Оптимизирана ефективност на химическия реактор чрез ултразвук с висока мощност

Добре известно е, че ултразвукът засилва и/или инициира химични реакции. Следователно интегрирането на високоефективен ултразвук се счита за надежден инструмент за насърчаване на химически реактори за подобряване на резултатите от реакцията. Hielscher Ultrasonics предлага различни реакторни решения за настройка на вашия химичен процес. Научете как ултразвукът може да подобри вашия химически реактор!

Как мощният ултразвук подобрява химическите реактори?

Интегрирането на една или повече ултразвукови сонди (сонотроди) позволява да се свържат мощни ултразвукови вълни в химическия реактор. Интензивната ултразвукова обработка на течности и суспензии не само създава силни турбуленции поради акустични вибрации, но е известна с множество ефекти, които се определят под термина "сонохимия".

Какво е сонохимия? Как насърчава реакциите?

High-intensity ultrasound / high-power ultrasound is applied to chemical systems in order to initiate and/or promote reactions, improve conversion rate and yields or to switch reaction pathways. The physical phenomenon responsible for sonochemical effects is acoustic cavitation. When high-intensity ultrasound waves are coupled into a liquid medium, the waves travel through the liquid creating alternating low pressure (rarefaction) and high pressure (compression) cycles. During the low pressure / rarefaction, minute vacuum bubbles arise in the liquid, which grow over several pressure cycles until the vacuum bubble reaches a point where it cannot absorb any further energy. At the point of maximum bubble growth, the bubble implodes violently during a high pressure cycle. During the implosive bubble collapse, the phenomenon of cavitation can be observed. Ultrasonic cavitation creates so called “hot spots,” which are characterized by extreme conditions such as temperature of up to ∼5000 K with very high heating/cooling rates of > 1000 K s^-1, налягане до ∼1000 бара, както и съответните температурни и налягателни разлики. Течността или суспензията се разбъркват силно от течни струи и сили на срязване.

Химичните ефекти (напр. образуването на радикални видове, огъване на молекулите и т.н.) и физико-механичните ефекти на сонохимията се прилагат успешно в множество химични реакции като органична катализа, Органокаталитични реакции, Реакции на фазов трансфер, Синтез на наночастици, Утаяване / кристализация, Реакции на сол-гел, Съединител на Suzuki, Реакции на Дийлс-Алдер, Реакции на Манних, Майкъл Допълнение, съединител тип Wurtz и много други. Сонохимично насърчаваните реакции често показват значително повишена степен на преобразуване, по-високи добиви, ускорена реакция, по-пълна реакция, могат да се използват с по-меки разтворители при условия на околната среда, създават по-малко нежелани странични продукти и допринасят поради високата си ефективност за зелената химия.

Ултразвукови химически партидни реактори

Интегрирането на ултразвукови уреди в отворени или затворени партидни реактори е често прилагана техника за ускоряване на реакциите в лаборатории, пилотни инсталации и производствени съоръжения. В зависимост от размера на съда, геометрията и системата за химическа реакция, в реактора могат да бъдат интегрирани един или няколко сонотроди. Ултразвукът също често се използва за подобряване Реактори с непрекъснато разбъркване (CSTR).

Ултразвукови полупартидни реактори: Разбира се, ултразвукът може да бъде интегриран и в полупартидни реактори. За полупартидни системи един химичен реагент се зарежда в реактора, докато втори химикал се добавя с непрекъснат дебит (например при бавно подаване, за да се предотвратят странични реакции), като се комбинира в ултразвуковата гореща точка. Алтернативно, продукт от химическа реакция, който е резултат от реакцията в реактора, се отстранява непрекъснато, например синтезирани утайки или кристали, или междинен продукт на крайния продукт, който може да бъде отстранен поради разделяне на фазите.

Ултразвуково разбъркан химически проточен реактор

В проточен реактор, известен също като поточна клетка или вграден реактор, реагентите се подават през един или няколко захранващи отвора в реакционната камера, където протича химическата реакция. След определено време на задържане, което е необходимо за възникване на специфична реакция, средата непрекъснато се изхвърля от реактора. Ултразвуковите поточни клетки и вградените реактори позволяват непрекъснато производство на продукта, което зависи само от непрекъснатото подаване на реагентите.

На снимката е показано Ултразвуков уред UIP1000hdT с реактор на партида (вляво) и с реактор с проточна клетка за поточна обработка (вдясно).

Високоефективни химически сонореактори

Hielscher Ultrasonics е вашият доверен производител на сонохимически реактори и високопроизводително ултразвуково оборудване, което може надеждно да подобри вашата химическа реакция. Продуктовата гама на Hielscher Ultrasonics включва различни видове и класове лабораторни и промишлени широкомащабни сонорактори за партиден и проточен режим. С високоефективната ултразвукова техника от сонден тип Hielscher множество постижения – като подобрена скорост на реакция, по-пълно преобразуване, по-високи добиви, прецизен контрол на реакцията и отлична обща ефективност – се постигат надеждно в партидни и проточни реактори. Проектирани за висока производителност и здравина, ултразвуковите апарати и сонореакторите на Hielscher могат да бъдат инсталирани за използване с агресивни химикали, в взискателни среди и тежки приложения.
Ултразвуковите реактори на Hielscher са проектирани с фокус на равномерно ултразвуково облъчване на средата, така че полето на акустичното налягане да може да се разширява равномерно. Изпълнението на това изискване подобрява общата ефективност на сонохимичната реакция, тъй като ултразвукът постига най-висока интензификация на процеса.

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

Продуктовата гама обхваща компактни лабораторни ултразвукови уреди за R&D, мощни настолни и пилотни ултразвукови системи, както и напълно индустриално оборудване за производство на големи обеми. Това позволява безрисково тестване на осъществимостта в малък мащаб и последващо напълно линейно мащабиране до по-големи обеми.

Прецизен контрол на звука

Цифровият цветен дисплей и интелигентният софтуер с дистанционно управление на браузъра и автоматично протоколиране на данни на интегрирана SD-карта позволяват сложна настройка и наблюдение на ултразвуковите параметри в сонохимичния реактор.
Красотата на сонохимично управляваните реакции е ефективността, която може да бъде надеждно постигната чрез оптимизиране на процеса. Оптимална ултразвукова амплитуда, входяща ултразвукова мощност, температура и налягане могат да бъдат определени за всяка конкретна реакция. Това позволява да се намерят идеалните параметри на ултразвука, така че да се постигнат оптимални резултати от реакцията и ефективност.

контрол на температурата

Всички наши цифрови ултразвукови апарати са оборудвани с щепселен температурен сензор за непрекъснат мониторинг на температурата, който може да се постави в течността за постоянно измерване на насипната температура. Усъвършенстваният софтуер позволява настройка на температурен диапазон. Когато температурната граница е надвишена, ултразвуковикът автоматично прави пауза, докато температурата в течността се понижи до определена зададена точка и започва автоматично да излъчва звук отново. Всички измервания на температурата, както и други важни ултразвукови данни за процеса, се записват автоматично на вградена SD карта и могат лесно да бъдат преразгледани за контрол на процеса.
Сонохичните реактори на Hielscher се предлагат с охлаждащи ризи. Освен това могат да бъдат свързани топлообменници и чилъри, за да се осигури желаната температура на процеса.

Лесно достъпни компоненти за сглобяване на идеалния химически реактор

Голямото портфолио от лесно достъпни ултразвукови устройства, сонди (сонотроди), бустерни клаксони, партидни реактори и поточни клетки, както и множество допълнителни аксесоари позволяват да конфигурирате идеалния ултразвуково-химичен реактор (сонот-реактор) за вашия конкретен процес.
Цялото оборудване вече е оптимизирано за равномерно разпределение на акустичната кавитация и стабилните модели на потока, които са най-важните аспекти на проектирането за получаване на хомогенни, надеждни резултати в ултразвуково разбъркан химически реактор.
Нежеланото окисляване може да бъде избегнато чрез продухване на реактора с инертен газ, например азотно одеяло.

Персонализирани решения за вашия химически реактор

Докато Hielscher предлага различни решения за партидни и вградени реактори в различни размери и геометрии, изработени от неръждаема стомана или стъкло, ние се радваме да произведем вашия специален химически реакторен съд, като вземем предвид основите на анализа и проектирането на вашите специфични изисквания към процеса. С дългогодишен опитен екип от инженери и технически разработчици, ние проектираме вашия химически реактор, отговарящ на вашите изисквания. Например, размерът, материалът, геометрията, отворите за подаване и разреждане, броят на ултразвуковите сонди и т.н. могат да бъдат проектирани, за да се направи идеалният ултразвуков химически реактор за вашия химичен процес.

Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати: