Hielscher Ultrasonics
Prosesinizi müzakirə etməkdən məmnun olarıq.
Bizə zəng edin: +49 3328 437-420
Bizə poçt göndərin: [email protected]

Ultrasəslə Gücləndirilmiş Sabit Yataq Reaktorları

Sonication can improve catalytic reactions in fixed-bed reactors mainly by intensifying mass transfer around and inside the packed catalyst bed. Additionally, sonication removes passivation and fouling layers from the catalyst surface thereby continuously regenerating the catalyst.

How Sonication Improves Fixed-Bed Catalysis

In a fixed-bed reactor, the catalyst particles remain stationary while liquid, gas, or multiphase reactants flow through the bed. Reaction performance is often limited by external mass transfer, pore diffusion, channeling, fouling, and heat-transfer gradients. Ultrasound can reduce several of these limitations by generating acoustic cavitation, microstreaming, shear forces, and pressure oscillations.

İnformasiya tələbi



Sonicator UIP2000hdT mounted on a fixed bed reactor to intensify catalytic reactions

Sonicator UIP2000hdT integrated in a fixed bed reactor

Key Effects of Ultrasonically-Intensified Fixed Bed Reactions

  • Improved external mass transfer: Ultrasonic microstreaming reduces the stagnant boundary layer around catalyst particles, allowing reactants to reach active sites more efficiently.
  • Enhanced pore accessibility: Cavitation-induced pressure fluctuations and liquid movement can improve penetration of reactants into catalyst pores and removal of products from pores.
  • Reduction of fouling and passivation: Sonication can help remove deposits, polymer films, coke precursors, or other passivating layers from catalyst surfaces, maintaining catalytic activity for longer.
  • Improved liquid-solid contact: Ultrasound promotes better wetting of catalyst particles, which is especially useful in trickle-bed, slurry-fed, or liquid-phase fixed-bed systems.

  • Reduced channeling in packed beds: In micropacked-bed studies, ultrasound has been shown to modify flow behavior and reduce dispersion, helping the reactor approach more ideal plug-flow behavior.
  • Təkmilləşdirilmiş İstilik Transferi: Acoustic streaming and turbulence improve local heat dissipation, reducing hot spots or cold zones in the catalyst bed.
  • Higher conversion and yield: By improving mass transfer and catalyst accessibility, sonication can increase reaction rate, conversion, and product yield, especially when the reaction is transport-limited rather than purely kinetically limited.

How does Sonication Improve Fixed Bed Catalysis?

The main mechanism is acoustic cavitation: ultrasonic waves create microscopic bubbles that grow and collapse violently. Their collapse generates local shear, microjets, shockwaves, and intense mixing. Near catalyst surfaces, these effects can clean, activate, and refresh the solid-liquid interface. Reviews of sonocatalysis describe this as a synergy between ultrasound and solid catalysts, involving improved heat transfer, mass transfer, and localized effects at catalytic surfaces.

Sonication is most beneficial when the fixed-bed reaction suffers from:

  • slow diffusion into catalyst pores,
  • poor wetting of catalyst particles,
  • product accumulation inside pores,
  • fouling or surface passivation,
  • mass-transfer-limited kinetics,
  • multiphase flow maldistribution,
  • channeling through the packed bed.

Sabit yataq katalizatorları

Sabit çarpayılar (bəzən qablaşdırılmış yataq da adlanır) adətən katalizator qranulları ilə yüklənir, bunlar adətən diametri 1-5 mm olan qranullardır. Onlar reaktora tək yataq, ayrı qabıqlar və ya borular şəklində yüklənə bilər. Katalizatorlar əsasən nikel, mis, osmium, platin və rodium kimi metallara əsaslanır.
The effects of power ultrasound on heterogeneous chemical reactions are well known and widely used for industrial catalytic processes. Catalytic reactions in a fixed bed reactor benefit from sonication treatment, too. Ultrasonic irradiation of the fixed bed catalyst generates highly reactive surfaces, increases the mass transport between liquid phase (reactants) and catalyst, and removes passivating coatings (e.g. oxide layers) from the surface.

Ultrasonik homojenizator UIP1500hdT ultrasəs zamanı proses temperaturunu idarə etmək üçün soyuducu gödəkçə ilə təchiz olunmuş axın hüceyrəsi ilə.

Sonicator UIP1500hdT with flow-cell for the reactivation and recycling of spent catalysts

Advantages of Ultrasonically Intensified Catalytic Reactions

  • Təkmilləşdirilmiş səmərəlilik
  • Artan reaktivlik
  • Artan çevrilmə dərəcəsi
  • Daha yüksək məhsuldarlıq
  • Katalizatorun təkrar emalı

Katalitik reaksiyaların ultrasəs intensivləşdirilməsi

Ultrasonik qarışdırma və qarışdırma reaktiv və katalizator hissəcikləri arasında əlaqəni yaxşılaşdırır, yüksək reaktiv səthlər yaradır və kimyəvi reaksiyanı başlatır və/və ya gücləndirir.
Ultrasəs katalizatorunun hazırlanması kristallaşma davranışında, dispersiyada / deaglomerasiyada və səth xüsusiyyətlərində dəyişikliklərə səbəb ola bilər. Bundan əlavə, əvvəlcədən əmələ gələn katalizatorların xüsusiyyətlərinə passivləşdirici səth təbəqələrinin çıxarılması, daha yaxşı dispersiya, kütlə ötürülməsinin artırılması təsir göstərə bilər.

Examples of Ultrasonically-Improved Reactions

  • Hidrogenləşmə reaksiyaları üçün Ni katalizatorunun ultrasəslə əvvəlcədən təmizlənməsi
  • Tartar turşusu ilə sonikləşdirilmiş Raney Ni katalizatoru çox yüksək enantioselektivliyə səbəb olur
  • Ultrasonic synthesized Fischer-Tropsch catalysts
  • Artan reaktivlik üçün sonokimyəvi şəkildə işlənmiş amorf toz katalizatorları
  • Amorf metal tozlarının sono-sintezi

Ultrasonik katalizatorun bərpası

Solid catalysts in fixed-bed reactors are commonly used in the form of spherical beads, pellets, extrudates, or cylindrical particles. During chemical reactions, the catalyst surface can become passivated by a fouling layer, resulting in a gradual loss of catalytic activity and/or selectivity over time.
The timescale of catalyst deactivation varies considerably. For example, the deactivation of a cracking catalyst may occur within seconds, whereas an iron catalyst used in ammonia synthesis may remain active for 5–10 years. Nevertheless, catalyst deactivation is observed in virtually all catalytic processes. Although different deactivation mechanisms can occurincluding chemical, mechanical, and thermal degradationfouling is one of the most common causes of catalyst decay.
Fouling refers to the physical deposition of species from the fluid phase onto the catalyst surface and within its pores. These deposits block reactive sites, restrict pore accessibility, and reduce contact between reactants and the active catalyst surface. Catalyst fouling by coke or carbonaceous deposits is often a rapid process; however, in many cases it can be partially or fully reversed by ultrasonic regeneration.

Ultrasonic cavitation is an effective method for removing passivating fouling layers from catalyst surfaces. During sonication, high-intensity ultrasound generates cavitation bubbles in a liquid medium. Their collapse produces localized shear forces, microjets, shock waves, and intense micro-mixing. These effects help detach fouling residues from the catalyst surface, reopen blocked pores, and restore access to active sites.
Ultrasonic catalyst recovery is typically carried out by dispersing the catalyst particles in a liquid, such as deionized water or a suitable solvent, and exposing the suspension to controlled ultrasonic treatment. This process can remove fouling residues from various catalyst materials, including platinum/silica fibre catalysts, nickel catalysts, and other supported metal catalysts. As a result, sonication can contribute to catalyst regeneration, extended catalyst lifetime, and improved process sustainability.

Click here to learn more about the ultrasonic regeneration of spent catalysts!

Sonicators for the Integration into Chemical Reactors

Güc ultrasəsi katalizatorlara və katalitik reaksiyalara tətbiq edilir. (Böyütmək üçün klikləyin!)Hielscher Ultrasonics, güc ultrasəsinin sabit yataq reaktorlarına inteqrasiyası üçün müxtəlif ultrasəs prosessorları və varyasyonları təklif edir. Sabit yataqlı reaktorlara quraşdırmaq üçün müxtəlif ultrasəs sistemləri mövcuddur. Daha mürəkkəb reaktor növləri üçün təklif edirik xüsusi ultrasəs həllər.
Learn how sonication improves chemical reactions in various reactor designs!
To test the effects of sonication on your chemical reaction, you are welcome to visit our ultrasonic process lab and technical center in Teltow!
Bu gün bizimlə əlaqə saxlayın! Sizinlə kimyəvi prosesinizin ultrasəs intensivləşdirilməsini müzakirə etməkdən məmnunuq!
Aşağıdakı cədvəl sizə Hielscher sonikatorlarının təxmini emal qabiliyyətinin göstəricisini verir:

Partiya Həcmi Axın Tövsiyə olunan Cihazlar
10 ilə 2000 ml 20 - 400 ml/dəq UP200Ht, UP400St
0.1 - 20L 0.2 ilə 4L/dəq UIP2000hdT
10-100 l 2 ilə 10 L / dəq UIP4000
na 10-100 l/dəq UIP16000
na daha böyük klaster UIP16000
7 kVt gücündə ultrasəs prosessorları ilə daxili emal (böyütmək üçün klikləyin!)

Ultrasonik axın sistemi

Ultrasəslə Gücləndirilmiş Reaksiyalar

  • hidrogenləşmə
  • Alsilasiya
  • Siyanlaşma
  • efirləşmə
  • esterləşmə
  • polimerləşmə
  • (məsələn, Ziegler-Natta katalizatorları, metalosenslər)

  • Allyasiya
  • Bromlaşma

Əlavə məlumat üçün müraciət edin

Please use the form below to request additional information about sonicators for the integration into fixed bed reactors, technical details and prices. We will be glad to discuss your chemical reactor design with you and to offer you the best sonicator fulfilling your requirements!




Ədəbiyyat / İstinadlar



Bilməyə Dəyər Faktlar

Ultrasonik Kavitasiya nədir?

Ultrasonic cavitation is the formation, growth and violent collapse of microscopic vapor or gas bubbles in a liquid exposed to high-intensity ultrasound. During bubble collapse, extreme local conditions can occur for very short times, including high temperature, high pressure, shock waves, microjets and intense shear forces.

Sonokimya nədir?

Sonochemistry is the use of these ultrasonic cavitation effects to initiate, accelerate or modify chemical and physicochemical processes. It is especially relevant in liquid-phase systems because cavitation enhances mixing, mass transfer, emulsification, particle dispersion, catalyst surface cleaning and, in some cases, radical formation. As a result, sonochemistry is used to intensify reactions such as heterogeneous catalysis, oxidation, extraction, polymerization, crystallization and nanomaterial synthesis.

What is a Heterogeneous Catalytic Reaction?

Kimyada heterojen kataliz katalizatorun və reaktivlərin fazalarının bir-birindən fərqləndiyi katalitik reaksiya növünə aiddir. Heterojen kimya kontekstində faza təkcə bərk, maye və qazı ayırmaq üçün istifadə edilmir, həm də qarışmayan mayelərə, məsələn, neft və suya aiddir.
Heterojen reaksiya zamanı bir və ya bir neçə reaksiyaya girən maddələr bir interfeysdə, məsələn, bərk katalizatorun səthində kimyəvi dəyişikliyə məruz qalır.
Reaksiya sürəti reaktivlərin konsentrasiyası, hissəcik ölçüsü, temperatur, katalizator və digər amillərdən asılıdır.
Reaktiv konsentrasiyası: Ümumiyyətlə, reaktivin konsentrasiyasının artması daha böyük interfeys və bununla da reaktiv hissəciklər arasında daha çox faza ötürülməsi səbəbindən reaksiya sürətini artırır.
Hissəcik ölçüsü: Reaktivlərdən biri bərk hissəcik olduqda, sürət tənliyində göstərilə bilməz, çünki sürət tənliyi yalnız konsentrasiyaları göstərir və bərk cisimlər fərqli bir fazada olduqları üçün konsentrasiyaya malik ola bilməzlər. Bununla belə, bərk maddənin hissəcik ölçüsü faza ötürülməsi üçün mövcud səth sahəsinə görə reaksiya sürətinə təsir göstərir.
Reaksiya temperaturu: Temperatur Arrhenius tənliyi vasitəsilə sürət sabiti ilə əlaqələndirilir: k = Ae-Ea/RT
Ea aktivləşdirmə enerjisi olduğu yerdə, R universal qaz sabitidir və T Kelvində mütləq temperaturdur. A Arrhenius (tezlik) faktorudur. e-Ea/RT əyri altında aktivləşmə enerjisindən daha çox enerjiyə malik olan hissəciklərin sayını verir, Ea.
Katalizator: Əksər hallarda reaksiyalar katalizatorla daha sürətli baş verir, çünki onlar daha az aktivləşmə enerjisi tələb edir. Heterojen katalizatorlar reaksiyanın baş verdiyi şablon səthi təmin edir, homojen katalizatorlar isə mexanizmin sonrakı mərhələsi zamanı katalizatoru buraxan ara məhsullar əmələ gətirir.
Digər amillər: İşıq kimi digər amillər müəyyən reaksiyalara təsir göstərə bilər (fotokimya).

What are the Types of Catalyst Deactivation?

  • Katalizator zəhərlənməsi katalitik reaksiya üçün yerləri bloklayan katalitik yerlərdə növlərin güclü kimyəvisorbsiyasına verilən termindir. Zəhərlənmə geri və ya geri dönməz ola bilər.
  • Çirklənmə katalizatorun mexaniki deqradasiyasına aiddir, burada maye fazadan olan növlər katalitik səthdə və katalizator məsamələrində çökür.
  • Termal deqradasiya və sinterləşmə katalitik səth sahəsinin, dayaq sahəsinin və aktiv faza dəstək reaksiyalarının itirilməsi ilə nəticələnir.
  • Buxar əmələ gəlməsi kimyəvi parçalanma forması deməkdir, burada qaz fazasının katalizator fazası ilə reaksiyaya girərək uçucu birləşmələr əmələ gətirir.
  • Buxar-bərk və bərk-bərk reaksiyaları katalizatorun kimyəvi deaktivasiyası ilə nəticələnir. Buxar, dəstək və ya promotor katalizatorla reaksiya verir ki, qeyri-aktiv faza yaranır.
  • Katalizator hissəciklərinin aşınması və ya əzilməsi mexaniki aşınma nəticəsində katalitik materialın itirilməsi ilə nəticələnir. Katalizatorun daxili səthi katalizator hissəciyinin mexaniki təsir nəticəsində əzilməsi nəticəsində itir.

Read more about how sonication can reactivate spent catalysts!

What is Nucleophilic Substitution?

Nucleophilic substitution is a fundamental class of reactions in organic (and inorganic) chemistry, in which a nucleophile selectively bonds in form of a Lewis base (as electron pair donator) with an organic complex with or attacks the positive or partially positive (+) charge of an atom or a group of atoms to replace a leaving group. The positive or partially positive atom, which is the electron pair acceptor, is called an electrophile. The whole molecular entity of the electrophile and the leaving group is usually called the substrate.
Nukleofil əvəzetmə iki fərqli yol kimi müşahidə edilə bilər – SN1 və SN2 reaksiya. Reaksiya mexanizminin hansı forması – sN1 və ya SN2 – baş verir, kimyəvi birləşmələrin quruluşundan, nukleofilin növündən və həlledicidən asılıdır.

Prosesinizi müzakirə etməkdən məmnun olarıq.