بهینه سازی راندمان راکتور شیمیایی با فراصوت با قدرت بالا

امواج فراصوت به خوبی شناخته شده است برای تشدید و / یا شروع واکنش های شیمیایی. بنابراین، ادغام اولتراسوند با کارایی بالا به عنوان ابزاری قابل اعتماد برای ارتقای راکتورهای شیمیایی برای بهبود نتایج واکنش در نظر گرفته می شود. Hielscher Ultrasonics ارائه می دهد راه حل های مختلف راکتور به نیشگون گرفتن و نیشگون گرفتن و نیشگون بیاموزید که چگونه سونوگرافی می تواند راکتور شیمیایی شما را بهبود بخشد!

چگونه سونوگرافی قدرت راکتورهای شیمیایی را بهبود می بخشد؟

ادغام یک یا چند پروب اولتراسونیک (sonotrodes) اجازه می دهد تا برای جفت شدن امواج اولتراسوند قدرتمند به راکتور شیمیایی. امواج فراصوت شدید مایعات و دوغاب نه تنها ایجاد تلاطم های قوی به دلیل ارتعاش صوتی بلکه برای اثرات متعدد شناخته شده, که تحت اصطلاح "sonochemistry" تعریف.

سونوشیمی چیست؟ چگونه واکنش ها را ترویج می کند؟

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، فشارهای تا ∼1000 بار و همچنین اختلاف دما و فشار مربوطه. مایع یا دوغاب به شدت توسط جت های مایع و نیروهای برشی تحریک می شود.

اثرات شیمیایی (به عنوان مثال، تشکیل گونه های رادیکال، خم شدن مولکول ها و غیره) و اثرات فیزیکی/فیزیکی-مکانیکی سونوشیمی با موفقیت در واکنش های شیمیایی متعددی مانند کاتالیز آلی اعمال می شود. واکنش های ارگانوکاتالیستی، واکنش های انتقال فاز، سنتز نانوذرات، بارش / تبلور، واکنش های سل-ژل، سوزوکی کوپلینگ، واکنش های Diels-Alder، واکنش های مانیچ، مایکل علاوه بر، کوپلینگ نوع Wurtz و بسیاری دیگر. واکنش های سونوشیمیایی ترویج شده اغلب نشان می دهد که نرخ تبدیل به طور قابل توجهی افزایش یافته است, بازده بالاتر, واکنش شتاب, واکنش کامل تر, می تواند با حلال های خفیف تر در شرایط محیطی استفاده می شود, ایجاد محصولات جانبی کمتر ناخواسته و کمک به دلیل بهره وری بالا آن به شیمی سبز.

راکتورهای دسته ای شیمیایی مبتنی بر سونوگرافی

ادغام مافوق صوت به راکتورهای دسته ای باز یا بسته یک تکنیک معمولا برای سرعت بخشیدن به واکنش ها در آزمایشگاه ها، کارخانه های آزمایشی و تاسیسات تولید است. بسته به اندازه رگ، هندسه و سیستم واکنش شیمیایی، یک یا چند سونوترود را می توان در راکتور دسته ای ادغام کرد. سونوگرافی نیز اغلب برای بهبود استفاده می شود راکتورهای به طور مداوم هم زده می شوند (CSTR).

راکتورهای نیمه دسته ای التراسونیک: البته، فراصوت را می توان به راکتورهای نیمه دسته ای نیز ادغام شده است. برای سیستم های نیمه دسته ای، یک واکنش دهنده شیمیایی در راکتور بارگذاری می شود، در حالی که یک ماده شیمیایی دوم با سرعت جریان مداوم (به عنوان مثال، در یک تغذیه آهسته برای جلوگیری از واکنش های جانبی) اضافه می شود که در نقطه داغ اولتراسونیک ترکیب می شود. از طرف دیگر، محصولی از یک واکنش شیمیایی، که از واکنش در راکتور حاصل می شود، به طور مداوم حذف می شود، به عنوان مثال، رسوبات یا کریستال های سنتز شده، یا واسطه ای از محصول نهایی که می تواند به دلیل جداسازی فاز حذف شود.

التراسونیک همزن شیمیایی جریان از طریق راکتور

در یک راکتور جریان، که به عنوان سلول جریان یا راکتور درون خطی نیز شناخته می شود، واکنش دهنده ها از طریق یک یا چند پورت تغذیه به محفظه واکنش تغذیه می شوند، جایی که واکنش شیمیایی اتفاق می افتد. پس از یک زمان ماند مشخص که برای وقوع یک واکنش خاص لازم است، محیط به طور مداوم از راکتور تخلیه می شود. سلول های جریان اولتراسونیک و راکتورهای درون خطی امکان تولید بدون وقفه محصول را فراهم می کنند که فقط به عرضه مداوم معرف ها بستگی دارد.

تصویر نشان می دهد اولتراسونیک UIP1000hdT با راکتور دسته ای (سمت چپ) و با راکتور سلول جریان برای پردازش درون خطی (راست).

راکتورهای سونو شیمیایی با کارایی بالا

Hielscher مافوق صوت تولید کننده مورد اعتماد خود را برای راکتورهای سونو شیمیایی و تجهیزات اولتراسونیک با کارایی بالا است که می تواند قابل اعتماد واکنش شیمیایی خود را بهبود بخشد. Hielscher اولتراسونیک طیف وسیعی از محصولات شامل انواع و کلاس های مختلف آزمایشگاهی و صنعتی در مقیاس بزرگ سونوره برای دسته ای و جریان از طریق حالت است. با Hielscher با کارایی بالا پروب نوع فراصوت ، پیشرفت های متعدد – مانند سرعت واکنش بهبود یافته، تبدیل کامل تر، بازده بالاتر، کنترل دقیق واکنش و راندمان کلی عالی – به طور قابل اعتماد در راکتورهای دسته ای و جریان به دست می آیند. طراحی شده برای عملکرد بالا و استحکام، مافوق صوت Hielscher و سونو راکتورها را می توان برای استفاده با مواد شیمیایی خشن، در محیط های خواستار و برنامه های کاربردی سنگین نصب شده است.
راکتورهای مافوق صوت Hielscher با تمرکز تابش اولتراسونیک یکنواخت از محیط طراحی شده اند تا میدان فشار صوتی می تواند به طور مساوی گسترش یابد. برآورده کردن این نیاز باعث بهبود کارایی کلی واکنش سونوشیمیایی می شود زیرا سونوگرافی بالاترین تشدید فرآیند را به دست می آورد.

نمای شماتیک از پدیده هایی که در یک راکتور سونوشیمیایی اتفاق می افتد.
تصویر و مطالعه: ©Dahlem و همکاران ، 1999.

طیف وسیعی از محصولات را پوشش می دهد مافوق صوت آزمایشگاه جمع و جور برای R&D ، سیستم های اولتراسونیک قدرتمند و خلبان و همچنین تجهیزات کاملا صنعتی برای تولید حجم زیاد. این امکان آزمایش امکان سنجی بدون ریسک را در مقیاس کوچک و مقیاس کاملا خطی بعدی به حجم های بزرگتر فراهم می کند.

کنترل دقیق فراصوت

صفحه نمایش رنگی دیجیتال و نرم افزار هوشمند با کنترل مرورگر از راه دور و پروتکل خودکار داده ها بر روی یک کارت SD یکپارچه امکان تنظیم و نظارت پیچیده بر پارامترهای اولتراسونیک در راکتور sono-chemical را فراهم می کند.
زیبایی واکنش های سونوشیمیایی ، کارایی است که می تواند به طور قابل اعتماد از طریق بهینه سازی فرآیند به دست آید. دامنه اولتراسونیک بهینه، ورودی برق اولتراسوند، دما و فشار را می توان برای هر واکنش خاص تعیین کرد. این اجازه می دهد تا برای پیدا کردن پارامترهای فراصوت ایده آل به طوری که نتایج واکنش مطلوب و بهره وری به دست آورد.

کنترل دما

تمام مافوق صوت های دیجیتال ما مجهز به یک سنسور دما قابل اتصال برای نظارت بر دما مداوم هستند که می تواند برای اندازه گیری ثابت دمای فله به مایع وارد شود. نرم افزار پیچیده امکان تنظیم محدوده دما را فراهم می کند. هنگامی که حد دما بیش از حد است، ultrasonicator به طور خودکار مکث تا زمانی که درجه حرارت در مایع به یک نقطه تنظیم خاص کاهش یافته است و به طور خودکار فراصوت دوباره شروع می شود. تمام اندازه گیری دما و همچنین سایر داده های مهم فرآیند اولتراسونیک به طور خودکار بر روی یک کارت SD داخلی ثبت می شود و می تواند به راحتی برای کنترل فرآیند تجدید نظر شود.
راکتورهای سونوشیمیایی از Hielscher با ژاکت خنک کننده در دسترس هستند. علاوه بر این، مبدل های حرارتی و واحدهای چیلر را می توان برای اطمینان از دمای فرآیند مورد نظر متصل کرد.

اجزای به راحتی در دسترس برای مونتاژ راکتور شیمیایی ایده آل

نمونه کارها بزرگی از دستگاه های اولتراسونیک به راحتی در دسترس، پروب ها (sonotrodes)، بوستر، شاخ، راکتورهای دسته ای و سلول های جریان و همچنین لوازم جانبی متعدد اضافی اجازه می دهد تا راکتور مافوق صوت شیمیایی ایده آل (sono-reactor) را برای فرآیند خاص خود پیکربندی کنید.
تمام تجهیزات در حال حاضر برای توزیع یکنواخت حفره صوتی و الگوهای جریان پایدار بهینه سازی شده اند، که مهم ترین جنبه های طراحی برای به دست آوردن نتایج همگن و قابل اعتماد در یک راکتور شیمیایی همزن اولتراسونیک هستند.
با پاکسازی راکتور با گاز بی اثر، به عنوان مثال پتوی نیتروژن، می توان از اکسیداسیون ناخواسته جلوگیری کرد.

راه حل های سفارشی برای راکتور شیمیایی شما

در حالی که Hielscher راه حل های مختلف راکتور دسته ای و درون خطی را در اندازه ها و هندسه های مختلف ارائه می دهد ، ساخته شده از فولاد ضد زنگ یا شیشه ، ما خوشحالیم که رگ راکتور شیمیایی ویژه شما را با توجه به تجزیه و تحلیل و طراحی اصول مورد نیاز فرآیند خاص شما تولید می کنیم. با یک تیم باتجربه طولانی مدت از مهندسان و توسعه دهندگان فنی، راکتور شیمیایی شما را مطابق با خواسته های شما طراحی می کنیم. به عنوان مثال، اندازه، مواد، هندسه، پورت های تغذیه و تخلیه، تعداد پروب های اولتراسونیک و غیره را می توان به منظور ایجاد راکتور شیمیایی ایده آل مافوق صوت برای فرآیند شیمیایی شما طراحی کرد.

جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد: