Optimización de la eficacia de los reactores químicos mediante ultrasonidos de alta potencia

Es bien sabido que los ultrasonidos intensifican y/o inician las reacciones químicas. Por lo tanto, la integración de ultrasonidos de alto rendimiento se considera una herramienta fiable para potenciar los reactores químicos con el fin de mejorar los resultados de las reacciones. Hielscher Ultrasonics ofrece varias soluciones de reactores para ajustar su proceso químico. Descubra cómo los ultrasonidos pueden mejorar su reactor químico.

Ventajas de los reactores químicos intensificados por ultrasonidos

  • eficacia superior
  • precise control
  • Por lotes y en línea
  • acero inoxidable, vidrio, hastelloy, etc.
  • adaptabilidad
  • escalabilidad lineal
  • Bajo mantenimiento
  • funcionamiento sencillo y seguro
  • fácil adaptación
High-intensity ultrasonication is introduced into chemical reactors in order to increase yields, improve conversion rate and to influence chemical systems beneficially.

Ultrasonidos de alta intensidad en un reactor químico para mejorar la eficacia de la reacción. La imagen muestra el reactor MSR-4 con 4x ultrasonidos de 4000 vatios (en total, 16 kW de potencia ultrasónica).

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¿Cómo mejoran los ultrasonidos de potencia los reactores químicos?

La integración de una o varias sondas ultrasónicas (sonotrodos) permite acoplar potentes ondas ultrasónicas en el reactor químico. La ultrasonicación intensa de líquidos y lodos no sólo crea fuertes turbulencias debido a la vibración acústica, sino que es conocida por múltiples efectos, que se definen bajo el término "sonoquímica".

¿Qué es la sonoquímica? ¿Cómo favorece las reacciones?

Cavitación ultrasónica en el ultrasonicador UIP1000hdT (1kW) de HielscherHigh-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-1El líquido o lodo se agita intensamente mediante chorros de líquido y fuerzas de cizallamiento. El líquido o lodo se agita intensamente mediante chorros de líquido y fuerzas de cizallamiento.

El vídeo muestra la cavitación ultrasónica en agua utilizando un homogeneizador ultrasónico (UP400S, Hielscher). Al sonicar líquidos a altas intensidades, las ondas sonoras que se propagan en el medio líquido dan lugar a ciclos alternos de alta presión (compresión) y baja presión (rarefacción), con velocidades que dependen de la frecuencia. Durante el ciclo de baja presión, las ondas ultrasónicas de alta intensidad crean pequeñas burbujas de vacío o vacíos en el líquido. Cuando las burbujas alcanzan un volumen en el que ya no pueden absorber energía, se colapsan violentamente durante un ciclo de alta presión. Este fenómeno se denomina cavitación.

Cavitación ultrasónica en líquidos

Vídeo en miniatura

Los efectos químicos (por ejemplo, la formación de especies radicales, la flexión de moléculas, etc.) y físicos / físico-mecánicos de la sonoquímica se aplican con éxito a numerosas reacciones químicas como la catálisis orgánica, reacciones organocatalíticas, Reacciones de transferencia de fase, síntesis de nanopartículas, precipitación / cristalización, reacciones sol-gel, Acoplamiento Suzuki, Reacciones de Diels-Alder, Reacciones de Mannich, Adición Michaelacoplamiento tipo Wurtz y muchas otras. Las reacciones promovidas sonoquímicamente a menudo muestran una tasa de conversión significativamente mayor, rendimientos más altos, reacción acelerada, reacción más completa, se pueden utilizar con disolventes más suaves en condiciones ambientales, crean menos subproductos no deseados y contribuyen debido a su alta eficiencia a la química verde.

Aplicaciones de los Reactores Sonoquímicos

  • Química heterogénea
  • catálisis de transferencia de fase
  • Química orgánica
  • Química de polímeros
  • síntesis
  • Reacciones homogéneas
  • Bioquímica (reactores enzimáticos sonicados)
  • Extracción
  • precipitación / cristalización
  • Electroquímica
  • Rehabilitación medioambiental
  • Piroquímica
UIP2000hdT - a 2000W high performance ultrasonicator with chemical batch reactor for intense processing.

ultrasonicador UIP2000hdT con sonorreactor para un procesamiento intenso.

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Reactores químicos por lotes accionados por ultrasonidos

Reactor agitado por ultrasonidos para aplicaciones sonoquímicas, incluida la síntesis ascendente de nanopartículas, reacciones catalíticas y muchas otras.La integración de ultrasonidos en reactores discontinuos abiertos o cerrados es una técnica comúnmente aplicada para acelerar reacciones en laboratorios, plantas piloto e instalaciones de producción. En función del tamaño del recipiente, la geometría y el sistema de reacción química, pueden integrarse uno o varios sonotrodos en el reactor discontinuo. La ultrasonicación también se utiliza a menudo para mejorar continuously stirred reactors (CSTR).

Reactores semilotes ultrasónicos: Por supuesto, la sonicación también puede integrarse en reactores semilotes. En los sistemas semilotes, un reactivo químico se carga en el reactor, mientras que un segundo reactivo químico se añade a un caudal continuo (por ejemplo, a una alimentación lenta para evitar reacciones secundarias) y se combina en el punto caliente de ultrasonidos. Alternativamente, se elimina de forma continua un producto de una reacción química, que resulta de la reacción en el reactor, por ejemplo, precipitados o cristales sintetizados, o un producto intermedio del producto final que puede eliminarse debido a la separación de fases.

Reactor de flujo químico agitado por ultrasonidos

En un reactor de flujo continuo, también conocido como celda de flujo o reactor en línea, los reactivos se introducen a través de uno o varios puertos de alimentación en la cámara de reacción, donde se produce la reacción química. Tras un tiempo de retención determinado, necesario para que se produzca una reacción específica, el medio se descarga continuamente del reactor. Las células de flujo ultrasónico y los reactores en línea permiten una producción ininterrumpida de producto, que sólo depende del suministro continuo de los reactivos.

La sonicación y las reacciones sonoquímicas pueden realizarse tanto en reactores discontinuos como en reactores de flujo continuo.

La imagen muestra el ultrasonicador UIP1000hdT con reactor discontinuo (izquierda) y con reactor de célula de flujo para procesamiento en línea (derecha).

Reactor discontinuo ultrasónico para procesos industriales.

El reactor discontinuo cerrado de acero inoxidable está equipado con el ultrasonicador UIP2000hdT (2 kW, 20 kHz).

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Sono-reactores químicos de alto rendimiento

Hielscher Ultrasonics es su fabricante de confianza de reactores sonoquímicos y equipos ultrasónicos de alto rendimiento que pueden mejorar de forma fiable su reacción química. La gama de productos de Hielscher Ultrasonics incluye varios tipos y clases de sonorreactores a gran escala industriales y de laboratorio para el modo por lotes y de flujo continuo. Con los ultrasonidos de tipo sonda de alto rendimiento de Hielscher, múltiples avances – como la mejora de la velocidad de reacción, una conversión más completa, mayores rendimientos, un control preciso de la reacción y una eficiencia global excelente. – en reactores discontinuos y de flujo continuo. Diseñados para ofrecer un alto rendimiento y robustez, los ultrasonidos y los sonorreactores de Hielscher pueden instalarse para su uso con productos químicos agresivos, en entornos exigentes y en aplicaciones pesadas.
Los reactores ultrasónicos de Hielscher están diseñados con el objetivo de conseguir una irradiación ultrasónica uniforme del medio, de forma que el campo de presión acústica pueda expandirse uniformemente. El cumplimiento de este requisito mejora la eficacia global de la reacción sonoquímica, ya que los ultrasonidos alcanzan la máxima intensificación del proceso.

Hielscher Ultrasonics diseña reactores sonoquímicos teniendo en cuenta todos los factores de influencia importantes para obtener unos resultados de reacción óptimos.

Vista esquemática de los fenómenos que tienen lugar en un reactor sonoquímico.
Fotografía y estudio: ©Dahlem et al., 1999.

La gama de productos incluye ultrasonidos compactos de laboratorio para R&D, potentes sistemas ultrasónicos de sobremesa y piloto, así como equipos totalmente industriales para la producción de grandes volúmenes. Esto permite realizar pruebas de viabilidad sin riesgos a pequeña escala y la posterior ampliación completamente lineal a volúmenes mayores.

Control preciso de la sonicación

Los ultrasonidos de Hielscher pueden controlarse a distancia mediante un navegador. Los parámetros de sonicación pueden supervisarse y ajustarse con precisión a los requisitos del proceso.La pantalla digital en color y el software inteligente con control remoto mediante navegador y protocolización automática de datos en una tarjeta SD integrada permiten un ajuste y una supervisión sofisticados de los parámetros ultrasónicos en el reactor sonoquímico.
La belleza de las reacciones sonoquímicas radica en la eficacia que puede alcanzarse de forma fiable mediante la optimización del proceso. Es posible determinar la amplitud ultrasónica, la entrada de potencia ultrasónica, la temperatura y la presión óptimas para cada reacción concreta. Esto permite encontrar los parámetros de sonicación ideales para conseguir unos resultados de reacción y una eficiencia óptimos.

Control de la temperatura

Todos nuestros ultrasonidos digitales están equipados con un sensor de temperatura enchufable para el control continuo de la temperatura, que puede introducirse en el líquido para medir constantemente la temperatura a granel. Un sofisticado software permite establecer un rango de temperatura. Cuando se supera el límite de temperatura, el ultrasonicador hace una pausa automática hasta que la temperatura del líquido desciende hasta un punto determinado y vuelve a sonicar automáticamente. Todas las mediciones de temperatura, así como otros datos importantes del proceso ultrasónico, se registran automáticamente en una tarjeta SD integrada y pueden revisarse fácilmente para el control del proceso.
Los reactores sonoquímicos de Hielscher están disponibles con camisas de refrigeración. Además, se pueden conectar intercambiadores de calor y unidades de refrigeración para garantizar la temperatura de proceso deseada.

Componentes fácilmente disponibles para montar el reactor químico ideal

Reactor sonoquímico para procesamiento en línea.La amplia gama de dispositivos ultrasónicos, sondas (sonotrodos), bocinas de refuerzo, reactores discontinuos y celdas de flujo, así como numerosos accesorios adicionales, permite configurar el reactor ultrasónico-químico (sonorreactor) ideal para su proceso específico.
Todos los equipos ya están optimizados para una distribución uniforme de la cavitación acústica y patrones de flujo estables, que son los aspectos de diseño más importantes para obtener resultados homogéneos y fiables en un reactor químico agitado por ultrasonidos.
La oxidación no deseada puede evitarse purgando el reactor con un gas inerte, por ejemplo, un manto de nitrógeno.

Soluciones personalizadas para su reactor químico

Si bien Hielscher ofrece diversas soluciones de reactores discontinuos y en línea en distintos tamaños y geometrías, fabricados en acero inoxidable o vidrio, estaremos encantados de fabricar su recipiente especial para reactores químicos teniendo en cuenta los fundamentos de análisis y diseño de los requisitos específicos de su proceso. Con un equipo de ingenieros y desarrolladores técnicos con una larga experiencia, diseñamos su reactor químico cumpliendo sus exigencias. Por ejemplo, el tamaño, el material, la geometría, los puertos de alimentación y descarga, el número de sondas ultrasónicas, etc. pueden diseñarse para fabricar el reactor químico ultrasónico ideal para su proceso químico.

Ventajas de los sonorreactores químicos de Hielscher

  • reactores discontinuos y en línea
  • Estándar industrial
  • Funcionamiento 24/7/365 a plena carga
  • para cualquier volumen y caudal
  • varios diseños de vasija de reactor
  • Temperatura controlada
  • presurizable
  • fácil de limpiar
  • fácil de instalar
  • seguridad de funcionamiento
  • robustez + bajo mantenimiento
  • opcionalmente automatizado

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del loteTasa de flujoDispositivos recomendados
1 a 500 mL10 a 200 mL/min.UP100H
10 a 2000 mL20 a 400 mL/min.UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L0,2 a 4 L/minUIP2000hdT
10 a 100 L2 a 10 L/minUIP4000hdT
n.a.10 a 100 L/minUIP16000
n.a.mayorGrupo de UIP16000

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Los homogeneizadores ultrasónicos de alto cizallamiento se utilizan en procesos de laboratorio, de sobremesa, piloto e industriales.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.


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