Ultrazvuku je dobře známo, že zesiluje a / nebo iniciuje chemické reakce. Proto je integrace vysoce výkonného ultrazvuku považována za spolehlivý nástroj na podporu chemických reaktorů pro zlepšení výsledků reakce. Hielscher Ultrasonics nabízí různá reaktorová řešení pro vyladění vašeho chemického procesu. Zjistěte, jak může ultrazvuk zlepšit váš chemický reaktor!

Jak Power Ultrazvuk zlepšuje chemické reaktory?

Integrace jedné nebo více ultrazvukových sond (sonotrod) umožňuje párovat silné ultrazvukové vlny do chemického reaktoru. Intenzivní ultrazvuku kapalin a kalů nejen vytváří silné turbulence v důsledku akustických vibrací, ale je známá pro více účinků, které jsou definovány pod pojmem "sonochemie".

Co je sonochemie? Jak podporuje reakce?

Ultrazvuk s vysokou intenzitou / ultrazvuk s vysokým výkonem se aplikuje na chemické systémy s cílem iniciovat a / nebo podporovat reakce, zlepšit konverzní poměr a výtěžky nebo přepínat reakční cesty. Fyzikální jev zodpovědný za sonochemické účinky je akustická kavitace. Když jsou ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou spojeny do kapalného média, vlny procházejí kapalinou a vytvářejí střídavé nízkotlaké (rarefaction) a vysokotlaké (kompresní) cykly. Během nízkého tlaku / rarefaction vznikají v kapalině minutové vakuové bubliny, které rostou v průběhu několika tlakových cyklů, dokud vakuová bublina nedosáhne bodu, kdy nemůže absorbovat žádnou další energii. V bodě maximálního růstu bubliny bublina prudce imploduje během vysokotlakého cyklu. Během implozivního kolapsu bublin lze pozorovat fenomén kavitace. Ultrazvuková kavitace vytváří tzv. "horká místa", která se vyznačují extrémními podmínkami, jako je teplota až do ∼ 5000 K s velmi vysokými rychlostmi ohřevu / chlazení > 1000 K s^-1, tlaky až do ∼1000 bar, jakož i příslušné teplotní a tlakové rozdíly. Kapalina nebo kejda je silně rozrušena proudy kapaliny a smykovými silami.

Chemické účinky (např. tvorba radikálů, ohýbání molekul atd.) a fyzikální/fyzikálně-mechanické účinky sonochemie jsou úspěšně aplikovány na četné chemické reakce, jako je organická katalýza, organokatalytické reakce, Reakce fázového přenosu, syntéza nanočástic, srážení / krystalizace, sol-gelové reakce, Spojka Suzuki, Diels-Olšovy reakce, Mannich reakce, Michael přidání, spojka typu Wurtz a mnoho dalších. Sonochemicky podporované reakce často vykazují výrazně zvýšený konverzní poměr, vyšší výtěžky, zrychlenou reakci, úplnější reakci, mohou být použity s mírnějšími rozpouštědly za okolních podmínek, vytvářejí méně nežádoucích vedlejších produktů a přispívají díky své vysoké účinnosti k zelené chemii.

Ultrazvukem řízené chemické dávkové reaktory

Integrace ultrasonicators do otevřených nebo uzavřených dávkových reaktorů je běžně používaná technika pro urychlení reakcí v laboratořích, pilotních zařízeních a výrobních zařízeních. V závislosti na velikosti nádoby, geometrii a systému chemické reakce lze do dávkového reaktoru integrovat jednu nebo více sonotrod. Ultrazvuku se také často používá ke zlepšení kontinuálně míchané reaktory (CSTR).

Ultrazvukové polosériové reaktory: Samozřejmě, sonikace může být také integrována do polodávkových reaktorů. U polodávkových systémů je jeden chemický reaktant vložen do reaktoru, zatímco druhá chemikálie je přidána při nepřetržitém průtoku (například při pomalém podávání, aby se zabránilo bočním reakcím), který se kombinuje v ultrazvukovém horkém místě. Alternativně se nepřetržitě odstraňuje produkt chemické reakce, který je výsledkem reakce v reaktoru, např. syntetizované sraženiny nebo krystaly, nebo meziprodukt konečného produktu, který může být odstraněn v důsledku separace fází.

Ultrazvukem míchaný chemický průtokový reaktor

V průtokovém reaktoru, známém také jako průtoková buňka nebo inline reaktor, jsou reaktanty přiváděna přes jeden nebo více napájecích portů do reakční komory, kde dochází k chemické reakci. Po určitém retenčním čase, který je potřebný pro specifickou reakci, je médium nepřetržitě vypouštěny z reaktoru. Ultrazvukové průtokové buňky a inline reaktory umožňují nepřetržitou výrobu produktu, která je závislá pouze na nepřetržitém dodávání činidel.

Obrázek ukazuje ultrasonicator UIP1000hdT s dávkovým reaktorem (vlevo) a s reaktorem s průtokovými buňkami pro inline zpracování (vpravo).

Vysoce výkonné chemické sonoreaktory

Hielscher Ultrasonics je váš důvěryhodný výrobce pro sono-chemické reaktory a vysoce výkonné ultrazvukové zařízení, které mohou spolehlivě zlepšit vaši chemickou reakci. Sortiment produktů Hielscher Ultrasonics zahrnuje různé typy a třídy laboratorních a průmyslových rozsáhlých sonoreaktorů pro dávkový a průtokový režim. S Hielscher vysoce výkonnou ultrazvukovou sondou, více pokroků – jako je zlepšená reakční rychlost, úplnější konverze, vyšší výtěžnost, přesná kontrola reakce a vynikající celková účinnost – jsou spolehlivě dosaženy v dávkových a průtokových reaktorech. Navržen pro vysoký výkon a robustnost, Hielscher ultrasonicators a sono-reaktory mohou být instalovány pro použití s drsnými chemikáliemi, v náročných prostředích a těžkých aplikacích.
Hielscher ultrazvukové reaktory jsou navrženy se zaměřením na rovnoměrné ultrazvukové ozařování média tak, aby se akustické tlakové pole mohlo rovnoměrně rozšiřovat. Splnění tohoto požadavku zlepšuje celkovou účinnost sonochemické reakce, protože ultrazvuk dosahuje nejvyšší intenzifikace procesu.

Schematický pohled na jevy odehrávající se v sonochemickém reaktoru.
Obrázek a studie: ©Dahlem et al., 1999.

Sortiment zahrnuje kompaktní laboratorní ultrasonicators pro R&D, výkonné stolní a pilotní ultrazvukové systémy, stejně jako plně průmyslové zařízení pro velkoobjemovou výrobu. To umožňuje bezrizikové testování proveditelnosti v malém měřítku a následné zcela lineární škálování na větší objemy.

Přesné ovládání sonikace

Digitální barevný displej a chytrý software s dálkovým ovládáním prohlížeče a automatickým protokolem dat na integrované SD kartě umožňují sofistikované nastavení a monitorování ultrazvukových parametrů v sonochemickém reaktoru.
Krása sonochemicky řízených reakcí spočívá v účinnosti, které lze spolehlivě dosáhnout optimalizací procesů. Optimální ultrazvuková amplituda, ultrazvukový příkon, teplota a tlak lze určit pro každou konkrétní reakci. To umožňuje najít ideální parametry sonikace tak, aby bylo dosaženo optimálních výsledků reakce a účinnosti.

regulace teploty

Všechny naše digitální ultrasonicators jsou vybaveny zásuvným teplotním senzorem pro nepřetržité sledování teploty, který lze vložit do kapaliny pro konstantní měření objemové teploty. Sofistikovaný software umožňuje nastavení teplotního rozsahu. Když je teplotní limit překročen, ultrasonicator se automaticky pozastaví, dokud se teplota v kapalině nesníží na určitou nastavenou hodnotu a začne automaticky znovu sonikovat. Všechna měření teploty, stejně jako další důležitá ultrazvuková procesní data, jsou automaticky zaznamenávána na vestavěnou kartu SD a lze je snadno revidovat pro řízení procesu.
Sonochemické reaktory z Hielscheru jsou k dispozici s chladicími plášti. Kromě toho lze připojit výměníky tepla a chladicí jednotky, aby byla zajištěna požadovaná procesní teplota.

Snadno dostupné komponenty pro sestavení ideálního chemického reaktoru

Velké portfolio snadno dostupných ultrazvukových zařízení, sond (sonotrod), posilovačů, dávkových reaktorů a průtokových buněk, stejně jako mnoho dalšího příslušenství umožňuje konfigurovat ideální ultrazvukový chemický reaktor (sono-reaktor) pro váš konkrétní proces.
Všechna zařízení jsou již optimalizována pro rovnoměrné rozložení akustické kavitace a stabilní průtokové vzory, což jsou nejdůležitější konstrukční aspekty pro získání homogenních a spolehlivých výsledků v ultrazvukem míchaném chemickém reaktoru.
Nežádoucí oxidaci lze zabránit propláchnutím reaktoru inertním plynem, např. dusíkovou přikrývkou.

Řešení na míru pro váš chemický reaktor

Zatímco Hielscher nabízí různé dávkové a inline reaktorové řešení v různých velikostech a geometriích, vyrobené z nerezové oceli nebo skla, jsme rádi, že vyrobíme vaši speciální chemickou reaktorovou nádobu s ohledem na základy analýzy a návrhu vašich specifických procesních požadavků. S dlouholetým zkušeným týmem inženýrů a technických vývojářů navrhujeme váš chemický reaktor tak, aby splňoval vaše požadavky. Například velikost, materiál, geometrie, napájecí a vypouštěcí porty, počet ultrazvukových sond atd. Mohou být navrženy tak, aby se ideální ultrazvukem podporovaný chemický reaktor pro váš chemický proces.

Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators: