Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

Intensificación de reactores de lecho fijo mediante ultrasonidos

  • Ultrasonic la mezcla y dispersión activa e intensifica la reacción catalítica en reactores de lecho fijo.
  • La sonicación mejora la transferencia de masa y aumenta así la eficiencia, la tasa de conversión y el rendimiento.
  • Un beneficio adicional es la eliminación de pasivación de capas de incrustación de las partículas de catalizador por cavitación ultrasónica.

Catalizadores de lecho fijo

Los lechos fijos (a veces también llamado lecho de relleno) se cargan comúnmente con gránulos de catalizador, que son generalmente gránulos con diámetros de 1-5 mm. Ellos se pueden cargar en el reactor en forma de como una cama individual, como cáscaras separadas, o en tubos. Los catalizadores se basan principalmente en metales tales como níquel, cobre, osmio, platino y rodio.
Los efectos de los ultrasonidos de potencia en las reacciones químicas heterogéneas son bien conocidos y ampliamente utilizado para procesos catalíticos industriales. reacciones catalíticas en un reactor de lecho fijo pueden beneficiarse del tratamiento ultrasónico, también. Ultrasonic irradiación del catalizador de lecho fijo genera superficies altamente reactivos, aumenta el transporte de masa entre la fase líquida (reactivos) y el catalizador, y elimina revestimientos de pasivación (por ejemplo, capas de óxido) de la superficie. Ultrasonic fragmentación de materiales frágiles incrementa las áreas de superficie und contribuye de este modo a un aumento de la actividad.

partículas tratadas ultrasónicamenteVentajas

  • Eficiencia mejorada
  • El aumento de la reactividad
  • Aumento de la tasa de conversión
  • mayores rendimientos
  • Reciclaje de catalizador
Ultrasónica Dispersión de sílice

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Ultrasonic Intensificación de las reacciones catalíticas

Ultrasónico de mezcla y agitación mejora el contacto entre las partículas de reaccionantes y catalizador, crea superficies altamente reactivos e iniciados y / o mejora la reacción química.
preparación del catalizador ultrasónico puede causar cambios en las propiedades de comportamiento de cristalización, de dispersión / desaglomeración y de superficie. Además, las características de catalizadores pre-formadas pueden ser influenciadas por la eliminación de capas superficiales de pasivación, mejor dispersión, el aumento de la transferencia de masa.
Haga clic aquí para aprender más sobre los efectos de ultrasonidos sobre las reacciones químicas (Sonoquímica)!

Ejemplos

  • Ultrasonic pre-tratamiento de catalizador de Ni para reacciones de hidrogenación
  • Sonicado catalizador Ni Raney con resultados ácido tartárico en una muy alta enantioselectividad
  • Ultrasonic preparado catalizadores de Fischer-Tropsch
  • catalizadores polvo amorfo tratados Sonochemically Para aumentar la reactividad
  • Sono-síntesis de polvos metálicos amorfos

Ultrasónica Catalizador de recuperación

Los catalizadores sólidos en reactores de lecho fijo son en su mayoría en forma de perlas esféricas o tubos cilíndricos. Durante la reacción química, la superficie del catalizador es pasivada por una capa incrustante que causa pérdida de actividad catalítica y / o selectividad a lo largo del tiempo. Las escalas de tiempo para la descomposición del catalizador varían considerablemente. Mientras que, por ejemplo, puede producirse la mortalidad del catalizador de un catalizador de craqueo en segundos, un catalizador de hierro utilizado en la síntesis de amoníaco puede durar de 5 a 10 años. Sin embargo, la desactivación del catalizador se puede observar para todos los catalizadores. Aunque se pueden observar varios mecanismos (por ejemplo, químico, mecánico, térmico) de desactivación del catalizador, el ensuciamiento es uno de los tipos más frecuentes de desintegración del catalizador. El ensuciamiento se refiere a la deposición física de especies desde la fase fluida sobre la superficie y en los poros del catalizador bloqueando de ese modo los sitios reactivos. La incrustación del catalizador con coque y carbono es un proceso que se produce rápidamente y puede revertirse mediante regeneración (por ejemplo, tratamiento ultrasónico).
cavitación ultrasónica es un método exitoso para eliminar las capas de ensuciamiento de pasivación de la superficie del catalizador. La recuperación del catalizador de ultrasonidos se lleva a cabo típicamente por sonicación de las partículas en un líquido (por ejemplo agua desionizada) para eliminar los residuos de ensuciamiento (por ejemplo platino / fibra de sílice pt / SF, catalizadores de níquel).

Los sistemas ultrasónicos

ultrasonidos de potencia se aplica a los catalizadores y las reacciones catalíticas. (¡Click para agrandar!)Hielscher Ultrasonidos ofrece varios procesadores ultrasónicos y variaciones para la integración de los ultrasonidos de potencia en reactores de lecho fijo. Varios sistemas ultrasónicos están disponibles para ser instalado en reactores de lecho fijo. Para los tipos de reactores más complejos, ofrecemos ultrasónico personalizado soluciones.
Para poner a prueba su reacción química bajo radiación ultrasónica, que son bienvenidos a visitar nuestro laboratorio de proceso de ultrasonidos y centro técnico en Teltow!
¡Póngase en contacto con nosotros hoy! Estamos encantados de discutir la intensificación ultrasónica de su proceso químico con usted!
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000
procesamiento en línea con los procesadores de ultrasonidos de potencia 7kW (Haga clic para agrandar!)

sistema de flujo ultrasónico

Las reacciones intensificadas por ultrasonidos

  • La hidrogenación
  • Alcilación
  • cianuración
  • eterificación
  • esterificación
  • Polimerización
  • (Catalizadores, por ejemplo, Ziegler-Natta, metallocens)

  • allylation
  • La bromación

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Literatura/Referencias



Información interesante

Cavitación ultrasónica y Sonoquímica

El acoplamiento de ultrasonidos de potencia en líquidos lodos resultados en una cavitación acústica. cavitación acústica se refiere al fenómeno de la rápida formación, el crecimiento y colapso implosiva de huecos de vapor lleno. Esto genera “puntos calientes” de muy corta duración con picos de temperatura extremas de hasta 5000K, muy altas tasas de calentamiento / enfriamiento de por encima de 109Kansas-1, y las presiones de 1000atm con respectivos diferenciales – todo dentro de la vida de nanosegundos.
El campo de investigación de Sonoquímica investiga el efecto de los ultrasonidos en la formación de cavitación acústica en los líquidos, que inicia y / o mejora la actividad química en una solución.

Reacciones catalíticas heterogéneas

En química, la catálisis heterogénea se refiere al tipo de reacción catalítica donde las fases de catalizador y los reactivos se diferencian entre sí. En el contexto de la química heterogénea, fase no sólo se utiliza para distinguir entre sólido, líquido y gas, pero se refiere también a los líquidos inmiscibles, por ejemplo, aceite y agua.
Durante una reacción heterogénea, uno o más reactivos se someten a un cambio químico en una interfaz, por ejemplo en la superficie de un catalizador sólido.
La velocidad de reacción depende de la concentración de los reactivos, el tamaño de partícula, temperatura, catalizador y otros factores.
concentración de reactante: En general, un aumento de concentración de un reactivo aumenta la velocidad de reacción debido a la interfaz más grande y con ello una mayor transferencia de fase entre las partículas reaccionantes.
Tamaño de partícula: Cuando uno de los reactivos es una partícula sólida, entonces no puede ser representada en la ecuación de velocidad, ya que la ecuación de velocidad sólo muestra las concentraciones y los sólidos no puede tener una concentración de desde estar en una fase diferente. Sin embargo, el tamaño de partícula del sólido afecta a la velocidad de reacción debido a la superficie disponible para la transferencia de fase.
Temperatura de reacción: Temperatura está relacionado con la constante de velocidad a través de la ecuación de Arrhenius: k = Ae-Ella / RT
Donde Ea es la energía de activación, R es la constante universal de los gases y T es la temperatura absoluta en Kelvin. A es el factor de Arrhenius (frecuencia). mi-Ella / RT da el número de partículas bajo la curva que tienen energía mayor que la energía de activación, Ea.
Catalizador: En la mayoría de los casos, las reacciones se producen más rápido con un catalizador, ya que requieren menos energía de activación. Los catalizadores heterogéneos proporcionan una superficie de la plantilla a la que ocurre la reacción, mientras que los catalizadores homogéneos se forman productos intermedios que liberan el catalizador durante una etapa posterior del mecanismo.
Otros factores: Otros factores tales como la luz pueden afectar ciertas reacciones (fotoquímica).

Sustitución nucleofílica

La sustitución nucleófila es una clase fundamental de reacciones en la química orgánica (e inorgánicos), en el que un nucleófilo bonos selectivamente en forma de una base de Lewis (como donador de par de electrones) con un complejo orgánico con o ataques el positivo o parcialmente positivo (+ ve) carga de un átomo o un grupo de átomos para reemplazar un grupo saliente. El átomo positivo o parcialmente positivo, que es el aceptor de par de electrones, se llama un electrófilo. La entidad molecular conjunto del electrófilo y el grupo saliente generalmente se llama el sustrato.
La sustitución nucleófila se puede observar como dos rutas diferentes – el Snorte1 y Snorte2 de reacción. Qué forma de mecanismo de reacción – Snorte1 o Snorte2 – se lleva a cabo, está en función de la estructura de los compuestos químicos, el tipo de nucleófilo y el disolvente.

Tipos de la desactivación del catalizador

  • envenenamiento del catalizador es el término para la fuerte quimisorción de especies en los sitios catalíticos que sitios para la reacción catalítica de bloque. El envenenamiento puede ser reversible o irreversible.
  • El ensuciamiento se refiere a una degradación mecánica del catalizador, donde las especies de deposit fase fluida sobre la superficie catalítica y en poros del catalizador.
  • degradación y sinterización térmica da como resultado la pérdida de área catalítica de la superficie, área de soporte, y las reacciones de apoyo de fase activa.
  • formación de vapor, significa una forma de degradación química, en donde la fase de gas reacciona con la fase de catalizador para producir compuestos volátiles.
  • reacciones de vapor-sólidos y sólido-sólido dan lugar a la desactivación química del catalizador. Vapor, apoyo o promotor reacciona con el catalizador de modo que se produce una fase inactiva.
  • Desgaste o aplastamiento de las partículas de catalizador da como resultado la pérdida de material catalítico debido a la abrasión mecánica. El área de superficie interna del catalizador se pierde debido a la trituración mecánica inducida de la partícula de catalizador.