Hielscher Ultrasonics
Meil on hea meel teie protsessi arutada.
Helistage meile: +49 3328 437-420
Saatke meile kiri: [email protected]

Ultraheli intensiivistatud fikseeritud voodiga reaktorid

Sonication can improve catalytic reactions in fixed-bed reactors mainly by intensifying mass transfer around and inside the packed catalyst bed. Additionally, sonication removes passivation and fouling layers from the catalyst surface thereby continuously regenerating the catalyst.

How Sonication Improves Fixed-Bed Catalysis

In a fixed-bed reactor, the catalyst particles remain stationary while liquid, gas, or multiphase reactants flow through the bed. Reaction performance is often limited by external mass transfer, pore diffusion, channeling, fouling, and heat-transfer gradients. Ultrasound can reduce several of these limitations by generating acoustic cavitation, microstreaming, shear forces, and pressure oscillations.

Teabe nõudmine



Sonicator UIP2000hdT mounted on a fixed bed reactor to intensify catalytic reactions

Sonicator UIP2000hdT integrated in a fixed bed reactor

Key Effects of Ultrasonically-Intensified Fixed Bed Reactions

  • Improved external mass transfer: Ultrasonic microstreaming reduces the stagnant boundary layer around catalyst particles, allowing reactants to reach active sites more efficiently.
  • Enhanced pore accessibility: Cavitation-induced pressure fluctuations and liquid movement can improve penetration of reactants into catalyst pores and removal of products from pores.
  • Reduction of fouling and passivation: Sonication can help remove deposits, polymer films, coke precursors, or other passivating layers from catalyst surfaces, maintaining catalytic activity for longer.
  • Improved liquid-solid contact: Ultrasound promotes better wetting of catalyst particles, which is especially useful in trickle-bed, slurry-fed, or liquid-phase fixed-bed systems.

  • Reduced channeling in packed beds: In micropacked-bed studies, ultrasound has been shown to modify flow behavior and reduce dispersion, helping the reactor approach more ideal plug-flow behavior.
  • Täiustatud soojusülekanne: Acoustic streaming and turbulence improve local heat dissipation, reducing hot spots or cold zones in the catalyst bed.
  • Higher conversion and yield: By improving mass transfer and catalyst accessibility, sonication can increase reaction rate, conversion, and product yield, especially when the reaction is transport-limited rather than purely kinetically limited.

How does Sonication Improve Fixed Bed Catalysis?

The main mechanism is acoustic cavitation: ultrasonic waves create microscopic bubbles that grow and collapse violently. Their collapse generates local shear, microjets, shockwaves, and intense mixing. Near catalyst surfaces, these effects can clean, activate, and refresh the solid-liquid interface. Reviews of sonocatalysis describe this as a synergy between ultrasound and solid catalysts, involving improved heat transfer, mass transfer, and localized effects at catalytic surfaces.

Sonication is most beneficial when the fixed-bed reaction suffers from:

  • slow diffusion into catalyst pores,
  • poor wetting of catalyst particles,
  • product accumulation inside pores,
  • fouling or surface passivation,
  • mass-transfer-limited kinetics,
  • multiphase flow maldistribution,
  • channeling through the packed bed.

Fikseeritud voodi katalüsaatorid

Fikseeritud voodid (mõnikord nimetatakse ka pakitud voodiks) on tavaliselt koormatud katalüsaatorgraanulitega, mis on tavaliselt graanulid läbimõõduga 1-5 mm. Neid saab reaktorisse laadida üheinimesevoodina, eraldi kestadena või torudena. Katalüsaatorid põhinevad enamasti metallidel nagu nikkel, vask, osmium, plaatina ja roodium.
The effects of power ultrasound on heterogeneous chemical reactions are well known and widely used for industrial catalytic processes. Catalytic reactions in a fixed bed reactor benefit from sonication treatment, too. Ultrasonic irradiation of the fixed bed catalyst generates highly reactive surfaces, increases the mass transport between liquid phase (reactants) and catalyst, and removes passivating coatings (e.g. oxide layers) from the surface.

Ultraheli homogenisaator UIP1500hdT koos vooluelemendiga, mis on varustatud jahutussärgiga, et reguleerida protsessi temperatuuri ultrahelitöötluse ajal.

Sonicator UIP1500hdT with flow-cell for the reactivation and recycling of spent catalysts

Advantages of Ultrasonically Intensified Catalytic Reactions

  • Parem tõhusus
  • Suurenenud reaktsioonivõime
  • Suurenenud konversioonimäär
  • Suurem saagikus
  • Katalüsaatori ringlussevõtt

Katalüütiliste reaktsioonide ultraheli intensiivistamine

Ultraheli segamine ja segamine parandab reagendi ja katalüsaatori osakeste vahelist kontakti, loob väga reaktiivsed pinnad ja algatab ja / või suurendab keemilist reaktsiooni.
Ultraheli katalüsaatori ettevalmistamine võib põhjustada muutusi kristalliseerumiskäitumises, dispersioonis / deagglomeratsioonis ja pinna omadustes. Lisaks saab eelnevalt moodustatud katalüsaatorite omadusi mõjutada passiivsete pinnakihtide eemaldamine, parem dispersioon, massiülekande suurendamine.

Examples of Ultrasonically-Improved Reactions

  • Ni katalüsaatori ultraheli eeltöötlus hüdrogeenimisreaktsioonide jaoks
  • Sonikeeritud Raney Ni katalüsaator viinhappega annab tulemuseks väga kõrge enantioselektiivsuse
  • Ultrasonic synthesized Fischer-Tropsch catalysts
  • Sonokeemiliselt töödeldud amorfsed pulberkatalüsaatorid reaktiivsuse suurendamiseks
  • Amorfsete metallipulbrite sono-süntees

Ultraheli katalüsaatori taastamine

Solid catalysts in fixed-bed reactors are commonly used in the form of spherical beads, pellets, extrudates, or cylindrical particles. During chemical reactions, the catalyst surface can become passivated by a fouling layer, resulting in a gradual loss of catalytic activity and/or selectivity over time.
The timescale of catalyst deactivation varies considerably. For example, the deactivation of a cracking catalyst may occur within seconds, whereas an iron catalyst used in ammonia synthesis may remain active for 5–10 years. Nevertheless, catalyst deactivation is observed in virtually all catalytic processes. Although different deactivation mechanisms can occurincluding chemical, mechanical, and thermal degradationfouling is one of the most common causes of catalyst decay.
Fouling refers to the physical deposition of species from the fluid phase onto the catalyst surface and within its pores. These deposits block reactive sites, restrict pore accessibility, and reduce contact between reactants and the active catalyst surface. Catalyst fouling by coke or carbonaceous deposits is often a rapid process; however, in many cases it can be partially or fully reversed by ultrasonic regeneration.

Ultrasonic cavitation is an effective method for removing passivating fouling layers from catalyst surfaces. During sonication, high-intensity ultrasound generates cavitation bubbles in a liquid medium. Their collapse produces localized shear forces, microjets, shock waves, and intense micro-mixing. These effects help detach fouling residues from the catalyst surface, reopen blocked pores, and restore access to active sites.
Ultrasonic catalyst recovery is typically carried out by dispersing the catalyst particles in a liquid, such as deionized water or a suitable solvent, and exposing the suspension to controlled ultrasonic treatment. This process can remove fouling residues from various catalyst materials, including platinum/silica fibre catalysts, nickel catalysts, and other supported metal catalysts. As a result, sonication can contribute to catalyst regeneration, extended catalyst lifetime, and improved process sustainability.

Click here to learn more about the ultrasonic regeneration of spent catalysts!

Sonicators for the Integration into Chemical Reactors

Võimsuse ultraheli rakendatakse katalüsaatoritele ja katalüütilistele reaktsioonidele. (Suurendamiseks klõpsake!)Hielscher Ultrasonics pakub erinevaid ultraheli protsessoreid ja variatsioone võimsuse ultraheli integreerimiseks fikseeritud voodiga reaktoritesse. Fikseeritud voodireaktoritesse paigaldamiseks on saadaval erinevaid ultraheli süsteeme. Keerukamate reaktoritüüpide puhul pakume kohandatud ultraheli Lahendusi.
Learn how sonication improves chemical reactions in various reactor designs!
To test the effects of sonication on your chemical reaction, you are welcome to visit our ultrasonic process lab and technical center in Teltow!
Võtke meiega ühendust juba täna! Meil on hea meel arutada teiega teie keemilise protsessi ultraheli intensiivistamist!
Alljärgnevas tabelis on esitatud Hielscheri sonikaatorite ligikaudne töötlemisvõimsus:

Partii maht Voolukiirus Soovitatavad seadmed
10 kuni 2000 ml 20 kuni 400 ml / min UP200Ht, UP400St
0.1 kuni 20L 0.2 kuni 4L / min UIP2000hdT
10 kuni 100L 2 kuni 10L/min UIP4000
mujal liigitamata 10 kuni 100 L / min UIP16000
mujal liigitamata Suurem klaster UIP16000
Tekstisisene töötlemine 7kW võimsusega ultraheli protsessoritega (suurendamiseks klõpsake!)

Ultraheli voolusüsteem

Ultraheli intensiivistunud reaktsioonid

  • hüdrogeenimine
  • Alcyülion
  • Tsüaneerimine
  • eeterdamine
  • esterdamine
  • polümerisatsioon
  • (nt Ziegler-Natta katalüsaatorid, metallotseenid)

  • Allüülimine
  • Broomimine

Küsi lisainfot

Please use the form below to request additional information about sonicators for the integration into fixed bed reactors, technical details and prices. We will be glad to discuss your chemical reactor design with you and to offer you the best sonicator fulfilling your requirements!




Kirjandus / Viited



Faktid, mida tasub teada

Mis on ultraheli kavitatsioon?

Ultrasonic cavitation is the formation, growth and violent collapse of microscopic vapor or gas bubbles in a liquid exposed to high-intensity ultrasound. During bubble collapse, extreme local conditions can occur for very short times, including high temperature, high pressure, shock waves, microjets and intense shear forces.

Mis on Sonochemistry?

Sonochemistry is the use of these ultrasonic cavitation effects to initiate, accelerate or modify chemical and physicochemical processes. It is especially relevant in liquid-phase systems because cavitation enhances mixing, mass transfer, emulsification, particle dispersion, catalyst surface cleaning and, in some cases, radical formation. As a result, sonochemistry is used to intensify reactions such as heterogeneous catalysis, oxidation, extraction, polymerization, crystallization and nanomaterial synthesis.

What is a Heterogeneous Catalytic Reaction?

Keemias viitab heterogeenne katalüüs katalüütilise reaktsiooni tüübile, kus katalüsaatori ja reaktiivide faasid erinevad üksteisest. Heterogeense keemia kontekstis ei kasutata faasi mitte ainult tahke, vedela ja gaasi eristamiseks, vaid see viitab ka segunematutele vedelikele, nt õlile ja veele.
Heterogeense reaktsiooni käigus toimub üks või mitu reaktiivi liideses, nt tahke katalüsaatori pinnal, keemiline muundumine.
Reaktsioonikiirus sõltub reaktiivide kontsentratsioonist, osakeste suurusest, temperatuurist, katalüsaatorist ja täiendavatest teguritest.
Reagendi kontsentratsioon: Üldiselt suurendab reagendi kontsentratsiooni suurenemine reaktsiooni kiirust suurema liidese ja seeläbi suurema faasiülekande tõttu reagendi osakeste vahel.
Osakeste suurus: Kui üks reagentidest on tahke osake, siis ei saa seda kiirusvõrrandis kuvada, kuna kiirusvõrrand näitab ainult kontsentratsioone ja tahketel ainetel ei saa olla kontsentratsiooni, kuna nad on erinevas faasis. Kuid tahke aine osakeste suurus mõjutab reaktsioonikiirust, mis on tingitud faasiülekandeks olemasolevast pindalast.
Reaktsiooni temperatuur: Temperatuur on seotud kiiruskonstandiga Arrheniuse võrrandi kaudu: k = Ae-EA/RT
Kus Ea on aktiveerimisenergia, R on universaalne gaasikonstant ja T on absoluutne temperatuur Kelvinites. A on Arrheniuse (sageduse) tegur. e-EA/RT annab kõvera all olevate osakeste arvu, mille energia on suurem kui aktiveerimisenergia Ea.
Katalüsaator: Enamikul juhtudel toimuvad reaktsioonid katalüsaatoriga kiiremini, kuna need vajavad vähem aktiveerimisenergiat. Heterogeensed katalüsaatorid moodustavad mallpinna, kus reaktsioon toimub, samas kui homogeensed katalüsaatorid moodustavad vaheprodukte, mis vabastavad katalüsaatori mehhanismi järgnevas etapis.
Muud tegurid: Muud tegurid, nagu valgus, võivad mõjutada teatud reaktsioone (fotokeemia).

What are the Types of Catalyst Deactivation?

  • Katalüsaatorimürgitus on termin liikide tugeva kemisorptsiooni kohta katalüütilistel aladel, mis blokeerivad katalüütilise reaktsiooni kohad. Mürgistus võib olla pöörduv või pöördumatu.
  • Saastumine viitab katalüsaatori mehaanilisele lagunemisele, kus vedela faasi liigid sadestuvad katalüütilisele pinnale ja katalüsaatori pooridesse.
  • Termilise lagunemise ja paagutamise tulemuseks on katalüütilise pinna, tugiala ja aktiivsete faasi toetavate reaktsioonide kadumine.
  • Aurude moodustumine - keemiline lagunemisvorm, kus gaasifaas reageerib katalüsaatorfaasiga, tekitades lenduvaid ühendeid.
  • Auru-tahke ja tahke-tahke reaktsioonid põhjustavad katalüsaatori keemilise deaktiveerimise. Aur, tugi või promootor reageerib katalüsaatoriga nii, et tekib mitteaktiivne faas.
  • Katalüsaatoriosakeste hõõrdumine või purustamine põhjustab katalüütilise materjali kadu mehaanilise hõõrdumise tõttu. Katalüsaatori sisepindala kaob katalüsaatori osakese mehaaniliselt indutseeritud purustamise tõttu.

Read more about how sonication can reactivate spent catalysts!

What is Nucleophilic Substitution?

Nucleophilic substitution is a fundamental class of reactions in organic (and inorganic) chemistry, in which a nucleophile selectively bonds in form of a Lewis base (as electron pair donator) with an organic complex with or attacks the positive or partially positive (+) charge of an atom or a group of atoms to replace a leaving group. The positive or partially positive atom, which is the electron pair acceptor, is called an electrophile. The whole molecular entity of the electrophile and the leaving group is usually called the substrate.
Nukleofiilset asendust võib täheldada kahe erineva rajana – SN1 ja SN2 reaktsioon. Milline reaktsioonimehhanismi vorm – sN1 või SN2 – toimub, sõltub keemiliste ühendite struktuurist, nukleofiili tüübist ja lahustist.

Meil on hea meel teie protsessi arutada.