Hielscheri ultraheli tehnoloogia

Sonokatalüüs – Ultraheli abiaine katalüüs

Ultraheli mõjutab Katalüüsi ajal katalüsaatori reaktiivsust tõhustatud massiülekande ja energia sisendi abil. Heterogeenses katalüüsis, kus katalüsaator on reagentide suhtes erinevas faasis, suurendab ultraheli dispersioon reagentide jaoks saadaolevat pindala.

Katalüüsi taust

Katalüüs on protsess, milles Keemiline reaktsioon on suurenenud (või vähenenud) katalüsaatori abil. Paljude kemikaalide tootmine hõlmab Katalüüsi. Mõju reaktsioonikiirusele sõltub reaktsioonisageduse sagedusest kiiruse määramise etapis. Üldiselt suurendavad katalüsaatorid reaktsiooni kiirust ja langetad aktiveerimisenergiat, pakkudes reaktsioonisaaduse jaoks alternatiivset reaktsiooni rada. Selleks reageerivad katalüsaatorid ühele või rohkema reaktorile, et moodustada vaheained, mis annavad lõpptoote. Viimase sammuna regenereerib katalüsaatori. Saanud aktiveerimisenergia vähendamineon üleminekuoleku saavutamiseks vaja rohkem molekulaarkokkupõrkeid. Mõnel juhul kasutatakse katalüsaatoreid, et muuta keemilise reaktsiooni selektiivsust.

Diagramm illustreerib katalüsaatori mõju keemilisele reaktsioonile X + Y, et toota Z a Diagramm näitab katalüsaatori mõju keemilisele reaktsioonile X + Y, et toota Z-d. Katalüsaatoril on alternatiivne rada (roheline) väiksema aktiveerimisega Energy EA.

Ultraheliuuringu mõjud

Akustiline lainepikkus vedelikes on ligikaudu 110 kuni 0,15 mm sagedustel vahemikus 18 kHz kuni 10 MHz. See on oluliselt kõrgem molekulaardimensioonidest. Seetõttu ei ole akustilise välja otsest sidumisega keemiliste liikide molekulidega. Ultraheliuuringu mõjud on suurel määral tingitud ultraheli kavitatsioon vedelikes. Seetõttu nõuab ultraheliga toetatav katalüüs vähemalt ühte reaktiivi vedelikus faasis. Ultraheli aitab kaasa heterogeense ja homogeense Katalüüsi mitmel viisil. Üksikuid mõjusid saab edendada või vähendada ultraheli amplituudi ja vedeliku rõhu kohandamisel.

Ultraheli hajutamine ja Emulgeeriv

Reaktiive sisaldavad keemilised reaktsioonid ja rohkem kui ühe faasi katalüsaatorit (heterogeensed katalüüs) piirduvad faasilise piirdega, kuna see on ainus koht, kus leidub reaktiivi ja katalüsaatorit. Reaktiivide ja katalüsaatori kokkupuude üksteisega on paljude mitmefaasiliste keemiliste reaktsioonide võtmeteguriks. Sel põhjusel muutub faasilise piiri konkreetne pindala reaktsioonikiiruseks mõjukaks.

Graafik näitab seost osakeste suuruse ja pindala vahelUltraheliuuring on väga efektiivne vahend tahkete ainete dispersioon ja vedelike Emulgeerimine. Osakeste/tilkade suuruse vähendamisel suureneb faasilise piiri kogu pindala samal ajal. Vasakul olev graafik näitab seost osakeste suuruse ja pindala vahel sfääriliste osakeste või tilkade korral (Klõpsa suuremaks vaatamiseks!). Kuna faasi piir pinna suureneb nii keemilise reaktsiooni määr. Paljude materjalide ultraheli kavitatsioon võib teha osakesi ja piiskade Väga hea suurus – sageli tunduvalt alla 100 nanomeetreid. Kui dispersioon või emulsioon muutub vähemalt ajutiselt stabiilseks, tuleb Ultraheli võib nõuda ainult algetapis keemilise reaktsiooni. Tekstisisene ultraheli reaktor, mis on ette nähtud reaktiivide ja katalüsaatori esialgseks segamiseks, võib väga lühikese aja jooksul ja suure voolukiiruse juures tekitada peente suurusega osakesi/tilgad. Seda saab rakendada isegi väga viskoosse meedia.

Mass-ülekanne

Kui reaktiivid reageerivad faasi piiril, kogunevad keemilise reaktsiooni tooted kontaktpinnale. See blokeerib teiste reaktiivide molekulide omavahelist seoti selle faasi piirist. Kavitatsiooniliste reaktiivvoogude ja akustilise voogedastuse põhjustatud mehaanilised nihkejõud põhjustavad turbulentse voolu ja materjali transporti osakeste või tilkade pindadega. Tilkade puhul võib kõrge nihkejõud viia koalestsentini ja sellele järgneva uute tilkade moodustumisega. Kuna keemiline reaktsioon progresseerub aja jooksul, võib osutuda vajalikuks korduv ultrahelitöötlus, nt kaheastmeline või retsirkulatsioon, maksimeerida reaktiivide kokkupuudet.

Energia sisend

Ultraheli kavitatsioon on ainulaadne viis panna energiat keemilistele reaktsioonidele. Kombinatsioon suure kiirusega vedelikke, kõrge rõhu (>1000atm) ja kõrged temperatuurid (>5000K), tohutuid kütte-ja jahutusmäärasid (>109Ks-1) esineb lokaalselt kontsentreeritud kavitatsioonmullide implosiivses tihendamisel. Kenneth Suslick says: "Cavitation is an extraordinary method of concentrating the diffuse energy of sound into a chemically usable form."

Reaktiivsuse suurenemine

Kavitational erosioon osakeste pindadel tekitab passiivsest, väga reaktiivse pinna. Lühiajaline kõrge temperatuur ja rõhk aitavad kaasa molekulaarne lagunemine ja suurendada reaktiivsust paljude keemiliste liikide puhul. Ultraheli kiiritust saab kasutada katalüsaatorite valmistamisel, nt peene suurusega osakeste agregaatide tootmiseks. See toodab amorfusega katalüsaatoreid suure spetsiifilise pinna osakesed Ala. Selle koondstruktuuri tõttu võib selliseid katalüsaatoreid eraldada reaktsioonisaadusest (st filtreerides).

ultraheli puhastamine

Sageli sisaldab katalüüs soovimatuid kõrvalsaadusi, saastamisi või lisandeid reaktiivides. See võib põhjustada tahke katalüsaatorite pinnal lagunemist ja lagundamine. Fouling vähendab avatud katalüsaatori pinda ja vähendab seega selle efektiivsust. Seda ei ole vaja eemaldada protsessi käigus või ringlussevõtu intervallidega, kasutades muid protsessikemikaale. Ultraheliuuring on efektiivne vahend puhastada katalüsaatoreid või abistada katalüsaatori ringlussevõtuprotsessi. Ultraheli puhastamine on tõenäoliselt ultraheli kõige tavalisem ja teadaolev rakendus. Kavitatsiooniline vedelik joad ja šokk lained kuni 104ATM võib luua lokaliseeritud nihkejõud, erosioon ja pinna pitting. Peensuuruste osakeste puhul põhjustavad suure kiirusega osakestevahelised kokkupõrked pinna erosiooni ja isegi jahvatamine ja jahvatamine. Need kokkupõrked võivad põhjustada lokaalset mööduvat kokkupõrkeid umbes 3000K. Suslick näitas, et ultraheliuuring efektiivselt eemaldab pinna oksiidide katted. Selline passivating katted oluliselt parandab reaktsiooni määrad mitmesuguseid reaktsioone (Suslick 2008). Ultraheli rakendamine aitab vähendada tahke hajutatud katalüsaatori puhastusprobleemi Katalüüsi ajal ja soodustab puhastamist katalüsaatori ringlussevõtu protsessis.

Ultraheli Katalüüsi näited

Ultraheli abil Katalüüsi ja heterogeensete katalüsaatorite ultraheli ettevalmistamiseks on arvukalt näiteid. Soovitame Sonokatalüüs Artikkel Kenneth Suslick põhjalik Sissejuhatus. Hielscher tarnib Ultraheli reaktorid katalüsaatorite või Katalüüsi ettevalmistamiseks, näiteks katalüütiliselt ümberesterdamine metüülesetrite tootmiseks (st rasvmetülester = biodiislikütus).

Ultraheli seadmed Sonocatalüüs

Ultraheli reaktor 7 x 1kW ultraheli protsessoriga UIP1000hdHielscher toodab ultraheli seadmeid kasutamiseks mis tahes ulatuses ja erinevaid protsesse. See hõlmab ka labori ultrahelitöötlus väikestes viaalides, samuti Tööstuslikud reaktorid ja voolurakud. Esialgse protsessitesti puhul laboratoorsel skaalal UP400S (400 vatti) on väga sobiv. Seda saab kasutada nii pakktöötlusprotsessidele kui ka tekstisiseseks ultrahelitöötluseks. Protsessi testimiseks ja optimeerimiseks enne skaala, soovitame kasutada UIP1000hd (1000 vatti), kuna need üksused on väga kohanemisvõimelist ja tulemusi on võimalik laiendada lineaarselt mis tahes suuremale võimsusest. Täismahus tootmiseks pakume ultraheli seadmeid kuni 10kW ja 16kW Ultraheli võimsus. Mitme sellise üksuse klastrid pakuvad väga suuri töötlemisvõimsusi.

Meil on hea meel toetada teie protsessi testimine, optimeerimine ja skaala üles. Rääkige meiega sobivate seadmete või Meie protsessilaboratooriumi külastamine.

Paluge lisateavet!

Palun täitke see vorm, et küsida lisateavet sonocatalüüsi ja ultraheliga toetatava Katalüüsi kohta.









Palun pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


Kirjandus Sonocatalüüs ja ultraheli toetatav katalüüs

Suslick, KS; Didenko, Y .; Fang, MM; Hyeon, T .; Kolbeck, KJ; McNamara, WB III; Mdleleni, MM; Wong, M. (1999): Akustiline kavitatsioon ja selle keemilised tagajärjed: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.

Suslick, KS; Skrabalak, SE (2008): "Sonocatalysis" Heterogeense Katalüüsi käsiraamatus, vol .4; , G.; Knzinger, H.; Schth, F.; Weitkamp, J., EDS.; Wiley-VCH: Weinheim, 2008, lk 2006-2017.