Optimoitu kemiallisen reaktorin tehokkuus suuritehoisella ultraäänellä

Ultrasonicationin tiedetään tehostavan ja? tai aloittavan kemiallisia reaktioita. Siksi korkean suorituskyvyn ultraäänen integrointia pidetään luotettavana työkaluna kemiallisten reaktoreiden edistämiseksi parempien reaktiotulosten saavuttamiseksi. Hielscher Ultrasonics tarjoaa erilaisia reaktoriratkaisuja kemiallisen prosessin säätämiseen. Opi kuinka ultraääni voi parantaa kemiallista reaktoriasi!

Miten tehon ultraääni parantaa kemiallisia reaktoreita?

The integration of one or more ultrasonic probes (sonotrodes) allows to couple powerful ultrasound waves into the chemical reactor. Intense ultrasonication of liquids and slurries not only create strong turbulences due to acoustic vibration but is known for multiple effects, which are defined under the term “Sonokemia”.

Mikä on sonokemia? Miten se edistää reaktioita?

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, enintään ∼1000 barin paineet sekä vastaavat lämpötila- ja paine-erot. Nestettä tai lietettä ravistetaan voimakkaasti nestesuihkuilla ja leikkausvoimilla.

Sonokemian kemiallisia vaikutuksia (esim. radikaalien lajien muodostuminen, molekyylien taipuminen jne.) ja fysikaalisia? fysikaalis-mekaanisia vaikutuksia sovelletaan menestyksekkäästi lukuisiin kemiallisiin reaktioihin, kuten orgaaniseen katalyysiin, organokatalyyttiset reaktiot, Faasinsiirtoreaktiot, nanohiukkasten synteesi, saostuminen? kiteytyminen, SOL-geelin reaktiot, Suzuki-kytkin, Diels-Alder-reaktiot, Mannichin reaktiot, Michaelin lisäys, Wurtz-tyyppinen kytkin ja monet muut. Sonokemiallisesti edistetyt reaktiot osoittavat usein merkittävästi lisääntynyttä muuntokurssia, suurempia saantoja, nopeutettua reaktiota, täydellisempää reaktiota, niitä voidaan käyttää lievempien liuottimien kanssa ympäristön olosuhteissa, luoda vähemmän ei-toivottuja sivutuotteita ja edistää korkean hyötysuhteensa ansiosta vihreää kemiaa.

Ultraäänikäyttöiset kemialliset eräreaktorit

Ultraäänilaitteiden integrointi avoimiin tai suljettuihin eräreaktoreihin on yleisesti käytetty tekniikka reaktioiden nopeuttamiseksi laboratorioissa, pilottilaitoksissa ja tuotantolaitoksissa. Astian koosta, geometriasta ja kemiallisesta reaktiojärjestelmästä riippuen yksi tai useampi sonotrodes voidaan integroida panosreaktoriin. Ultrasonicationia käytetään usein myös parantamaan jatkuvasti sekoitetut reaktorit (CSTR).

Ultraääni-puolieräreaktorit: Sonikaatio voidaan tietysti integroida myös puolieräreaktoreihin. Puolieräjärjestelmissä yksi kemiallinen reagenssi ladataan reaktoriin, kun taas toinen kemikaali lisätään jatkuvalla virtausnopeudella (esimerkiksi hitaalla syötöllä sivureaktioiden estämiseksi) yhdistämällä ultraäänipisteeseen. Vaihtoehtoisesti poistetaan jatkuvasti kemiallisen reaktion tuote, joka syntyy reaktorin reaktiosta, esimerkiksi syntetisoidut saostumat tai kiteet tai lopputuotteen välituote, joka voidaan poistaa faasierotuksen vuoksi.

Ultraäänellä sekoitettu kemiallinen läpivirtausreaktori

Läpivirtausreaktorissa, joka tunnetaan myös nimellä virtauskenno tai inline-reaktori, reagenssit syötetään yhden tai useamman syöttöaukon kautta reaktiokammioon, jossa kemiallinen reaktio tapahtuu. Tietyn retentioajan jälkeen, joka tarvitaan tietyn reaktion tapahtumiseen, väliaine poistetaan jatkuvasti reaktorista. Ultraäänivirtauskennot ja inline-reaktorit mahdollistavat tuotteen keskeytymättömän tuotannon, joka riippuu vain reagenssien jatkuvasta toimituksesta.

Kuvassa näkyy Ultrasonicator UIP1000hdT panosreaktorilla (vasemmalla) ja virtauskennoreaktorilla inline-prosessointia varten (oikealla).

Korkean suorituskyvyn kemialliset sonoreaktorit

Hielscher Ultrasonics on luotettava valmistaja sonokemiallisille reaktoreille ja korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteille, jotka voivat luotettavasti parantaa kemiallista reaktiotasi. Hielscher Ultrasonics -tuotevalikoimaan kuuluu erilaisia laboratorio- ja teollisuuslaitteiden tyyppejä ja luokkia erä- ja läpivirtaustilaan. Hielscherin korkean suorituskyvyn koetintyyppisellä ultraäänellä useita edistysaskeleita – kuten parannettu reaktionopeus, täydellisempi muuntaminen, korkeammat saannot, tarkka reaktionhallinta ja erinomainen kokonaistehokkuus – saavutetaan luotettavasti panos- ja läpivirtausreaktoreissa. Suunniteltu korkean suorituskyvyn ja kestävyyden kannalta, Hielscher-ultraäänilaitteet ja sono-reaktorit voidaan asentaa käytettäväksi kovien kemikaalien kanssa, vaativissa ympäristöissä ja raskaissa sovelluksissa.
Hielscherin ultraäänireaktorit on suunniteltu keskittymään väliaineen yhtenäiseen ultraäänisäteilytykseen siten, että akustinen painekenttä voi laajentua tasaisesti. Tämän vaatimuksen täyttäminen parantaa sonokemiallisen reaktion yleistä tehokkuutta, koska ultraääni saavuttaa korkeimman prosessin tehostamisen.

Kaavamainen näkymä sonokemiallisessa reaktorissa tapahtuvista ilmiöistä.Kuva ja tutkimus: ©Dahlem et al., 1999.

Tuotevalikoima kattaa kompaktit laboratorioultraäänilaitteet R: lle&D, tehokkaat penkki- ja pilottiultraäänijärjestelmät sekä täysin teolliset laitteet suurten volyymien tuotantoon. Tämä mahdollistaa riskittömän toteutettavuustestauksen pienessä mittakaavassa ja sitä seuraavan täysin lineaarisen skaalauksen suurempiin volyymeihin.

Tarkka sonikaatio-ohjaus

Digitaalinen värinäyttö ja älykäs ohjelmisto, jossa on selaimen etäohjaus ja automaattinen dataprotokolla integroidulla SD-kortilla, mahdollistavat ultraääniparametrien hienostuneen asettamisen ja valvonnan sonokemiallisessa reaktorissa.
Sonokemiallisesti ohjattujen reaktioiden kauneus on tehokkuus, joka voidaan saavuttaa luotettavasti prosessin optimoinnilla. Optimaalinen ultraääniamplitudi, ultraääniteho, lämpötila ja paine voidaan määrittää kullekin tietylle reaktiolle. Tämä mahdollistaa ihanteellisten sonikaatioparametrien löytämisen siten, että optimaaliset reaktiotulokset ja tehokkuus saavutetaan.

Lämpötilan säätö

Kaikki digitaaliset ultraäänilaitteemme on varustettu kytkettävällä lämpötila-anturilla jatkuvaa lämpötilan seurantaa varten, joka voidaan asettaa nesteeseen irtolämpötilan jatkuvaa mittaamista varten. Hienostunut ohjelmisto mahdollistaa lämpötila-alueen asettamisen. Kun lämpötilaraja ylitetään, ultraäänilaite pysähtyy automaattisesti, kunnes nesteen lämpötila on laskenut tiettyyn asetusarvoon ja alkaa automaattisesti sonikoida uudelleen. Kaikki lämpötilamittaukset sekä muut tärkeät ultraääniprosessitiedot tallennetaan automaattisesti sisäänrakennetulle SD-kortille ja niitä voidaan tarkistaa helposti prosessinohjausta varten.
Hielscherin sonokemiallisia reaktoreita on saatavana jäähdytysvaipilla. Lisäksi lämmönvaihtimet ja jäähdytysyksiköt voidaan liittää halutun prosessilämpötilan varmistamiseksi.

Helposti saatavilla olevat komponentit ihanteellisen kemiallisen reaktorin kokoamiseksi

Suuri valikoima helposti saatavilla olevia ultraäänilaitteita, koettimia (sonotrodeja), tehostesarvia, eräreaktoreita ja virtaussoluja sekä lukuisia lisävarusteita mahdollistavat ihanteellisen ultraäänikemiallisen reaktorin (sono-reaktorin) määrittämisen tietylle prosessillesi.
Kaikki laitteet on jo optimoitu akustisen kavitaation ja vakaiden virtauskuvioiden tasaiseen jakautumiseen, jotka ovat tärkeimpiä suunnittelunäkökohtia homogeenisten, luotettavien tulosten saamiseksi ultraäänellä kiihtyneessä kemiallisessa reaktorissa.
Ei-toivottu hapettuminen voidaan välttää puhdistamalla reaktori inertillä kaasulla, esimerkiksi typpipeitteellä.

Räätälöidyt ratkaisut kemialliseen reaktoriisi

Vaikka Hielscher tarjoaa erilaisia erikokoisia ja geometrisia erä- ja inline-reaktoriratkaisuja, jotka on valmistettu ruostumattomasta teräksestä tai lasista, valmistamme mielellämme erityisen kemiallisen reaktoriastiasi ottaen huomioon erityisten prosessivaatimusten analyysin ja suunnittelun perusteet. Pitkän linjan kokeneen insinöörien ja teknisten kehittäjien tiimin avulla suunnittelemme kemiallisen reaktorisi vastaamaan vaatimuksiasi. Esimerkiksi koko, materiaali, geometria, syöttö- ja poistoportit, ultraäänianturien lukumäärä jne. Voidaan suunnitella ihanteellisen ultraäänellä edistetyn kemiallisen reaktorin valmistamiseksi kemialliselle prosessillesi.

Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: