Ultralydbehandling er velkendt for at intensivere og / eller indlede kemiske reaktioner. Derfor betragtes integrationen af højtydende ultralyd som pålideligt værktøj til at fremme kemiske reaktorer for forbedrede reaktionsresultater. Hielscher Ultrasonics tilbyder forskellige reaktorløsninger til at justere din kemiske proces. Lær hvordan ultralyd kan forbedre din kemiske reaktor!

Hvordan forbedrer power ultralyd kemiske reaktorer?

Integrationen af en eller flere ultralydsonder (sonotroder) gør det muligt at parre kraftige ultralydbølger ind i den kemiske reaktor. Intens ultralydning af væsker og gylle skaber ikke kun stærke turbulenser på grund af akustisk vibration, men er kendt for flere effekter, som er defineret under udtrykket "sonokemi".

Hvad er Sonochemistry? Hvordan fremmer den reaktioner?

Højintensiv ultralyd / høj effekt ultralyd påføres kemiske systemer for at indlede og / eller fremme reaktioner, forbedre konverteringsfrekvens og udbytter eller skifte reaktionsveje. Det fysiske fænomen, der er ansvarlig for sonokemiske effekter, er akustisk kavitation. Når højintensive ultralydbølger kobles til et flydende medium, bevæger bølgerne sig gennem væsken, hvilket skaber skiftende lavtrykscyklusser (rarefaction) og højtrykscyklusser. Under lavtrykket / rarefaction opstår der små vakuumbobler i væsken, som vokser over flere trykcyklusser, indtil vakuumboblen når et punkt, hvor den ikke kan absorbere yderligere energi. På det punkt af maksimal boble vækst, boblen imploderer voldsomt under et højtryk cyklus. Under det implosive boblekollaps kan fænomenet kavitation observeres. Ultralyd kavitation skaber såkaldte "hot spots", som er karakteriseret ved ekstreme forhold såsom temperatur på op til ∼5000 K med meget høje opvarmning / afkølingshastigheder på > 1000 K s^-1, tryk på op til ∼1000 bar samt respektive temperatur- og trykforskelle. Væsken eller gyllen er stærkt ophidset af flydende jetfly og forskydningskræfter.

De kemiske virkninger (f.eks. dannelsen af radikale arter, bøjning af molekyler osv.) og fysiske / fysisk-mekaniske virkninger af sonokemi anvendes med succes på mange kemiske reaktioner såsom organisk katalyse, organocatalytiske reaktioner, Reaktionerne på faseoverførsel, nanopartikler syntese, nedbør / krystallisering, sol-gel reaktioner, Suzuki kobling, Diels-Alder reaktioner, Mannich reaktioner, Michael tilføjelse, Wurtz-type kobling og mange andre. Sonokemisk promoverede reaktioner viser ofte en signifikant øget konverteringsfrekvens, højere udbytter, accelereret reaktion, mere komplet reaktion, kan bruges med mildere opløsningsmidler under omgivende forhold, skabe mindre uønskede biprodukter og bidrage på grund af dens høje effektivitet til grøn kemi.

Ultralydsdrevne kemiske batchreaktorer

Integrationen af ultralydapparater i åbne eller lukkede batchreaktorer er en almindeligt anvendt teknik til at fremskynde reaktioner i laboratorier, pilotanlæg og produktionsanlæg. Afhængigt af fartøjets størrelse, geometri og det kemiske reaktionssystem kan en eller flere sonotroder integreres i batchreaktoren. Ultralydbehandling bruges også ofte til at forbedre kontinuerligt omrørte reaktorer (CSTR).

Ultralyd halv-batch reaktorer: Selvfølgelig kan sonikering også integreres i semi-batch reaktorer. For halvbatchsystemer indlæses en kemisk reaktant i reaktoren, mens et andet kemikalie tilsættes med en kontinuerlig strømningshastighed (for eksempel ved et langsomt foder for at forhindre sidereaktioner) i at blive kombineret i ultralyds hot spot. Alternativt fjernes et produkt af en kemisk reaktion, som skyldes reaktionen i reaktoren, kontinuerligt, f.eks. syntetiserede bundfald eller krystaller eller et mellemprodukt af slutproduktet, der kan fjernes på grund af faseadskillelse.

Ultralyd-agiteret kemisk flow-through reaktor

I en gennemstrømningsreaktor, også kendt som flowcelle eller inlinereaktor, føres reaktanterne gennem en eller flere fodringsporte ind i reaktionskammeret, hvor den kemiske reaktion sker. Efter en vis opbevaringstid, der er nødvendig for, at en bestemt reaktion kan forekomme, udledes mediet kontinuerligt fra reaktoren. Ultralydsstrømsceller og inlinereaktorer giver mulighed for en uafbrudt produktion af produktet, som kun afhænger af den kontinuerlige forsyning af reagenserne.

På billedet vises ultralydsdiske UIP1000hdT med batchreaktor (venstre) og med flowcellereaktor til inlinebehandling (højre).

Højtydende kemiske sonoreaktorer

Hielscher Ultrasonics er din betroede producent til sono-kemiske reaktorer og højtydende ultralydsudstyr, der pålideligt kan forbedre din kemiske reaktion. Hielscher Ultrasonics produktsortiment omfatter forskellige typer og klasser af laboratorie- og industrielle storskala sonoreaktorer til batch- og gennemstrømningstilstand. Med Hielscher højtydende sonde-type ultralydbehandling, flere fremskridt – såsom forbedret reaktionshastighed, mere komplet konvertering, højere udbytter, præcis reaktionskontrol og fremragende samlet effektivitet – opnås pålideligt i batch- og gennemstrømningsreaktorer. Hielscher-ultralydsapparater og sonoreaktorer er designet til højtydende og robusthed og kan installeres til brug med barske kemikalier i krævende miljøer og tunge applikationer.
Hielscher ultralydsreaktorer er designet med fokus på en ensartet ultralyd bestråling af mediet, så det akustiske trykfelt kan udvides jævnt. Opfyldelse af dette krav forbedrer den samlede effektivitet af den sonokemiske reaktion, da ultralyden opnår den højeste proces intensivering.

Skematisk syn på de fænomener, der finder sted i en sonokemisk reaktor.
Billede og undersøgelse: ©Dahlem et al., 1999.

Produktsortimentet dækker kompakte laboratorie ultralydapparater til R&D, kraftfulde bænk-top og pilot ultralyd systemer samt fuldt industriel kvalitet udstyr til store volumen produktion. Dette giver mulighed for risikofri gennemførlighedstest i mindre målestok og den efterfølgende helt lineære opskalering til større mængder.

Præcis sonikeringskontrol

Det digitale farvedisplay og den smarte software med fjernbetjening af browser og automatisk dataprotokoller på et integreret SD-kort giver mulighed for sofistikeret indstilling og overvågning af ultralydsparametrene i den sonokemiske reaktor.
Skønheden i sonokemisk drevne reaktioner er den effektivitet, der pålideligt kan opnås via procesoptimering. Optimal ultralyd amplitud, ultralyd effekt input, temperatur og tryk kan bestemmes for hver enkelt reaktion. Dette gør det muligt at finde de ideelle sonikeringsparametre, så der opnås optimale reaktionsresultater og effektivitet.

temperaturkontrol

Alle vores digitale ultralydapparater er udstyret med en tilsluttelig temperatursensor til kontinuerlig temperaturovervågning, som kan indsættes i væsken til konstant måling af bulktemperaturen. Sofistikeret software gør det muligt at indstille et temperaturområde. Når temperaturgrænsen overskrides, stopper ultralydsenheden automatisk, indtil temperaturen i væsken er sænket til et bestemt sætpunkt og begynder automatisk at sonikere igen. Alle temperaturmålinger samt andre vigtige ultralydsprocesdata registreres automatisk på et indbygget SD-kort og kan nemt revideres til proceskontrol.
Sonokemiske reaktorer fra Hielscher fås med kølejakker. Derudover kan varmevekslere og køleenheder tilsluttes for at sikre den ønskede procestemperatur.

Let tilgængelige komponenter til at samle den ideelle kemiske reaktor

Den store portefølje af let tilgængelige ultralydsenheder, sonder (sonotroder), boostere horn, batchreaktorer og flowceller samt mange ekstra tilbehør gør det muligt at konfigurere den ideelle ultralyd-kemiske reaktor (sono-reaktor) til din specifikke proces.
Alt udstyr er allerede optimeret til ensartet fordeling af akustisk kavitation og stabile flowmønstre, som er de vigtigste designaspekter for at opnå homogene, pålidelige resultater i en ultralyd agiteret kemisk reaktor.
Uønsket oxidation kan undgås ved at rense reaktoren med en inert gas, f.eks. kvælstoftæppe.

Tilpassede løsninger til din kemiske reaktor

Mens Hielscher tilbyder forskellige batch- og inlinereaktorløsninger i forskellige størrelser og geometrier, fremstillet af rustfrit stål eller glas, er vi glade for at fremstille dit specielle kemiske reaktorbeholder i betragtning af analysen og designprincipperne i dine specifikke proceskrav. Med et mangeårigt erfarent team af ingeniører og tekniske udviklere designer vi din kemiske reaktor, der opfylder dine krav. For eksempel kan størrelse, materiale, geometri, fodring og udledning af porte, antal ultralydsonder osv. designes for at lave den ideelle ultralydsforfremmede kemiske reaktor til din kemiske proces.

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater: