Оптимизирана ефективност на химичния реактор чрез ултразвук с висока мощност

Ultrasonication е добре известно, за да се засили и / или инициират химични реакции. Ето защо, интегрирането на високоефективен ултразвук се счита за надежден инструмент за насърчаване на химични реактори за подобрени резултати от реакцията. Hielscher Ultrasonics предлага различни реакторни решения за ощипване на вашия химичен процес. Научете как ултразвукът може да подобри вашия химичен реактор!

Как мощност ултразвук подобрява химически реактори?

Интегрирането на една или повече ултразвукови сонди (сонотрод) позволява да се двойка мощни ултразвукови вълни в химическия реактор. Интензивна ултразвукова работа на течности и шламове не само създават силни турбуленти поради акустична вибрация, но е известна с множество ефекти, които са определени под термина "сонохимия".

Какво е Сонохимия? Как насърчава реакциите?

Ултразвук с висока интензивност / ултразвук с висока мощност се прилага към химически системи, за да се инициират и/ или насърчат реакциите, да се подобри скоростта на преобразуване и добивите или да се превключват пътищата за реакция. Физическият феномен, отговорен за сонохимичните ефекти, е акустична кавитация. Когато ултразвуковите вълни с висока интензивност са съчетани в течна среда, вълните пътуват през течността, създавайки редуващи се ниско налягане (рядкост) и цикли с високо налягане (компресия). По време на ниското налягане / рядкост в течността възникват минутни вакуумни мехурчета, които растат в продължение на няколко цикъла на налягане, докато вакуумният балон достигне точка, в която не може да поеме никаква по-нататъшна енергия. В точката на максимален растеж на мехурчетата балонът имплодира бурно по време на цикъл на високо налягане. По време на имплозивния балон колапс може да се наблюдава явлението кавитация. Ултразвукова кавитация създава така наречените "горещи точки", които се характеризират с екстремни условия като температура до ∼5000 K с много високи нива на отопление / охлаждане на > 1000 K s^-1, налягания до ∼1000 bar, както и съответните температурни и налягащи диференциали. Течността или течен тор са силно развълнувани от течни струи и сили на срязване.

Химичните ефекти (например, образуването на радикални видове, гъвкането на молекулите и т.н.) и физичните / физико-механичните ефекти на сонохимията се прилагат успешно към множество химични реакции като органична катализа, органокаталитични реакции, Реакции на фазов трансфер, синтез на наночастици, валежи / кристализация, реакции на сол-гел, Сузуки скачване, Реакции на Diels-Alder, Манич реакции, Майкъл допълнение, Прикачване тип Вурц и много други. Сонохимично насърчаваните реакции често показват значително повишен процент на реализация, по-високи добиви, ускорена реакция, по-пълна реакция, могат да се използват с по-меки разтворители при околни условия, да създават по-малко нежелани съпътстващи продукти и да допринасят поради високата си ефективност към зелената химия.

Ултразвуково задвижвани химически партидни реактори

Интегрирането на ултразвукови апарати в открити или затворени партидни реактори е често прилагана техника за ускоряване на реакциите в лабораториите, пилотните заводи и производствените съоръжения. В зависимост от размера на съда, геометрията и системата за химическа реакция един или множество сонотроди могат да бъдат интегрирани в реактора на партидата. Ultrasonication също често се използва за подобряване на непрекъснато разбърквани реактори (CSTR).

Ултразвукови полу-партидни реактори: Разбира се, ултразвукът може да бъде интегриран и в полу-партидни реактори. За полу-партидни системи един химичен реактант се зарежда в реактора, докато втори химикал се добавя с непрекъснат дебит (например при бавен фураж, за да се предотвратят странични реакции), които се комбинират в ултразвуковата гореща точка. Алтернативно, продукт от химическа реакция, който е резултат от реакцията в реактора, непрекъснато се отстранява, например, синтезирани утайка или кристали, или междинен продукт на крайния продукт, който може да бъде отстранен поради разделяне на фазата.

Ултразвуково развълнуван химичен поток-през реактор

В проточен реактор, известен също като поточна клетка или инлайн реактор, реакторите се хранят през един или няколко порта за хранене в реакционния камера, където се случва химическата реакция. След определено време на задържане, което е необходимо, за да настъпи конкретна реакция, носителят непрекъснато се изхвърля от реактора му. Ултразвуковите поточни клетки и инлайн реакторите позволяват непрекъснато производство на продукт, което зависи само от непрекъснатото снабдяване на реагентите.

Картината показва ултразвуков UIP1000hdT с партиден реактор (вляво) и с реактор на поточна клетка за инлайн обработка (вдясно).

Високопроизводителни химически соно-реактори

Hielscher Ultrasonics is your trusted manufacturer for sono-chemical reactors and high-performance ultrasonic equipment that can reliably improve your chemical reaction. Hielscher Ultrasonics product range includes various types and classes of laboratory and industrial large-scale sonoreactors for batch and flow-through mode. With Hielscher high-performance probe-type ultrasonication, multiple advances – като подобрена честота на реакция, по-пълно преобразуване, по-високи добиви, прецизен контрол на реакцията и отлична обща ефективност – се постигат надеждно в партидни и презточни реактори. Предназначени за висока производителност и здравина, Hielscher ultrasonicators и соно-реактори могат да бъдат инсталирани за използването с сурови химикали, в взискателни среди и тежкотоварни приложения.
Ултразвуковите реактори Hielscher са проектирани с фокус на равномерно ултразвуково облъчване на средата, така че акустичното поле под налягане да може да се разшири равномерно. Изпълнението на това изискване подобрява общата ефективност на сонохимичната реакция, тъй като ултразвукът постига най-високо усилване на процеса.

Схематичен изглед на явленията, протичащ в сонохимичен реактор.
Картина и проучване: ©Dahlem et al., 1999.

Продуктовата гама обхваща компактни лабораторни ултразвукови средства за R&D, мощни пейка-отгоре и пилотни ултразвукови системи, както и напълно промишлени клас оборудване за голям обем производство. Това дава възможност за тестване на осъществимостта без риск в малък мащаб и последващото напълно линейно мащабиране до по-големи обеми.

Прецизен контрол на ултразвука

Цифровият цветен дисплей и интелигентният софтуер с дистанционно управление на браузъра и автоматичното протоколиране на данни върху интегрирана SD-карта позволяват изискана настройка и наблюдение на ултразвуковите параметри в соно-химичния реактор.
Красотата на сонохимично задвижваните реакции е ефективността, която може да бъде надеждно постигната чрез оптимизация на процеса. За всяка конкретна реакция може да се определи оптимална ултразвукова амплитуда, входяща ултразвукова мощност, температура и налягане. Това позволява да се намерят идеалните параметри за ултразвук, така че да се постигнат оптимални резултати от реакцията и ефективност.

контрол на температурата

Всички наши цифрови ултразвукови апарати са оборудвани с плъгин температурен сензор за непрекъснато наблюдение на температурата, който може да бъде вкаран в течността за постоянно измерване на температурата на насипно състояние. Изтънчен софтуер позволява настройката на температурен диапазон. Когато ограничението на температурата е надвишено, ултразвуковият уред автоматично се поставя на пауза, докато температурата в течността се понижи до определена зададена точка и започне автоматично да се ултразвукова отново. Всички измервания на температурата, както и други важни ултразвукови данни за процеса се записват автоматично на вградена SD карта и могат да бъдат ревизирани лесно за контрол на процеса.
Сонохимичните реактори от Hielscher се предлагат с охлаждащи якета. Освен това топлообменниците и чилър единиците могат да бъдат свързани, за да се гарантира желаната температура на процеса.

Лесно достъпни компоненти за сглобяване на идеалния химичен реактор

Голямото портфолио от лесно достъпни ултразвукови устройства, сонди (сонотрод), бустери рога, партидни реактори и поточни клетки, както и множество допълнителни аксесоари позволяват да конфигурирате идеалния ултразвуково-химичен реактор (соно-реактор) за вашия конкретен процес.
Цялото оборудване вече е оптимизирано за еднакво разпределение на акустична кавитация и стабилни модели на потока, които са най-важните дизайнерски аспекти за получаване на хомогенни, надеждни резултати в ултразвуково развълнуван химичен реактор.
Нежеланото окисляване може да се избегне чрез почистване на реактора с инертен газ, например азотно одеяло.

Персонализирани решения за Вашия химичен реактор

Докато Hielscher предлага различни партида и инлайн реактор решение в различни размери и геометрии, направени от неръждаема стомана или стъкло, ние се радваме да произвеждаме вашия специален химически реактор съд като се има предвид анализа и дизайн основите на вашите специфични изисквания процес. С дългогодишен опитен екип от инженери и технически разработчици проектираме вашия химичен реактор, отговарящ на вашите изисквания. Например, размер, материал, геометрия, подаване и изхвърляне на портове, брой ултразвукови сонди и т.н. могат да бъдат проектирани с цел да се направи идеалният ултразвуково популяризиран химичен реактор за вашия химичен процес.

Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators: