Ultrasonikacija je dobro poznata po intenzivaciji i/ili iniciranje hemijskih reakcija. Stoga se integracija ultrazvuka visokih performansi smatra pouzdanim alatom za promociju hemijskih reaktora za poboljšane ishode reakcije. Hielscher Ultrasonics nudi različita reaktorska rješenja za ugadjanje vašeg hemijskog procesa. Saznajte kako ultrazvuk može poboljšati vaš hemijski reaktor!

Kako power ultrazvuk poboljšava hemijske reaktore?

Integracija jedne ili više ultrazvučnih sondi (sonotroda) omogućava par moćnih ultrazvučnih talasa u hemijski reaktor. Intenzivna ultrasonication tečnosti i mulja ne samo da stvaraju jake turbulencije zbog akustične vibracije već je poznata po višestrukim efektima, koji su definirani pod izrazom "sonohemija".

Šta je sonohemija? Kako promoviše reakcije?

Ultrazvuk visokog inteziteta / ultrazvuk velike snage se primjenjuje na hemijske sisteme u cilju iniciranja i/ili promocije reakcija, poboljšanja stope pretvaranja i prinosa ili za prebacivanje putova reakcije. Fizički fenomen odgovoran za sonohemijski efekat je akustična kavitacija. Kada se ultrazvučni talasi visokog inteziteta spoje u tekući medij, talasi putuju kroz tečnost stvarajući naizmjenični nizak pritisak (rijetkost) i cikluse visokog pritiska (kompresije). Tokom niskog pritiska / rijetkog lica, minutni vakuumski mjehurići nastanu u tekućini, koji rastu preko nekoliko ciklusa pritiska dok vakuumski mjehur ne dođe do tačke gdje ne može apsorbirati nikakvu dalju energiju. Na tački maksimalnog rasta mehurića, mehurić implodira nasilno tokom ciklusa visokog pritiska. Tokom implozivnog kolapsa mjehurića, može se uočati fenomen kavitacije. Ultrazvučna kavitacija stvara tako zvane "vruće tačke", koje karakteriziraju ekstremni uslovi kao što su temperatura do ∼5000 K sa vrlo visokim brzinama grijanja/hlađenja od > 1000 K s^-1, pritisci do ∼1000 bar kao i odgovarajući di differentiali temperature i pritiska. Tečnost ili mulj su jako uzrujani tekućim avionima i smičnim silama.

Hemijski efekti (npr. formiranje radikalnih vrsta, fleksiranje molekula itd.) i fizičko / fiziko-mehanički učinci sonohemije uspješno se primenjuju na brojne hemijske reakcije kao što su organska kataloza, organokatalitske reakcije, Reakcije na fazni prijenos, sinteza nanocestica, padavine / kristalizacija, sol-gel reakcije, Suzuki spojnica, Diels-Alder reakcije, Mannich reakcije, Michael dodatak, Wurtz tip spojnice i mnoge druge. Sonohemijski promovisane reakcije često pokazuju značajno povećanu stopu konverzije, veći prinosi, ubrzanu reakciju, potpuniju reakciju, mogu se koristiti s blažim otapilima u ambijentu, stvaraju manje neželjene nužđene proizvode i doprinose zbog visoke efikasnosti zelene hemije.

Ultrazvučni kemijski batch reaktori

Integracija ultrasonikatora u otvorene ili zatvorene batch reaktore je uobičajeno primijenjena tehnika za ubrzavanje reakcija u laboratorijama, pilot pogonima i proizvodnim pogonima. U zavisnosti od veličine plovila, geometrije i sistema hemijske reakcije, jedna ili više sonotroda se mogu integrirati u batch reaktor. Ultrasonication se također često koristi za poboljšanje kontinuirano uzburkani reaktori (CSTR).

Ultrazvučni polu-batch reaktori: Naravno, sonication se također može integrirati u polu-batch reaktore. Za polu-batch sisteme, jedan hemijski reaktant se utovaruje u reaktor, dok se druga hemikalija dodaje kontinuiranom brzinom protoka (na primjer, pri sporom hranjenju kako bi se spriječile nuspojave) koja se kombinuje u ultrazvučnoj vrućoj tački. Alternativno, proizvod hemijske reakcije, koja je rezultat reakcije u reaktoru se kontinuirano uklanja, npr. sintetiziraju precipitacije ili kristali, ili intermedijar konačnog proizvoda koji se može ukloniti zbog odvajanja faze.

Ultrazvučno-agitirani hemijski protok-kroz reaktor

U protocnom reaktoru, poznatom i kao protocna ćelija ili inline reaktor, reaktori se hrane kroz jedan ili više luka za hranjenje u komoru za reakciju, gdje se dešava hemijska reakcija. Nakon određenog vremena retencije koje je potrebno da bi se određena reakcija dogodila, medij se kontinuirano otpušta iz he reaktora. Ultrazvučne ćelije protoka i inline reaktori omogućavaju neprekidnu proizvodnju proizvoda, koji je zavisan samo od kontinuiranog snabdevanja reagenta.

Slika prikazuje ultrasonicator UIP1000hdT sa batch reaktorom (lijevo) i sa reaktorom ćelija protoka za inline obradu (desno).

High-Performance Chemical Sono-Reactors

Hielscher Ultrasonics je vaš pouzdani proizvođač za sono-hemijske reaktore i ultrazvučnu opremu visokih performansi koja pouzdano može poboljšati vašu hemijsku reakciju. Hielscher Ultrasonics proizvodni raspon uključuje različite vrste i klase laboratorijskih i industrijskih velikih sonoreaktora za batch i protočan način rada. Sa Hielscher ultrazvukom tipa sonde, višestruki napredak – kao što su poboljšana stopa reakcije, potpunija konverzija, veći prinosi, precizna kontrola reakcije, i izvrsna sveukupna efikasnost – pouzdano se postižu u batch i protoc-kroz reaktore. Dizajniran za visoke performanse i robusnost, Hielscher ultrasonicators i sono-reaktori mogu biti instalirani za upotrebu sa oštrim hemikalijama, u zahtjevnim okruženjima i teškim aplikacijama.
Hielscherovi ultrazvučni reaktori su dizajnirani sa fokusom na u uniformno ultrazvučno ozračavanje medija tako da se akustično polje pritiska može isto tako proširiti. Udovoljavanje ovom zahtjevu poboljšava ukupnu efikasnost sonohemijskih reakcija budući da ultrazvuk postiže najviše intenziviranje procesa.

Šematski pogled na pojave koje se događaju u sonohemijskim reaktorima.
Slika i studija: ©Dahlem et al., 1999.

Proizvodni raspon pokriva kompaktne laboratorijske ultrasonikatore za R&D, moćni bench-top i pilot ultrazvučni sistemi kao i potpuno industrijska oprema za proizvodnju velikog volumena. To omogućava testiranje izvodljivosti bez rizika u malim razmjerima i naknadno potpuno linearno skala-up do većih volumena.

Precizna kontrola sonikacije

Digitalni prikaz u boji i pametni softver sa daljinskom kontrolom preglednika i automatskim protokolom podataka na integrisanoj SD-kartici omogućavaju sofisticirano postavljanje i praćenje ultrazvučnih parametara u sono-hemijskom reaktoru.
Ljepota sonohemijski podvojene reakcije je efikasnost koja se može pouzdano postići putem optimizacije procesa. Za svaku određenu reakciju mogu se odrediti optimalna ultrazvučna amplituda, ulaz snage ultrazvuka, temperatura i pritisak. To omogućava da se pronađu idealni parametri sonikacije tako da se postignu optimalni rezultati reakcije i efikasnost.

kontrolu temperature

Svi naši digitalni ultrasonicatori su opremljeni senzorom za plugable temperature za kontinuirano praćenje temperature, koji se može umetnuti u tekućinu za stalno mjerenje temperature u množini. Sofisticirani softver omogućava postavljanje temperaturnog raspona. Kada je ograničenje temperature prekoračeno, ultrasonikator automatski zastaje dok se temperatura u tekućini ne spusti na određenu postavljenu tačku i ponovo počne automatski da soniči. Sva mjerenja temperature kao i drugi važni podaci ultrazvučnog procesa automatski se snimaju na ugrađenoj SD kartici i mogu se lako revidirati za kontrolu procesa.
Sonohemijski reaktori iz Hielschera su dostupni sa jaknama za hlađenje. Osim toga, mogu se spojiti izmeniči toplote i jedinice za hladilo kako bi se osigurala željena temperatura procesa.

Readily Available Components to Assemble the Ideal Chemical Reactor

Veliki portfolio dostupnih ultrazvučnih uređaja, sondi (sonotroda), pojačala rogova, batch reaktora i ćelija protoka kao i brojni dodatni dodaci omogućavaju konfigurisanje idealnog ultrazvučno-hemijskog reaktora (sono-reaktora) za vaš specifični proces.
Sva oprema je već optimizovana za uniformnu distribuciju akustičke kavitacije i stabilnih obrazaca protoka, koji su najvažniji dizajnerski aspekti za dobijanje homogenih, pouzdanih rezultata u ultrazvučno uzrujanom hemijskom reaktoru.
Neželjena oksidacija se može izbjeći pročišćavanje reaktora inertnim plinom, npr. dekom dušika.

Prilagođena rješenja za vaš hemijski reaktor

Dok Hielscher nudi različite batch i inline reaktorske otopine u raznim veličinama i geometrijama, napravljenim od nehranjivog čelika ili stakla, drago nam je da proizvodimo vašu specijalnu hemijsku reaktorsku posudu s obzirom na analizu i dizajn temelja vaših specifičnih zahtjeva procesa. Sa dugo iskusnim timom inženjera i tehničkih programera, dizajniramo vaš hemijski reaktor u susret vašim zahtjevima. Na primjer, veličina, materijal, geometrija, priključki za hranjenje i pražnjenje, broj ultrazvučnih sondi itd. mogu biti dizajnirani kako bi idealni ultrazvučno promovisani hemijski reaktor za vaš hemijski proces.

Tabela u nastavku daje naznaku približan kapacitet prerade naših ultrasonicators: