Υπερήχους είναι γνωστό ότι εντείνει και / ή 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 Ultrasonics προσφέρει διάφορες λύσεις αντιδραστήρων για να τροποποιήσετε τη χημική σας διαδικασία. Μάθετε πώς ο υπέρηχος μπορεί να βελτιώσει τον χημικό αντιδραστήρα σας!

Πώς ο υπέρηχος ισχύος βελτιώνει τους χημικούς αντιδραστήρες;

Η ενσωμάτωση ενός ή περισσότερων υπερήχων ανιχνευτές (sonotrodes) επιτρέπει να συνδυάσει ισχυρά κύματα υπερήχων στον χημικό αντιδραστήρα. Η έντονη υπερήχους των υγρών και των πολτών όχι μόνο δημιουργούν ισχυρές αναταράξεις λόγω ακουστικών κραδασμών, αλλά είναι γνωστή για πολλαπλά αποτελέσματα, τα οποία ορίζονται με τον όρο "sonochemistry".

Τι είναι η σονοχημεία; Πώς προωθεί τις αντιδράσεις;

Υπερήχων υψηλής έντασης / υπερήχων υψηλής ισχύος εφαρμόζεται σε χημικά συστήματα προκειμένου να ξεκινήσουν ή / και να προωθήσουν αντιδράσεις, να βελτιώσουν το ποσοστό μετατροπής και τις αποδόσεις ή να αλλάξουν τις οδούς αντίδρασης. Το φυσικό φαινόμενο που είναι υπεύθυνο για τις sonochemical επιδράσεις είναι η ακουστική σπηλαίωση. Όταν τα κύματα υπερήχων υψηλής έντασης συνδυάζονται σε ένα υγρό μέσο, τα κύματα ταξιδεύουν μέσα από το υγρό δημιουργώντας εναλλασσόμενους κύκλους χαμηλής πίεσης (σπάνιας πίεσης) και υψηλής πίεσης (συμπίεση). Κατά τη διάρκεια της χαμηλής πίεσης / σπανιότητα, μικρές φυσαλίδες κενού εμφανίζονται στο υγρό, οι οποίες αναπτύσσονται σε διάφορους κύκλους πίεσης μέχρι η φυσαλίδα κενού να φτάσει σε ένα σημείο όπου δεν μπορεί να απορροφήσει περαιτέρω ενέργεια. Στο σημείο της μέγιστης ανάπτυξης φυσαλίδων, η φυσαλίδα εκρήγνυται βίαια κατά τη διάρκεια ενός κύκλου υψηλής πίεσης. Κατά τη διάρκεια της κατάρρευσης της φυσαλίδας, μπορεί να παρατηρηθεί το φαινόμενο της σπηλαίωσης. Υπερήχων σπηλαίωση δημιουργεί τα λεγόμενα "καυτά σημεία", τα οποία χαρακτηρίζονται από ακραίες συνθήκες, όπως η θερμοκρασία μέχρι ∼5000 K με πολύ υψηλά ποσοστά θέρμανσης / ψύξης > 1000 K s^-1, πιέσεις έως ∼1000 bar καθώς και αντίστοιχα διαφορικά θερμοκρασίας και πίεσης. Το υγρό ή ο πολτοςμός ταράζονται σε μεγάλο βαθμό από υγρούς πίδακες και δυνάμεις κουράς.

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 οργανική κατάλυση, οργανοκαταλυτικές αντιδράσεις, Αντιδράσεις μεταφοράς φάσης, σύνθεση νανοσωματιδίων, καθίζηση / κρυστάλλωση, αντιδράσεις sol-gel, Σύζευξη Σουζούκι, Αντιδράσεις Ντίελς-Άλντερ, Αντιδράσεις μανίχ, Προσθήκη Μιχαήλ, Σύζευξη τύπου Wurtz και πολλά άλλα. Οι sonochemically προωθημένες αντιδράσεις παρουσιάζουν συχνά ένα σημαντικά αυξημένο ποσοστό μετατροπής, υψηλότερες αποδόσεις, επιταχυνόμενη αντίδραση, πληρέστερη αντίδραση, μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ηπιότερους διαλύτες υπό συνθήκες περιβάλλοντος, να δημιουργήσουν λιγότερο ανεπιθύμητα υποπροϊόντα και να συμβάλουν λόγω της υψηλής αποτελεσματικότητάς τους στην πράσινη χημεία.

Αντιδραστήρες χημικών παρτίδων με υπερήχους

Η ενσωμάτωση των υπερήχων σε αντιδραστήρες ανοικτής ή κλειστής παρτίδας είναι μια κοινώς εφαρμοσμένη τεχνική για την επιτάχυνση των αντιδράσεων σε εργαστήρια, πιλοτικές εγκαταστάσεις και εγκαταστάσεις παραγωγής. Ανάλογα με το μέγεθος του αγγείου, τη γεωμετρία και το σύστημα χημικής αντίδρασης, ένα ή πολλά sonotrodes μπορούν να ενσωματωθούν στον αντιδραστήρα παρτίδας. Υπερήχους χρησιμοποιείται επίσης συχνά για τη βελτίωση συνεχώς ανακατεμένους αντιδραστήρες (CSTR).

Υπερηχητικοί αντιδραστήρες ημι-παρτίδας: Φυσικά, η κατεργασία με υπερήχους μπορεί επίσης να ενσωματωθεί σε αντιδραστήρες ημι-παρτίδας. Για συστήματα ημι-παρτίδας, ένα χημικό αντιδραστικό φορτώνεται στον αντιδραστήρα, ενώ μια δεύτερη χημική ουσία προστίθεται με συνεχή ρυθμό ροής (για παράδειγμα, σε αργή τροφή για την πρόληψη πλευρικών αντιδράσεων) συνδυάζονται στο υπερηχητικό θερμό σημείο. Εναλλακτικά, ένα προϊόν χημικής αντίδρασης, το οποίο προκύπτει από την αντίδραση στον αντιδραστήρα, αφαιρείται συνεχώς, π.χ. συντεθειμένες βροχοπτώσεις ή κρύσταλλοι ή ένα ενδιάμεσο τελικό προϊόν που μπορεί να αφαιρεθεί λόγω διαχωρισμού φάσης.

Υπερήχων-ταραγμένος χημικός αντιδραστήρας ροής

Σε έναν αντιδραστήρα ροής, επίσης γνωστό ως κύτταρο ροής ή ενσωματωμένο αντιδραστήρα, τα αντιδραστικά τροφοδοτούνται μέσω μίας ή πολλαπλών θυρών τροφοδοσίας στον θάλαμο αντίδρασης, όπου συμβαίνει η χημική αντίδραση. Μετά από ένα ορισμένο χρόνο κατακράτησης που απαιτείται για να συμβεί μια συγκεκριμένη αντίδραση, το μέσο απορρίπτεται συνεχώς από τον αντιδραστήρα του. Τα υπερηχητικά κύτταρα ροής και οι ενσωματωμένοι αντιδραστήρες επιτρέπουν την αδιάλειπτη παραγωγή του προϊόντος, η οποία εξαρτάται μόνο από τη συνεχή παροχή των αντιδραστικών.

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

Χημικοί sono-αντιδραστήρες υψηλής απόδοσης

Hielscher Ultrasonics είναι ο αξιόπιστος κατασκευαστής σας για sono-χημικούς αντιδραστήρες και υψηλής απόδοσης υπερηχητικό εξοπλισμό που μπορεί αξιόπιστα να βελτιώσει χημική αντίδραση σας. Hielscher Ultrasonics σειρά προϊόντων περιλαμβάνει διάφορους τύπους και κατηγορίες εργαστηριακών και βιομηχανικών μεγάλης κλίμακας sonoreactors για τη λειτουργία παρτίδας και ροής. Με Hielscher υψηλής απόδοσης υπερήχων τύπου καθετήρα, πολλαπλές προόδους – όπως βελτιωμένο ποσοστό αντίδρασης, πληρέστερη μετατροπή, υψηλότερες αποδόσεις, ακριβής έλεγχος αντίδρασης και εξαιρετική συνολική απόδοση – επιτυγχάνονται αξιόπιστα σε αντιδραστήρες παρτίδας και ροής. Σχεδιασμένοι για υψηλής απόδοσης και στιβαρότητα, hielscher υπερήχων και sono-αντιδραστήρες μπορούν να εγκατασταθούν για τη 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 πεδίο ακουστικής πίεσης μπορεί να επεκταθεί ομοιόμορφα. Η εκπλήρωση αυτής της απαίτησης βελτιώνει τη συνολική αποτελεσματικότητα της sonochemical αντίδρασης δεδομένου ότι ο υπέρηχος επιτυγχάνει την υψηλότερη εντατικοποίηση διαδικασίας.

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

Η γκάμα των προϊόντων καλύπτει συμπαγείς εργαστηριακούς υπερήχους για R&D, ισχυρά συστήματα υπερήχων πάγκου και πιλοτικά, 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 κατεργασίας με υπερήχους

Η ψηφιακή έγχρωμη οθόνη και το έξυπνο λογισμικό με τηλεχειριστήριο και αυτόματο πρωτόκολλο δεδομένων σε ενσωματωμένη κάρτα SD επιτρέπουν την εξελιγμένη ρύθμιση και παρακολούθηση των παραμέτρων υπερήχων στον sono-χημικό αντιδραστήρα.
Η ομορφιά των sonochemically καθοδηγούμενα αντιδράσεων είναι η αποτελεσματικότητα που μπορεί να επιτευχθεί αξιόπιστα μέσω της βελτιστοποίησης της διαδικασίας. Βέλτιστο υπερηχητικό πλάτος, είσοδος ισχύος υπερήχων, θερμοκρασία και πίεση μπορούν να προσδιοριστούν για κάθε συγκεκριμένη αντίδραση. Αυτό επιτρέπει την εύρεση των ιδανικών παραμέτρων κατεργασίας με υπερήχους, έτσι ώστε να επιτυγχάνονται τα βέλτιστα αποτελέσματα αντίδρασης και η αποτελεσματικότητα.

έλεγχος θερμοκρασίας

Όλοι οι ψηφιακοί υπερήχοι μας είναι εξοπλισμένοι με έναν αισθητήρα θερμοκρασίας για συνεχή παρακολούθηση θερμοκρασίας, ο οποίος μπορεί να εισαχθεί στο υγρό για συνεχή μέτρηση της θερμοκρασίας χύμα. Εξελιγμένο λογισμικό επιτρέπει τη ρύθμιση ενός εύρους θερμοκρασίας. Όταν ξεπεραστεί το όριο θερμοκρασίας, ο υπερηχητικός διακόπτεται αυτόματα μέχρι η θερμοκρασία στο υγρό να μειωθεί σε ένα συγκεκριμένο καθορισμένο σημείο και να αρχίσει αυτόματα να κάνει υπερήχους ξανά. Όλες οι μετρήσεις θερμοκρασίας καθώς και άλλα σημαντικά δεδομένα υπερήχων επεξεργάζονται αυτόματα σε ενσωματωμένη κάρτα SD και μπορούν να αναθεωρηθούν εύκολα για έλεγχο διεργασίας.
Διατίθενται sonochemical αντιδραστήρες από το Hielscher με σακάκια 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 άμεσα διαθέσιμων συσκευών υπερήχων, ανιχνευτές (sonotrodes), κέρατα ενισχυτών, αντιδραστήρες παρτίδας και κύτταρα ροής, καθώς και πολλά πρόσθετα εξαρτήματα επιτρέπουν τη διαμόρφωση του ιδανικού υπερηχητικού-χημικού αντιδραστήρα (sono-αντιδραστήρα) για τη συγκεκριμένη διαδικασία σας.
Όλος ο εξοπλισμός είναι ήδη βελτιστοποιημένος για ομοιόμορφη κατανομή της ακουστικής σπηλαίωσης και των σταθερών μοτίβων ροής, τα οποία είναι οι πιο σημαντικές σχεδιαστικές πτυχές για την επίτευξη ομοιογενών, αξιόπιστων αποτελεσμάτων σε έναν υπερηχητικά ταραγμένο χημικό αντιδραστήρα.
Η ανεπιθύμητη οξείδωση μπορεί να αποφευχθεί με την κάθαρση του αντιδραστήρα με αδρανές αέριο, π.χ. κουβέρτα αζώτου.

Προσαρμοσμένες λύσεις για τον χημικό αντιδραστήρα σας

Ενώ η Hielscher προσφέρει διάφορες παρτίδες και ενσωματωμένες λύσεις αντιδραστήρων σε διάφορα μεγέθη και γεωμετρίες, κατασκευασμένες από ανοξείδωτο χάλυβα ή γυαλί, είμαστε στην ευχάριστη θέση να κατασκευάσουμε το ειδικό δοχείο χημικών αντιδραστήρων σας λαμβάνοντας υπόψη τις βασικές αρχές ανάλυσης και σχεδιασμού των ειδικών απαιτήσεων της διαδικασίας σας. Με μια πολύχρονη έμπειρη ομάδα μηχανικών και τεχνικών προγραμματιστών, σχεδιάζουμε τον χημικό αντιδραστήρα σας ικανοποιώντας τις απαιτήσεις σας. Για παράδειγμα, το μέγεθος, το υλικό, η γεωμετρία, η σίτιση και η απαλλαγή των λιμένων, ο αριθμός των υπερήχων ανιχνευτές κ.λπ.

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας: