Optimeret kemisk reaktoreffektivitet ved ultralydbehandling med høj effekt
Ultralydbehandling er velkendt for at intensivere og / eller igangsætte kemiske reaktioner. Derfor betragtes integrationen af højtydende ultralyd som et 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!
- Overlegen effektivitet
- Præcis kontrol
- batch og inline
- rustfrit stål, glas, hastelloy osv.
- tilpasningsevne
- lineær skalerbarhed
- lav vedligeholdelse
- Enkel, sikker betjening
- nem eftermontering

Ultralyd med høj intensitet i en kemisk reaktor for forbedret reaktionseffektivitet. Billedet viser reaktoren MSR-4 med 4x 4000 watt ultralydapparater (i alt 16kW effekt ultralyd).
Hvordan forbedrer Power Ultrasound kemiske reaktorer?
Integrationen af en eller flere ultralydssonder (sonotroder) gør det muligt at koble kraftige ultralydsbølger ind i den kemiske reaktor. Intens ultralydbehandling af væsker og opslæmninger skaber ikke kun stærke turbulenser på grund af akustiske vibrationer, men er kendt for flere effekter, som er defineret under udtrykket "sonokemi".
Hvad er sonokemi? Hvordan fremmer det reaktioner?
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, tryk på op til ∼1000 bar samt respektive temperatur- og trykforskelle. Væsken eller gyllen omrøres kraftigt af væskestråler og forskydningskræfter.
De kemiske virkninger (f.eks. dannelse af radikale arter, bøjning af molekyler osv.) og fysiske/fysisk-mekaniske virkninger af sonokemi anvendes med succes på adskillige kemiske reaktioner såsom organisk katalyse, organokatalytiske reaktioner, Reaktioner ved faseoverførsel, Syntese af nanopartikler, nedbør / krystallisation, Sol-gel reaktioner, Suzuki kobling, Diels-Alder reaktioner, Mannich-reaktioner, Michael Tilføjelse, Wurtz-type kobling og mange andre. Sonokemisk fremmede reaktioner viser ofte en signifikant øget konverteringsrate, højere udbytter, accelereret reaktion, mere komplet reaktion, kan bruges med mildere opløsningsmidler under omgivende forhold, skabe færre uønskede biprodukter og bidrage på grund af dens høje effektivitet til grøn kemi.
- Heterogen kemi
- Katalyse af faseoverførsel
- organisk kemi
- Polymer kemi
- syntese
- Homogene reaktioner
- Biokemi (sonikerede enzymreaktorer)
- Ekstraktion
- nedbør / krystallisation
- elektrokemi
- Miljømæssig afhjælpning
- Pyrokemi

Ultralydsapparat UIP2000hdT med Sono-Reactor til intens bearbejdning.
Ultralydsdrevne kemiske batchreaktorer
Integrationen af ultralydapparater i åbne eller lukkede batchreaktorer er en almindeligt anvendt teknik til at fremskynde reaktioner i laboratorier, pilotanlæg og produktionsfaciliteter. Afhængig af beholderstørrelsen, geometrien og det kemiske reaktionssystem kan en eller flere sonotroder integreres i batchreaktoren. Ultralydbehandling bruges også ofte til at forbedre kontinuerligt omrørte reaktorer (CSTR).
Ultralyd semi-batch reaktorer: Selvfølgelig kan sonikering også integreres i semi-batch reaktorer. For semi-batch-systemer indlæses en kemisk reaktant i reaktoren, mens et andet kemikalie tilsættes med en kontinuerlig strømningshastighed (for eksempel ved en langsom tilførsel for at forhindre sidereaktioner) og kombineres i ultralydshotspottet. Alternativt fjernes et produkt af en kemisk reaktion, som er resultatet af reaktionen i reaktoren, kontinuerligt, f.eks. syntetiserede bundfald eller krystaller, eller et mellemprodukt af slutprodukt, der kan fjernes på grund af faseadskillelse.
Ultralyd-omrørt kemisk gennemstrømningsreaktor
I en gennemstrømningsreaktor, også kendt som flowcelle eller inline-reaktor, føres reaktanterne gennem en eller flere fødeporte ind i reaktionskammeret, hvor den kemiske reaktion sker. Efter en vis retentionstid, der er nødvendig for, at en specifik reaktion kan opstå, udledes mediet kontinuerligt fra reaktoren. Ultralydsflowceller og inline-reaktorer giver mulighed for en uafbrudt produktion af produktet, som kun er afhængig af den kontinuerlige forsyning af reagenserne.

Billedet viser Ultralydsapparat UIP1000hdT med batchreaktor (venstre) og med flowcellereaktor til inline-behandling (højre).

Den lukkede batchreaktor fremstillet af rustfrit stål er udstyret med ultralydsapparat UIP2000hdT (2kW, 20kHz).
Højtydende kemiske sono-reaktorer
Hielscher Ultrasonics er din betroede producent af 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 ultralydapparater og sono-reaktorer er designet til høj ydeevne og robusthed og kan installeres til brug med skrappe kemikalier i krævende miljøer og tunge applikationer.
Hielscher ultralydsreaktorer er designet med fokus på en ensartet ultralydsbestråling af mediet, så det akustiske trykfelt kan udvide sig jævnt. Opfyldelse af dette krav forbedrer den samlede effektivitet af den sonokemiske reaktion, da ultralyden opnår den højeste procesintensivering.

Skematisk billede af de fænomener, der finder sted i en sonokemisk reaktor.
Billede og studie: ©Dahlem et al., 1999.
Produktsortimentet dækker kompakte laboratorieultralydapparater til R&D, kraftfulde bord- og pilotultralydssystemer samt fuldt industrielt udstyr til produktion af store mængder. Dette giver mulighed for risikofri gennemførlighedstest i lille skala og den efterfølgende helt lineære opskalering til større volumener.
Præcis sonikeringskontrol
Det digitale farvedisplay og den smarte software med fjernstyring af browseren og automatisk dataprotokol på et integreret SD-kort giver mulighed for sofistikeret indstilling og overvågning af ultralydsparametrene i den sonokemiske reaktor.
Det smukke ved sonokemisk drevne reaktioner er den effektivitet, der pålideligt kan opnås via procesoptimering. Optimal ultralydsamplitude, ultralydseffektindgang, 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 tilsluttbar 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, holder ultralydsapparatet automatisk pause, indtil temperaturen i væsken er faldet til et bestemt indstillingspunkt og begynder automatisk at sonikere igen. Alle temperaturmålinger samt andre vigtige ultralydsprocesdata registreres automatisk på et indbygget SD-kort og kan nemt revideres til processtyring.
Sonokemiske reaktorer fra Hielscher fås med kølekapper. 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), boosterhorn, batchreaktorer og flowceller samt adskillige ekstra tilbehør gør det muligt at konfigurere den ideelle ultralydskemiske 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 ultralydomrørt kemisk reaktor.
Uønsket oxidation kan undgås ved at rense reaktoren med en inert gas, f.eks. nitrogentæppe.
Skræddersyede løsninger til din kemiske reaktor
Mens Hielscher tilbyder forskellige batch- og inline-reaktorløsninger i forskellige størrelser og geometrier, fremstillet af rustfrit stål eller glas, er vi glade for at fremstille din specielle kemiske reaktorbeholder under hensyntagen til de grundlæggende analyse- og designprincipper for 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, fodrings- og udladningsporte, antal ultralydssonder osv. designes for at lave den ideelle ultralydsfremmede kemiske reaktor til din kemiske proces.
- Batch- og inline-reaktorer
- Industriel kvalitet
- 24/7/365 drift under fuld belastning
- for enhver volumen og flowhastighed
- forskellige reaktorbeholderdesign
- temperatur-kontrolleret
- Kan sættes under tryk
- Let at rengøre
- Nem at installere
- Sikker at betjene
- Robusthed + lav vedligeholdelse
- valgfrit automatiseret
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:
Batch volumen | Flowhastighed | Anbefalede enheder |
---|---|---|
1 til 500 ml | 10 til 200 ml/min | UP100H |
10 til 2000 ml | 20 til 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 til 20L | 0.2 til 4 l/min | UIP2000hdT |
10 til 100L | 2 til 10 l/min | UIP4000hdT |
n.a. | 10 til 100 l/min | UIP16000 |
n.a. | Større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg os!
Litteratur / Referencer
- Meroni, Daniela; Djellabi Ridha;, Ashokkumar, Muthupandian; Bianchi, Claudia L.; Boffit, Daria C. (2021): Sonoprocessing: From Concepts to Large-Scale Reactors. Chemical Reviews ACS 2021.
- Mason, Timothy (2000): Large Scale Sonochemical Processing: Aspiration and Actuality. Ultrasonics Sonochemistry 7, 2000. 145-149.
- Mason, Timothy (2003): Sonochemistry and sonoprocessing: The link, the trends and (probably) the future. Ultrasonics Sonochemistry 10, 2003. 175-179.

Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.