Optimeeritud keemilise reaktori efektiivsus suure võimsusega ultraheli abil

Ultraheli on hästi teada, et see intensiivistab ja / või algatab keemilisi reaktsioone. Seetõttu peetakse suure jõudlusega ultraheli integreerimist usaldusväärseks vahendiks keemiliste reaktorite edendamiseks paremate reaktsioonitulemuste saavutamiseks. Hielscher Ultrasonics pakub erinevaid reaktorilahendusi oma keemilise protsessi kohandamiseks. Siit saate teada, kuidas ultraheli võib teie keemilist reaktorit parandada!

Kuidas parandab võimsuse ultraheli keemilisi reaktoreid?

Ühe või mitme ultraheli sondi (sonotroodid) integreerimine võimaldab ühendada võimsad ultraheli lained keemilisse reaktorisse. Vedelike ja läga intensiivne ultraheliuuring ei tekita mitte ainult akustilise vibratsiooni tõttu tugevaid turbulentsi, vaid on tuntud mitmete efektide poolest, mis on määratletud terminiga "sonochemistry".

Mis on Sonochemistry? Kuidas see reaktsioone soodustab?

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, rõhud kuni ∼1000 baari, samuti vastavad temperatuuri- ja rõhuerinevused. Vedelikku või läga segavad tugevalt vedelikujoad ja nihkejõud.

Sonokeemia keemilisi mõjusid (nt radikaalsete liikide moodustumine, molekulide paindumine jne) ja füüsikalisi / füüsikalis-mehaanilisi mõjusid rakendatakse edukalt paljudele keemilistele reaktsioonidele, nagu orgaaniline katalüüs, organokatalüütilised reaktsioonid, Faasiülekande reaktsioonid, nanoosakeste süntees, sademed / kristalliseerumine, SOL-GEL reaktsioonid, Suzuki haakeseadis, Diels-Alderi reaktsioonid, Mannichi reaktsioonid, Michaeli lisamine, Wurtz-tüüpi haakeseadis ja paljud teised. Sonokeemiliselt soodustatud reaktsioonid näitavad sageli märkimisväärselt suurenenud konversioonimäära, suuremat saagist, kiirendatud reaktsiooni, täielikumat reaktsiooni, neid saab kasutada pehmemate lahustitega ümbritsevates tingimustes, luua vähem soovimatuid kõrvalsaadusi ja aidata kaasa tänu oma suurele efektiivsusele rohelisele keemiale.

Ultraheliga juhitavad keemilise partii reaktorid

Ultrasonikaatorite integreerimine avatud või suletud partii reaktoritesse on tavaliselt kasutatav meetod reaktsioonide kiirendamiseks laborites, pilootettevõtetes ja tootmisrajatistes. Sõltuvalt anuma suurusest, geomeetriast ja keemilise reaktsiooni süsteemist võib partiireaktorisse integreerida ühe või mitu sonotroodi. Ultraheli kasutatakse sageli ka parandamiseks pidevalt segatavad reaktorid (CSTR).

Ultraheli poolpartii reaktorid: Loomulikult võib ultrahelitöötlust integreerida ka poolpartii reaktoritesse. Poolpartiisüsteemide puhul laaditakse reaktorisse üks keemiline reaktant, samas kui teine kemikaal lisatakse pideva voolukiirusega (näiteks aeglase etteandega, et vältida kõrvalreaktsioone), mis ühendatakse ultraheli kuumas kohas. Teise võimalusena eemaldatakse pidevalt reaktoris toimunud reaktsioonist tulenev keemilise reaktsiooni produkt, nt sünteesitud sademed või kristallid, või lõpptoote vaheühend, mida saab faaside eraldumise tõttu eemaldada.

Ultraheli segatud keemiline läbivoolureaktor

Läbivoolureaktoris, mida tuntakse ka vooluraku või inline-reaktorina, juhitakse reagendid ühe või mitme toiteava kaudu reaktsioonikambrisse, kus toimub keemiline reaktsioon. Pärast teatud retentsiooniaega, mis on vajalik konkreetse reaktsiooni toimumiseks, tühjendatakse sööde pidevalt reaktorist. Ultraheli voolurakud ja inline reaktorid võimaldavad toote katkematut tootmist, mis sõltub ainult reaktiivide pidevast tarnimisest.

Pildil on Ultrasonikaator UIP1000hdT partiireaktoriga (vasakul) ja vooluelemendireaktoriga tekstisiseseks töötlemiseks (paremal).

Suure jõudlusega keemilised sonoreaktorid

Hielscher Ultrasonics on teie usaldusväärne tootja sono-keemiliste reaktorite ja suure jõudlusega ultraheli seadmete jaoks, mis võivad teie keemilist reaktsiooni usaldusväärselt parandada. Hielscher Ultrasonics tootevalik sisaldab erinevaid laboratoorsete ja tööstuslike suuremahuliste sonoreaktorite tüüpe ja klasse partii- ja läbivoolurežiimi jaoks. Hielscheri suure jõudlusega sondi tüüpi ultraheli, mitu edasiminekut – nagu parem reaktsioonikiirus, täielikum muundamine, suurem saagis, täpne reaktsioonikontroll ja suurepärane üldine efektiivsus – on usaldusväärselt saavutatud partii- ja läbivoolureaktorites. Suure jõudluse ja töökindluse jaoks mõeldud Hielscheri ultrasonikaatoreid ja sono-reaktoreid saab paigaldada kasutamiseks karmide kemikaalidega, nõudlikes keskkondades ja raskeveokite rakendustes.
Hielscheri ultraheli reaktorid on konstrueeritud söötme ühtlase ultraheli kiirituse fookusega, nii et akustilise rõhu väli võib ühtlaselt laieneda. Selle nõude täitmine parandab sonokeemilise reaktsiooni üldist efektiivsust, kuna ultraheli saavutab kõrgeima protsessi intensiivistumise.

Skemaatiline vaade sonokeemilises reaktoris toimuvatele nähtustele.
Pilt ja uurimus: ©Dahlem et al., 1999.

Tootevalik hõlmab kompaktseid laboratoorseid ultrasonikaatoreid R jaoks&D, võimas pink-top ja piloot ultraheli süsteemid, samuti täielikult tööstuslikud seadmed suuremahuliseks tootmiseks. See võimaldab riskivaba teostatavuskatset väikeses mahus ja sellele järgnevat täiesti lineaarset skaleerimist kuni suuremate mahtudeni.

Täpne ultrahelitöötluse kontroll

Digitaalne värviekraan ja nutikas tarkvara koos brauseri kaugjuhtimisega ja automaatne andmete protokollimine integreeritud SD-kaardil võimaldavad ultraheli parameetrite keerukat seadistamist ja jälgimist sono-keemilises reaktoris.
Sonokeemiliselt juhitud reaktsioonide ilu on efektiivsus, mida saab protsessi optimeerimise abil usaldusväärselt saavutada. Iga konkreetse reaktsiooni jaoks saab määrata optimaalse ultraheli amplituudi, ultraheli võimsuse sisendi, temperatuuri ja rõhu. See võimaldab leida ideaalsed ultrahelitöötluse parameetrid, et saavutada optimaalsed reaktsioonitulemused ja efektiivsus.

temperatuuri reguleerimine

Kõik meie digitaalsed ultrasonikaatorid on varustatud ühendatava temperatuurianduriga pidevaks temperatuuri jälgimiseks, mida saab sisestada vedelikku lahtise temperatuuri pidevaks mõõtmiseks. Keerukas tarkvara võimaldab seadistada temperatuurivahemikku. Kui temperatuuripiir on ületatud, peatub ultrasonikaator automaatselt, kuni vedeliku temperatuur on langenud teatud määratud punktini ja hakkab automaatselt ultraheliga töötlema. Kõik temperatuuri mõõtmised ja muud olulised ultraheli protsessi andmed salvestatakse automaatselt sisseehitatud SD-kaardile ja neid saab protsessi juhtimiseks hõlpsasti muuta.
Hielscheri sonokeemilised reaktorid on saadaval jahutussärkidega. Lisaks saab soovitud protsessitemperatuuri tagamiseks ühendada soojusvahetid ja jahutid.

Kergesti kättesaadavad komponendid ideaalse keemilise reaktori kokkupanekuks

Suur hulk kergesti kättesaadavaid ultraheli seadmeid, sonde (sonotroodid), võimendussarved, partiireaktorid ja voolurakud ning arvukad lisatarvikud võimaldavad konfigureerida ideaalse ultraheli-keemilise reaktori (sono-reaktor) teie konkreetse protsessi jaoks.
Kõik seadmed on juba optimeeritud akustilise kavitatsiooni ja stabiilsete voolumustrite ühtlaseks jaotamiseks, mis on kõige olulisemad konstruktsiooniaspektid homogeensete, usaldusväärsete tulemuste saamiseks ultraheliga segatud keemilises reaktoris.
Soovimatut oksüdeerumist saab vältida reaktori puhastamisega inertgaasiga, nt lämmastikutekiga.

Teie keemiareaktori jaoks kohandatud lahendused

Kuigi Hielscher pakub erinevaid partii- ja inline-reaktorilahendusi erinevates suurustes ja geomeetriates, mis on valmistatud roostevabast terasest või klaasist, on meil hea meel valmistada teie spetsiaalne keemilise reaktori anum, võttes arvesse teie konkreetsete protsessinõuete analüüsi ja disaini põhialuseid. Pikaajalise kogemusega inseneride ja tehniliste arendajate meeskonnaga projekteerime teie keemiareaktori vastavalt teie nõudmistele. Näiteks saab projekteerida suuruse, materjali, geomeetria, söötmis- ja tühjenduspordid, ultraheli sondide arvu jne, et teha teie keemilise protsessi jaoks ideaalne ultraheli reklaamitud keemiline reaktor.

Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest: