразвучна проточна ћелија

↓

Ултразвучни третман кавитације

↓

Вратите се у Тенк

↓

Континуирана рециркулација

Овај дизајн омогућава да се ултразвучни третман комбинује са контролисаним протоком, температуром и временом обраде.

Улога ултразвучне проточне ћелије

Ултразвучна проточна ћелија је једна од најважнијих компоненти сонохемијског циркулационог система.

За разлику од ултразвучне сонде која се једноставно убацује у велики резервоар, проточна ћелија ствара контролисану зону обраде.

Проточна ћелија може бити дизајнирана око:

· Брзина протока течности

· Ултразвучна снага

· Фреквенција

· Вискозност материјала

· Чврста концентрација

· Температура

· Време боравка

· Потребан капацитет обраде

Како материјал пролази кроз ултразвучну зону, он добија концентрисану акустичну енергију.

За индустријске системе, вишеструки ултразвучни претварачи се такође могу интегрисати у проточну ћелију како би се повећао капацитет обраде.

Зашто користити циркулациони систем?

Конвенционални ултразвучни систем резервоара може добро да функционише за лабораторијску обраду или релативно мале серије.

Међутим, како се обим обраде повећава, испорука довољне ултразвучне енергије уједначено у великом резервоару постаје све изазовнија.

Систем циркулације пружа други приступ.

Уместо покушаја да се соникира цео резервоар истовремено, материјал се више пута пролази кроз зону ултразвучног третмана високог интензитета.

Ово обезбеђује бољу контролу над:

· Ултразвучни унос енергије

· Брзина протока

· Време третмана

· Температура

· Циклуси обраде

· Сцале-уп

Из тог разлога, циркулациони системи су посебно атрактивни за пилотску и индустријску континуалну обраду.

Главне предности ултразвучне сонохемијске циркулације

1. Локализована кавитација високог интензитета

Ултразвучна проточна ћелија концентрише ултразвучну енергију у дефинисану област обраде.

Ово може створити јако окружење кавитације за хемијску и физичку обраду.

2. Побољшан пренос масе

Ултразвучна кавитација и акустично струјање могу побољшати контакт између течних фаза, честица и реактаната.

Ово може бити корисно за екстракцију, растварање и хетерогене реакције.

3. Појачане хемијске реакције

За одговарајуће хемијске системе, ултразвук може повећати контакт између реактаната и побољшати услове реакције.

Стварни ефекат у великој мери зависи од реакционе хемије, растварача, концентрације, температуре и ултразвучних параметара.

4. Побољшана дисперзија

Ултразвучна кавитација може разбити агломерате честица и побољшати дисперзију финих честица у течностима.

Ово чини технологију корисном за пигменте, наночестице, керамику, материјале повезане са графеном и друге напредне материјале.

5. Континуирана обрада

Материјал може континуирано да циркулише кроз ултразвучну комору за третман.

Ово обезбеђује скалабилну конфигурацију процеса у поређењу са једноставним повећањем величине ултразвучне купке.

6. Боља контрола температуре

Пошто процесна течност циркулише кроз систем, измењивач топлоте или расхладни уређај се може уградити у циркулацијску петљу.

Ово је посебно важно за производе осетљиве на температуру и реакције где се мора избегавати прекомерна топлота.

Типичне апликације

Ултразвучни сонохемијски циркулациони системи могу се користити у многим индустријама.

Ултразвучна екстракција

Ултразвук може помоћи у екстракцији активних једињења из:

· Биље

· Биљке

· Алге

· Печурке

· Корени

· Семе

· Ботанички материјали

Кавитација може помоћи у поремећењу биљних или биолошких структура и побољшати продирање растварача и пренос масе.

Цхемицал Синтхесис

Ултразвук се може истражити као метода интензивирања процеса за одабране хемијске реакције, укључујући реакције које укључују:

· Системи чврсто-течност

· Системи течност-течност

· Хетерогени катализатори

· Кристализација

· Падавине

Валидација процеса је неопходна јер ултразвучни ефекти у великој мери зависе од специфичног реакционог система.

Припрема наночестица

Ултразвучна кавитација може помоћи:

· Нуклеација честица

· Деагломерација

· Дисперзија

· Падавине

· Обрада наноматеријала

Може се комбиновати са контролисаним хемијским реакцијама да би се произвеле фине и релативно уједначене дисперзије честица.

Емулзификација

Ултразвук високог интензитета може створити фине капљице и побољшати дисперзију течности које се не мешају.

Потенцијалне апликације укључују:

· Емулзије уље у води

· Емулзије вода у уљу

· Козметичке формулације

· Фармацеутске формулације

· Функционални састојци

Повдер Дисперсион

Ултразвучни третман може помоћи у разбијању агломерата честица и побољшању дисперзије прахова у течним медијима.

Ово може бити корисно за:

· Керамичке суспензије

· Пигменти

· Угљенични материјали

· Метални оксиди

· Функционални пудери

Кључни параметри за пројектовање система

Ултразвучни сонохемијски циркулациони систем не треба бирати само на основу ултразвучне снаге.

Неколико параметара треба размотрити заједно.

Ултрасониц Фрекуенци

Уобичајени индустријски ултразвучни системи могу радити на око 20 кХз , док се више фреквенције могу користити за специфичне апликације.

Ултразвук ниске фреквенције велике снаге се обично бира када је потребна јака кавитација.

Ултрасониц Повер

Потребна снага зависи од:

· Запремина течности

· Брзина протока

· Својства материјала

· Интензитет обраде

· Жељено време третмана

За индустријске примене, ултразвучну снагу треба проценити заједно са стварном енергијом која се испоручује материјалу процеса.

Флов Рате

Брзина протока одређује колико брзо материјал пролази кроз зону ултразвучне реакције.

Одговарајући проток мора уравнотежити:

Брзина протока + ултразвучни интензитет + време задржавања + број пролаза циркулације

Температура

Ултразвучна кавитација ствара топлоту током рада.

За материјале осетљиве на температуру, систем за хлађење се може интегрисати у циркулацијску петљу како би се одржала потребна температура процеса.

Геометрија проточне ћелије

Дизајн ултразвучне проточне ћелије има велики утицај на дистрибуцију акустичне енергије.

Фактори укључују:

· Пречник коморе

· Дужина коморе

· Распоред претварача

· Геометрија сонотроде

· Смер протока

· Притисак

· Вискозност материјала

Због тога се индустријске проточне ћелије обично прилагођавају у складу са применом.

Закључак

Ултразвучни сонохемијски циркулациони систем комбинује високоенергетске ефекте ултразвучне кавитације са контролисаном циркулацијом течности.

Континуираним проласком материјала кроз ултразвучну проточну ћелију, систем може да обезбеди концентрисану зону ултразвучног третмана док омогућава инжењерима да контролишу брзину протока, температуру, ултразвучну снагу и време обраде.

Може се применити на хемијске реакције, екстракцију, емулзификацију, припрему наночестица, дисперзију, кристализацију и друге апликације за интензивирање процеса.

За индустријске примене, систем се може прилагодити различитим ултразвучним генераторима, сонотродама од легуре титанијума, проточним ћелијама, пумпама, резервоарима, измењивачима топлоте и системима за хлађење у складу са специфичним процесом.

Ако развијате ултразвучни хемијски процес, најважнији корак није само одабир генератора велике снаге. Комплетан систем треба да буде пројектован на основу карактеристика материјала, брзине протока, температуре, реакционих услова и захтеваног резултата обраде.