Βελτιστοποιημένη απόδοση χημικού αντιδραστήρα με υπερήχους υψηλής ισχύος

Υπερήχους είναι γνωστό ότι εντείνει ή? και να ξεκινήσει χημικές αντιδράσεις. Ως εκ τούτου, η ενσωμάτωση υπερήχων υψηλής απόδοσης θεωρείται αξιόπιστο εργαλείο για την προώθηση χημικών αντιδραστήρων για βελτιωμένα αποτελέσματα αντίδρασης. Hielscher Υπέρηχοι προσφέρει διάφορες λύσεις αντιδραστήρα για να τσίμπημα χημική διαδικασία σας. Μάθετε πώς ο υπέρηχος μπορεί να βελτιώσει τον χημικό αντιδραστήρα σας!

Πώς ο υπερηχογράφος ισχύος βελτιώνει τους χημικούς αντιδραστήρες;

The integration of one or more ultrasonic probes (sonotrodes) allows to couple powerful ultrasound waves into the chemical reactor. Intense ultrasonication of liquids and slurries not only create strong turbulences due to acoustic vibration but is known for multiple effects, which are defined under the term “Ηχοχημεία”.

Τι είναι η Sonochemistry; Πώς προωθεί τις αντιδράσεις;

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, πιέσεις έως ∼1000 bar καθώς και αντίστοιχες διαφορές θερμοκρασίας και πίεσης. Το υγρό ή ο πολτός αναταράσσεται έντονα από πίδακες υγρού και δυνάμεις διάτμησης.

Οι χημικές επιδράσεις (π.χ. σχηματισμός ριζικών ειδών, κάμψη μορίων κ.λπ.) και οι φυσικές/φυσικομηχανικές επιδράσεις της sonochemistry εφαρμόζονται με επιτυχία σε πολυάριθμες χημικές αντιδράσεις όπως η οργανική κατάλυση, οργανοκαταλυτικές αντιδράσεις, Αντιδράσεις μεταφοράς φάσης, Σύνθεση νανοσωματιδίων, Κατακρήμνιση? κρυστάλλωση, Αντιδράσεις sol-gel, Σύζευξη Suzuki, Αντιδράσεις Diels-Alder, Αντιδράσεις Mannich, Μάικλ Προσθήκη, σύζευξη τύπου Wurtz και πολλά άλλα. Οι σωματοχημικά προωθούμενες αντιδράσεις συχνά παρουσιάζουν σημαντικά αυξημένο ρυθμό μετατροπής, υψηλότερες αποδόσεις, επιταχυνόμενη αντίδραση, πληρέστερη αντίδραση, μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ηπιότερους διαλύτες υπό συνθήκες περιβάλλοντος, να δημιουργήσουν λιγότερα ανεπιθύμητα υποπροϊόντα και να συμβάλουν λόγω της υψηλής αποτελεσματικότητάς τους στην πράσινη χημεία.

Χημικοί αντιδραστήρες παρτίδας με υπερήχους

Η ενσωμάτωση των υπερήχων σε ανοικτούς ή κλειστούς αντιδραστήρες παρτίδας είναι μια ευρέως εφαρμοζόμενη τεχνική για την επιτάχυνση των αντιδράσεων σε εργαστήρια, πιλοτικές εγκαταστάσεις και εγκαταστάσεις παραγωγής. Ανάλογα με το μέγεθος του δοχείου, τη γεωμετρία και το σύστημα χημικής αντίδρασης, ένα ή περισσότερα sonotrodes μπορούν να ενσωματωθούν στον αντιδραστήρα παρτίδας. Υπερήχους χρησιμοποιείται επίσης συχνά για τη βελτίωση συνεχώς αναδευόμενοι αντιδραστήρες (CSTR).

Υπερηχητικοί αντιδραστήρες ημι-παρτίδας: Φυσικά, υπερήχηση μπορεί επίσης να ενσωματωθεί σε αντιδραστήρες ημι-παρτίδας. Για συστήματα ημι-παρτίδας, ένα χημικό αντιδραστήριο φορτώνεται στον αντιδραστήρα, ενώ μια δεύτερη χημική ουσία προστίθεται σε συνεχή ρυθμό ροής (για παράδειγμα, σε αργή τροφοδοσία για την πρόληψη παρενεργειών) που συνδυάζονται στο υπερηχητικό καυτό σημείο. Εναλλακτικά, ένα προϊόν χημικής αντίδρασης, το οποίο προκύπτει από την αντίδραση στον αντιδραστήρα, απομακρύνεται συνεχώς, π.χ. συνθετικά ιζήματα ή κρύσταλλοι, ή ένα ενδιάμεσο τελικό προϊόν που μπορεί να απομακρυνθεί λόγω διαχωρισμού φάσεων.

Υπερήχων-αναστατωμένος χημικός αντιδραστήρας ροής

Σε έναν αντιδραστήρα ροής, επίσης γνωστό ως κυψέλη ροής ή ενσωματωμένος αντιδραστήρας, τα αντιδρώντα τροφοδοτούνται μέσω μίας ή περισσότερων θυρών τροφοδοσίας στο θάλαμο αντίδρασης, όπου συμβαίνει η χημική αντίδραση. Μετά από ένα ορισμένο χρόνο κατακράτησης που απαιτείται για να συμβεί μια συγκεκριμένη αντίδραση, το μέσο εκκενώνεται συνεχώς από τον αντιδραστήρα. Τα κύτταρα ροής υπερήχων και οι ενσωματωμένοι αντιδραστήρες επιτρέπουν την αδιάλειπτη παραγωγή προϊόντος, η οποία εξαρτάται μόνο από τη συνεχή παροχή των αντιδραστηρίων.

Η εικόνα δείχνει το Υπερήχων UIP1000hdT με αντιδραστήρα παρτίδας (αριστερά) και με αντιδραστήρα κυψελών ροής για ενσωματωμένη επεξεργασία (δεξιά).

Χημικοί αντιδραστήρες Sono υψηλής απόδοσης

Hielscher Υπέρηχοι είναι αξιόπιστος κατασκευαστής σας για sono-χημικούς αντιδραστήρες και υψηλής απόδοσης υπερήχων εξοπλισμού που μπορεί να βελτιώσει αξιόπιστα τη χημική σας αντίδραση. Hielscher υπερήχων σειρά προϊόντων περιλαμβάνει διάφορους τύπους και κατηγορίες εργαστηρίου και βιομηχανική μεγάλης κλίμακας sonoreactors για παρτίδα και ροή-μέσω τρόπο. Με Hielscher υψηλής απόδοσης καθετήρα-τύπου υπερήχους, πολλαπλές προόδους – όπως βελτιωμένος ρυθμός αντίδρασης, πληρέστερη μετατροπή, υψηλότερες αποδόσεις, ακριβής έλεγχος αντίδρασης και εξαιρετική συνολική απόδοση – επιτυγχάνονται αξιόπιστα σε αντιδραστήρες παρτίδας και ροής. Σχεδιασμένο για υψηλή απόδοση και ευρωστία, Hielscher υπερήχων και sono-αντιδραστήρες μπορεί να εγκατασταθεί για χρήση με σκληρές χημικές ουσίες, σε απαιτητικά περιβάλλοντα και εφαρμογές βαρέως τύπου.
Hielscher υπερήχων αντιδραστήρες έχουν σχεδιαστεί με επίκεντρο μια ομοιόμορφη υπερηχητική ακτινοβολία του μέσου, έτσι ώστε το ακουστικό πεδίο πίεσης μπορεί να επεκταθεί ομοιόμορφα. Η ικανοποίηση αυτής της απαίτησης βελτιώνει τη συνολική αποτελεσματικότητα της sonochemical αντίδρασης, καθώς ο υπέρηχος επιτυγχάνει την υψηλότερη εντατικοποίηση της διαδικασίας.

Σχηματική άποψη των φαινομένων που λαμβάνουν χώρα σε ηχοχημικό αντιδραστήρα.Εικόνα και μελέτη: ©Dahlem et al., 1999.

Η γκάμα προϊόντων καλύπτει συμπαγείς εργαστηριακούς υπερήχους για R&D, ισχυρά συστήματα υπερήχων πάγκου και πιλότου, καθώς και πλήρως βιομηχανικός εξοπλισμός ποιότητας για παραγωγή μεγάλου όγκου. Αυτό επιτρέπει δοκιμές σκοπιμότητας χωρίς κίνδυνο σε μικρή κλίμακα και την επακόλουθη εντελώς γραμμική κλιμάκωση σε μεγαλύτερους όγκους.

Ακριβής έλεγχος υπερήχων

Η ψηφιακή έγχρωμη οθόνη και το έξυπνο λογισμικό με απομακρυσμένο έλεγχο του προγράμματος περιήγησης και αυτόματο πρωτόκολλο δεδομένων σε ενσωματωμένη κάρτα SD επιτρέπουν εξελιγμένη ρύθμιση και παρακολούθηση των παραμέτρων υπερήχων στον ηχοχημικό αντιδραστήρα.
Η ομορφιά των sonoχημικά καθοδηγούμενων αντιδράσεων είναι η αποτελεσματικότητα που μπορεί να επιτευχθεί αξιόπιστα μέσω της βελτιστοποίησης της διαδικασίας. Το βέλτιστο πλάτος υπερήχων, η ισχύς εισόδου υπερήχων, η θερμοκρασία και η πίεση μπορούν να προσδιοριστούν για κάθε συγκεκριμένη αντίδραση. Αυτό επιτρέπει την εύρεση των ιδανικών παραμέτρων υπερήχων έτσι ώστε να επιτυγχάνονται τα βέλτιστα αποτελέσματα αντίδρασης και αποτελεσματικότητας.

Έλεγχος θερμοκρασίας

Όλοι οι ψηφιακοί υπερήχων μας είναι εξοπλισμένοι με έναν αισθητήρα θερμοκρασίας με δυνατότητα σύνδεσης για συνεχή παρακολούθηση της θερμοκρασίας, ο οποίος μπορεί να εισαχθεί στο υγρό για συνεχή μέτρηση της χύδην θερμοκρασίας. Εξελιγμένο λογισμικό επιτρέπει τη ρύθμιση ενός εύρους θερμοκρασίας. Όταν ξεπεραστεί το όριο θερμοκρασίας, ο υπερηχητικός διακόπτει αυτόματα έως ότου η θερμοκρασία στο υγρό έχει μειωθεί σε ένα ορισμένο σημείο ρύθμισης και αρχίζει αυτόματα να υπερήχων ξανά. Όλες οι μετρήσεις θερμοκρασίας καθώς και άλλα σημαντικά δεδομένα διαδικασίας υπερήχων καταγράφονται αυτόματα σε μια ενσωματωμένη κάρτα SD και μπορούν να αναθεωρηθούν εύκολα για έλεγχο της διαδικασίας.
Οι ηχοχημικοί αντιδραστήρες της Hielscher διατίθενται με μπουφάν ψύξης. Επιπλέον, οι εναλλάκτες θερμότητας και οι μονάδες ψύξης μπορούν να συνδεθούν για να εξασφαλίσουν την επιθυμητή θερμοκρασία διεργασίας.

Άμεσα διαθέσιμα εξαρτήματα για τη συναρμολόγηση του ιδανικού χημικού αντιδραστήρα

Το μεγάλο χαρτοφυλάκιο των άμεσα διαθέσιμων συσκευών υπερήχων, ανιχνευτές (sonotrodes), ενισχυτές κέρατα, αντιδραστήρες παρτίδας και κύτταρα ροής, καθώς και πολλά πρόσθετα αξεσουάρ επιτρέπουν τη διαμόρφωση του ιδανικού υπερηχητικού-χημικού αντιδραστήρα (sono-αντιδραστήρα) για τη συγκεκριμένη διαδικασία σας.
Όλος ο εξοπλισμός έχει ήδη βελτιστοποιηθεί για ομοιόμορφη κατανομή ακουστικής σπηλαίωσης και σταθερών μοτίβων ροής, οι οποίες είναι οι πιο σημαντικές πτυχές σχεδιασμού για την επίτευξη ομοιογενών, αξιόπιστων αποτελεσμάτων σε έναν υπερηχητικά αναστατωμένο χημικό αντιδραστήρα.
Η ανεπιθύμητη οξείδωση μπορεί να αποφευχθεί με καθαρισμό του αντιδραστήρα με αδρανές αέριο, π.χ. κάλυμμα αζώτου.

Προσαρμοσμένες λύσεις για τον χημικό αντιδραστήρα σας

Ενώ Hielscher προσφέρει διάφορες παρτίδες και inline λύση αντιδραστήρα σε διάφορα μεγέθη και γεωμετρίες, κατασκευασμένο από ανοξείδωτο χάλυβα ή γυαλί, είμαστε στην ευχάριστη θέση να κατασκευάσουμε το ειδικό δοχείο χημικού αντιδραστήρα σας λαμβάνοντας υπόψη τις βασικές αρχές ανάλυσης και σχεδιασμού των συγκεκριμένων απαιτήσεων της διαδικασίας σας. Με μια μακροχρόνια έμπειρη ομάδα μηχανικών και τεχνικών προγραμματιστών, σχεδιάζουμε τον χημικό αντιδραστήρα σας ικανοποιώντας τις απαιτήσεις σας. Για παράδειγμα, το μέγεθος, το υλικό, η γεωμετρία, οι θύρες τροφοδοσίας και εκφόρτισης, ο αριθμός των ανιχνευτών υπερήχων κ.λπ. μπορούν να σχεδιαστούν προκειμένου να γίνει ο ιδανικός υπερηχητικά προωθημένος χημικός αντιδραστήρας για τη χημική σας διαδικασία.

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας: