Tuginedes praktilistele kogemustele termokeemilise muundamise, põlemissüsteemide, reaktiivsete protsesside projekteerimise ja tööstusliku nõustamise valdkonnas, mida toetavad hiljutised teaduslikud tulemused, tuleks hüdrodünaamilist kavitatsiooni mõista kui palju enamat kui intensiivset segamismeetodit. Kui hüdrodünaamiline kavitatsioon on õigesti kavandatud ja kontrollitud, toimib see kui energiatõhus, häälestatav mitmeastmeline reaktor, mis on võimeline käivitama füüsikalisi ja keemilisi muundamisi paljudes tööstuslikes protsessides.
Ühendades intensiivsed mehaanilised mõjud - näiteks mikroskaala turbulents, nihkejõud ja kõrgendatud temperatuuri ja rõhu üleminekutsoonid - in situ keemiliste aktiveerimismehhanismidega (sealhulgas radikaalide teke ja kiirendatud massisiire), võimaldab hüdrodünaamiline kavitatsioon oluliselt intensiivistada protsessi.
See kombinatsioon avab uusi võimalusi kogu rafineerimise, naftakeemia tootmise ja kemikaalide ringlussevõtu valdkonnas.
Funktsionaalne roll kogu protsessiahelas
Hüdrodünaamilist kavitatsiooni saab strateegiliselt kasutada mitmetes tööstusliku töötlemise etappides:
Upstream konditsioneerimine
Järgnevalt stabiliseerimine
Ühendades intensiivsed mehaanilised mõjud - näiteks mikroskaala turbulents, nihkejõud ja kõrgendatud temperatuuri ja rõhu üleminekutsoonid - in situ keemiliste aktiveerimismehhanismidega (sealhulgas radikaalide teke ja kiirendatud massisiire), võimaldab hüdrodünaamiline kavitatsioon oluliselt intensiivistada protsessi.
See kombinatsioon avab uusi võimalusi kogu rafineerimise, naftakeemia tootmise ja kemikaalide ringlussevõtu valdkonnas.
Funktsionaalne roll kogu protsessiahelas
Hüdrodünaamilist kavitatsiooni saab strateegiliselt kasutada mitmetes tööstusliku töötlemise etappides:
Upstream konditsioneerimine
- Aglomeeride eemaldamine, puhastamine, dispergeerimine, aktiveerimine ja sööda ettevalmistamine
- Kiirendatud kineetika, depolümerisatsiooni toetus, osaline rikastamine, reformimise abi
Järgnevalt stabiliseerimine
- Homogeniseerimine, puhastamine, emulsiooni stabiliseerimine ja toote konditsioneerimine
Selline paindlikkus võimaldab hüdrodünaamilist kavitatsiooni mitte ainult üksuse tööoperatsioonina, vaid ka platvormtehnoloogiana
Rakendused rafineerimisel ja naftakeemia töötlemisel
Rafineerimise ja naftakeemia keskkonnas on hüdrodünaamiline kavitatsioon näidanud mõõdetavaid eeliseid mitmes kriitilises valdkonnas:
Jääkide ja raskete fraktsioonide töötlemine- Viskoossuse vähendamine, osaline väärindamine, asfalteni struktuuride lõhustamine, homogeensuse parandamine ja stabiilsete kütuseemulsioonide moodustamine, mis sobivad laeva- ja punkerdamisrakenduste jaoks
- Fossiilsete voogude parem ühilduvus ja ühtlane segamine biokütuste, pürolüüsiõlide, õlijäätmete või kergfraktsioonidega.
Kütuse kvaliteedi parandamine ja väävli vähendamine- Intensiivsem massiülekanne ja lokaalne keemiline aktiveerimine toetavad oksüdatiivset väävlitustamist, samas kui parem pihustamine aitab kaasa puhtamale põlemiskäitumisele
- Parem sööda ühtlus, vähenenud määrdumistendentsid ja tõhusam katalüsaatori kasutamine
Reoveesetted leevendamiseks- Sette ja kaasnevate veekoguste ühtlane hajutamine, mille tulemuseks on madalam viskoossus, parem käsitsemine ja parem pikaajaline ladustamisstabiilsus.
Põhilised funktsionaalsed teljed kütuse ja lähteainete töötlemisel
Kütuse tootmise, naftakeemia ja ringlussevõtu süsteemides toetab hüdrodünaamiline kavitatsioon järjepidevalt mitmeid põhilisi tööeesmärke:
- Fossiilsete, biogeensete, pürolüüsi teel saadud ja plastipõhiste lähteainete suure tõhususega homogeniseerimine.
- Toetab selliseid täiustamisetappe nagu soolatustamine, väävlitustamine ja tooraine konditsioneerimine.
- stabiilse vee ja kütuse emulsiooni moodustamine, et parandada käitlemise, põletamise ja heiteomaduste kvaliteeti.
- Sette tekke vältimine tahkete ainete ja jääkvee parema hajutamise kaudu.
- Lisandite tõhususe suurendamine koos pihustamise kvaliteedi ja põletamise tõhususe parandamisega.
Nende telgede abil saab kavitatsiooni põhilistest mehhanismidest praktilist kasu kogu kütuse väärtusahelas.
Keemiline ringlussevõtt ja ringlusse minevad lähteained
Üks hüdrodünaamilise kavitatsiooni kõige mõjusamaid uusi valdkondi on keemiline ringlussevõtt, kus plastijäätmed muudetakse korduvkasutatavateks keemilisteks ehitusplokkideks, mitte ei lähe ringlusse.
Depolümerisatsioonil ja solvolüüsil põhinevates ringlussevõtu viisides pakub hüdrodünaamiline kavitatsioon mitmeid kriitilisi eeliseid:
Parem polümeeri ja lahusti koostoime.- Pidev mikrosegamine ja piirialade uuendamine parandavad massisiiret tahkete plastide ja reaktiivsete keskkondade vahel
- Lokaliseeritud äärmuslikud tingimused hõlbustavad sidemete lõhustamist ja lühendavad reaktsiooniaega
Vähendatud töö raskusaste- Intensiivsemad transpordinähtused võimaldavad töötada madalamatel temperatuuridel ja rõhkudel kui tavalised reaktorid
Suurem selektiivsus- Kontrollitud radikaalide keemia piirab soovimatu söe või oligomeeri moodustumist, parandades samal ajal monomeeri saagistamist
- Segatud, saastunud või mitmekihiliste plastijäätmete efektiivne töötlemine
Selles rollis toimib hüdrodünaamiline kavitatsioon eelreaktori, inline-aktiveerimisüksuse või intensiivistamisetapina, mis ühendab plastijäätmed tagasi naftakeemiliste väärtusahelate hulka.
Täiendavad tööstuslikud kasutusjuhud Peale kütuste ja ringlussevõtu kasutatakse hüdrodünaamilist kavitatsiooni üha enam järgmistes valdkondades:
- Biokütuste tootmine Tooraine eeltöötlus, kiirendatud muundamine, vähenenud katalüsaatorivajadus, parem ladustamisstabiilsus ja jäätmepõhiste sisendite laiendatud kasutamine
- Vee- ja reoveepuhastus Täiustatud oksüdatsiooniprotsesside tõhustamine, aktiivsöe parem kasutamine ja membraanfiltreerimissüsteemide tõhususe suurendamine
- Üldine tööstuslik töötlemine Intensiivsem segamine, parem soojus- ja massiülekanne, dispersioon, emulgeerimine ja homogeniseerimine - isegi kõrge viskoossusega või mitmefaasilistes süsteemides
- Ekstraheerimine, sete ja emulsioonid Suurem saagis, peenemad osakeste suurused ja parem ühtlus kosmeetika, ravimite, pinnakatete, määrdeainete ja kütuste kasutamisel
Hüdrodünaamiline kavitatsioon on üha enam tunnustatud kui keskkonnasõbralik protsessitehnoloogia. Selle tuginemine pigem füüsikalistele hüdrodünaamilistele mõjudele kui keemilistele lisanditele võimaldab:
- Vähenenud sõltuvus ohtlikest või mürgistest kemikaalidest
- Agressiivsete töötlemisvahendite asendamine healoomuliste lahustitega.
- Mõnel juhul lisandite täielik kõrvaldamine üksnes mehaanilise energia abil.
- Väiksem jäätmeteke ja väiksem keskkonnajälg kogu protsessiahelas
Selle integreerimine plastide ringlussevõttu toetab otseselt süsinikdioksiidi vähendamise strateegiaid, jäätmete minimeerimist ja ringmajanduse eesmärke.
Peamised järeldused
Hüdrodünaamiline kavitatsioon intensiivistab segamist, massiülekannet ja reaktsioonikineetikat kontrollitud füüsikalis-keemilise aktiveerimise kaudu.
- Rafineerimisel ja naftakeemiatööstuses toetab söödakonditsioneerimist, segamist, osalist rikastamist, viskoossuse vähendamist, väävli vähendamist ja biokütuste integreerimist.
- Keemilises ringlussevõtus võimaldab see plastijäätmete tõhusat depolümerisatsiooni ja solvolüüsi väärtuslikeks lähteaineteks.
- Tööstus- ja ekstraheerimisprotsessides tagab see ühtlase emulsiooni, parema saagise ja tõhusa mitmefaasilise töötlemise.
- hüdrodünaamiline kavitatsioon aitab otseselt kaasa säästvale tootmisele, vähendades kemikaalide tarbimist ja keskkonnamõju
Lõppperspektiiv
Hüdrodünaamilist kavitatsiooni ei tohiks enam vaadelda ainult kui suure jõudlusega segamistehnikat. See kujutab endast skaleeritavat, paindlikku reaktorkontseptsiooni, millel on tõestatud eelised rafineerimise, naftakeemia, kemikaalide ringlussevõtu, biokütuste, veepuhastuse ja täiustatud tööstusliku töötlemise valdkonnas, mis asetab selle protsessi intensiivistamise ja säästva tööstusliku ümberkujundamise võtmetehnoloogiaks.
Autor: RAPTECH Eberswalde GmbH: Dr. Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH
