Hielscher – Ultraschall-Technologie

Ultraschall-Intensivierte Festbett-Reaktoren

  • Ultraschall-Mischen und Dispergieren aktiviert und verstärkt die katalytische Reaktion in Festbettreaktoren.
  • Die Ultraschall-Behandlung verbessert die Massenübertragung und erhöht dadurch die Effizienz, Umsatz und Ausbeute.
  • Ein zusätzlicher Vorteil ist die Beseitigung von passivierenden Schichten Fouling von den Katalysatorteilchen durch Ultraschall-Kavitation.

Festbettkatalysatoren

Festbetten (manchmal auch gepackte Bett genannt) werden üblicherweise mit Katalysatorpellets geladen, die in der Regel mit einem Durchmesser von 1-5mm Granulate. Sie können in den Reaktor in Form von als Einzelbett, als separate Schalen beladen werden, oder in Rohren. Die Katalysatoren werden meist auf Basis von Metallen wie Nickel, Kupfer, Osmium, Platin und Rhodium.
Die Auswirkungen von Leistungsultraschall auf heterogenen chemischen Reaktionen sind gut bekannt und weit verbreitet für industrielle katalytische Verfahren eingesetzt. Katalytische Reaktionen in einem Festbettreaktor kann von Ultraschall-Behandlung profitieren, auch. Ultraschall-Bestrahlung des Katalysatorfestbettes erzeugt hochreaktivem Oberflächen, erhöht den Massentransport zwischen Flüssigphase (Reaktanden) und Katalysator und entfernt passivierende Beschichtungen (z.B. Oxidschichten) von der Oberfläche. Ultraschall-Fragmentierung von spröden Materialien erhöht die Oberflächenbereiche und trägt damit zu einer erhöhten Aktivität.

Ultraschallbehandelten TeilchenVorteile

  • Verbesserte Effizienz
  • erhöhte Reaktions
  • Höhere Conversion-Rate
  • höhere Ausbeute
  • Recycling des Katalysators
Ultraschall-Dispergierung von Silica

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Ultraschall Intensification katalytischer Reaktionen

Ultraschall-Mischen und Rühren verbessert den Kontakt zwischen Reaktant und Katalysator-Teilchen, erzeugt hochreaktivem Oberflächen und initiiert und / oder verbessert die chemische Reaktion.
Ultraschallkatalysatorherstellung kann zu Veränderungen in der Kristallisationsverhalten, Dispersions- / Desagglomerierung und Oberflächeneigenschaften. Darüber hinaus können die Eigenschaften der vorgeformten Katalysatoren durch Entfernen von passivierenden Oberflächenschichten, bessere Dispersion beeinflußt werden, Massentransfer erhöht wird.
Klicken Sie hier, um mehr über die Ultraschalleffekte auf chemische Reaktionen (Sonochemie) zu lernen!

Beispiele

  • Ultraschall-Vorbehandlung von Ni-Katalysator für Hydrierungsreaktionen
  • Beschallt Raney-Ni-Katalysator mit Weinsäure führt zu einer sehr hohen Enantioselektivität
  • Ultraschall hergestellten Fischer-Tropsch-Katalysatoren
  • Sonochemisch behandelte amorphe Pulverkatalysatoren für erhöhte Reaktivität
  • Sono-Synthese von amorphen Metallpulver

Ultraschall-Wiedergewinnung des Katalysators

Feste Katalysatoren in Festbettreaktoren sind meist in Form von Kugelperlen oder zylindrischen Rohren ausgeführt. Während der chemischen Reaktion wird die Katalysatoroberfläche durch eine Deckschicht passiviert, die im Laufe der Zeit zu einem Verlust der katalytischen Aktivität und/oder Selektivität führt. Die Zeitskalen für den Katalysatorabbau variieren stark. Während beispielsweise die Katalysatorsterblichkeit eines Crackkatalysators innerhalb von Sekunden auftreten kann, kann ein Eisenkatalysator, der in der Ammoniaksynthese verwendet wird, 5-10 Jahre halten. Die Katalysator-Deaktivierung kann jedoch für alle Katalysatoren beobachtet werden. Während verschiedene Mechanismen (z.B. chemisch, mechanisch, thermisch) der Katalysatordesaktivierung beobachtet werden können, ist das Fouling eine der häufigsten Arten des Katalysatorzerfalls. Fouling bezieht sich auf die physikalische Ablagerung von Spezies aus der flüssigen Phase auf die Oberfläche und in den Poren des Katalysators, die dadurch die reaktiven Stellen blockieren. Die Katalysatorfouling mit Koks und Kohlenstoff ist ein schnell ablaufender Prozess und kann durch Regeneration (z.B. Ultraschallbehandlung) umgekehrt werden.
Ultraschall-Kavitation ist ein erfolgreiches Verfahren passivierenden Schichten Fouling von der Katalysatoroberfläche zu entfernen. Die Ultraschallkatalysatorrückgewinnung wird typischerweise durch Beschallen der Teilchen in einer Flüssigkeit (beispielsweise deionisiertes Wasser) zur Entfernung der Bewuchses Reste (z.B. Platin / Siliciumdioxid-Faser pt / SF, Nickel-Katalysatoren) durchgeführt.

Ultraschallsysteme

Power Ultraschall ist Katalysatoren und katalytische Reaktionen eingesetzt. (Klicken um zu vergrößern!)Hielscher Ultrasonics bietet verschiedene Ultraschallprozessoren und Variationen für die Integration von Leistungsultraschall in Festbettreaktoren. Verschiedene Ultraschall-Systeme sind in Festbettreaktoren installiert werden. Für komplexere Reaktortypen, die wir anbieten kundenspezifische Ultraschall Lösungen.
So testen Sie Ihre chemische Reaktion unter Ultraschallstrahlung, Sie sind willkommen, unsere Ultraschallverfahren Labor und Technikum in Teltow zu besuchen!
Kontaktiere uns heute! Wir freuen uns, gemeinsam mit Ihnen die Ultraschall Intensivierung des chemischen Prozesses zu diskutieren!
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
10 bis 2000ml 20 bis 400ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 bis 20l 0.2 bis 4l/min UIP2000hdT
10 bis 100l 2 bis 10l/min UIP4000
n.a. 10 bis 100l/min UIP16000
n.a. größere Cluster aus UIP16000
Inline-Verarbeitung mit 7 kW Leistung Ultraschallprozessoren (Anklicken zum Vergrößern!)

Ultraschall-Durchflusssystem

Ultraschall Intensivierte Reaktionen

  • Hydrierung
  • Alkylierung
  • Cyanierung
  • Veretherung
  • Veresterungs-
  • Polymerisation
  • (Z.B. Ziegler-Natta-Katalysatoren, Metallocene)

  • Allylierung
  • Bromierung

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Literatur



Wissenswertes

Ultraschall Kavitation und Sonochemistry

Kupplungsleistung Ultraschall in Flüssigkeiten ein Schlämmen führt akustische Kavitation. Akustische Kavitation bezieht sich auf das Phänomen der raschen Bildung, des Wachstums und implosive Zusammenbruch Dampfgefüllte Hohlräume. Dies erzeugt sehr kurzlebig „hot spots“ mit extremen Temperaturspitzen von bis zu 5000 K, sehr hohen Heiz- / Kühlraten von über 109Ks-1Und Drücken von 1000atm mit jeweiligen Differentialen – alle innerhalb Nanosekunde Lebensdauer.
Das Forschungsgebiet der Sonochemie die Wirkung von Ultraschall untersucht in Flüssigkeiten in akustische Kavitation bilden, die initiiert und / oder verbessern die chemische Aktivität in einer Lösung.

Heterogene katalytische Reaktionen

In der Chemie bedeutet die heterogene Katalyse auf die Art der katalytischen Reaktion, bei der die Phasen des Katalysators und die Reaktanten voneinander unterscheiden. In Zusammenhang mit der heterogenen Chemie wird Phase nicht nur verwendet, um zwischen Feststoff, Flüssigkeit zu unterscheiden, und Gas, aber es bezieht sich auch auf nicht mischbare Flüssigkeiten, z.B. Öl und Wasser.
Während einer heterogenen Reaktion, ein oder mehrere Reaktanten durchlaufen eine chemische Veränderung an einer Grenzfläche, z.B. auf der Oberfläche eines festen Katalysators.
Die Reaktionsgeschwindigkeit wird in Abhängigkeit von der Konzentration der Reaktanten, der Partikelgröße, Temperatur, Katalysator und weiteren Faktoren ab.
Reaktandenkonzentration: Im Allgemeinen erhöht eine Erhöhung der Konzentration eines Reaktanten die Reaktionsgeschwindigkeit aufgrund der größeren Oberfläche und dadurch ein größeren Phasenübergang zwischen Reaktantpartikel.
Partikelgröße: Wenn einer der Reaktanten ein Feststoffpartikel ist, dann kann es nicht in der Geschwindigkeitsgleichung angezeigt werden, da nur die Geschwindigkeitsgleichung Konzentrationen zeigt und Feststoffe können eine Konzentration haben, da in einer anderen Phase ist. Jedoch beeinflußt die Teilchengröße der festen, die Reaktionsgeschwindigkeit aufgrund der zur Verfügung stehenden Oberfläche für den Phasentransfer.
Reaktionstemperatur: Die Temperatur wird im Zusammenhang mit der Geschwindigkeitskonstante durch die Arrhenius-Gleichung: k = Ae-Sie / RT
Wo Ea die Aktivierungsenergie ist, R die universelle Gaskonstante und T die absolute Temperatur in Kelvin. A ist die Arrhenius (Frequenz) Faktor. e-Sie / RT gibt die Anzahl von Teilchen unter der Kurve, die Energie größer ist als die Aktivierungsenergie hat, Ea.
Katalysator: In den meisten Fällen treten Reaktionen mit einem Katalysator schneller, weil sie weniger Aktivierungsenergie erfordern. Heterogene Katalysatoren stellen eine Schablonenoberfläche bei der die Reaktion auftritt, während homogene Katalysatoren Zwischenprodukte bilden, die den Katalysator während eines nachfolgenden Schrittes des Mechanismus freisetzen.
Andere Faktoren: Andere Faktoren wie Licht können bestimmte Reaktionen beeinflussen (Photochemie).

nucleophile Substitution

Nucleophile Substitution ist eine grundlegende Klasse von Reaktionen in der organischen (und anorganisch) Chemie, in dem ein Nucleophil selektiv Bindungen in Form einer Lewis-Base (als Elektronenpaar-Donator) mit einem organischen Komplex mit oder Angriffen des positive oder teilweise positive (+ ve) Ladung eines Atoms oder eine Gruppe von Atomen mit einer Abgangsgruppe zu ersetzen. Die positiven oder teilweise positive Atome, das der Elektronenpaar-Akzeptor ist, wird ein Elektrophil bezeichnet. Die gesamte molekulare Einheit des Elektro und die Abgangsgruppe ist in der Regel das Substrat genannt.
Die nucleophile Substitution kann als zwei verschiedene Wege beobachtet werden – SN1 und SN2-Reaktion. Welche Form des Reaktionsmechanismus – sN1 oder SN2 – erfolgt, ist abhängig von der Struktur der chemischen Verbindungen, die Art des Nucleophils und des Lösungsmittels.

Arten der Katalysatordesaktivierung

  • Katalysatorvergiftung ist die Bezeichnung für die starke Chemisorption von Arten an katalytischen Stellen, welchen Block Stellen für katalytische Reaktion. Vergiftung kann reversibel oder irreversibel sein.
  • Fouling bezieht sich auf einen mechanischen Abbau des Katalysators, wo Arten von Fluidphase deposite auf der katalytischen Oberfläche und in Katalysatorporen.
  • Thermischer Abbau und Sintern führt zum Verlust der katalytischen Oberflächenbereich, Auflagebereich und aktive phasen Auflagerkräfte.
  • Dampfbildung bedeutet eine chemische Abbau Form, wobei die Gasphase mit der Katalysatorphase reagiert, um flüchtige Verbindungen zu erzeugen.
  • Dampf-Feststoff-und Fest-Fest-Reaktionen führen zur chemischen Desaktivierung des Katalysators. Dampf, Träger oder Promotor reagiert mit dem Katalysator, so dass eine inaktive Phase erzeugt wird.
  • Attrition oder Zerdrücken des Katalysatorteilchen führt zum Verlust des katalytischen Materials durch mechanische Abrieb. Die innere Oberfläche des Katalysators verloren geht aufgrund mechanischer induzierten Zerkleinerung des Katalysatorteilchens.