Ultrasonication tiedetään voimistuvan ja / tai aloittavan kemiallisia reaktioita. Siksi korkean suorituskyvyn ultraäänen integrointia pidetään luotettavana työkaluna kemiallisten reaktoreiden edistämiseksi reaktiotulosten parantamiseksi. Hielscher Ultrasonics tarjoaa erilaisia reaktoriratkaisuja kemiallisen prosessin säätämiseen. Lue, miten ultraääni voi parantaa kemiallista reaktoriasi!

Miten teho ultraääni parantaa kemiallisia reaktoreita?

Yhden tai useamman ultraäänianturin (sonotrodes) integrointi mahdollistaa voimakkaiden ultraääniaaltojen kytkemisen kemialliseen reaktoriin. Nesteiden ja lietteiden voimakas ultrasonication ei ainoastaan aiheuta voimakkaita turbulensseja akustisen värähtelyn vuoksi, vaan tunnetaan useista vaikutuksista, jotka määritellään termillä "sonokemia".

Mitä sonokemia on? Miten se edistää reaktioita?

Korkean intensiteetin ultraääni / suuritehoinen ultraääni levitetään kemiallisiin järjestelmiin reaktioiden aloittamiseksi ja / tai edistämiseksi, muuntonopeuden ja saantojen parantamiseksi tai reaktioreittien vaihtamiseksi. Sonokemiallisista vaikutuksista vastaava fyysinen ilmiö on akustinen kavitaatio. Kun korkean intensiteetin ultraääniaallot kytketaan nestemäiseen väliaineeseen, aallot kulkevat nesteen läpi luoden vuorottelevia matalapaine (harvinainen) ja korkeapaine (puristus) syklejä. Alhaisen paineen / harvinaisen pisteen aikana nesteeseen syntyy pieniä tyhjiökuplia, jotka kasvavat useiden painesyklien aikana, kunnes tyhjiökupla saavuttaa pisteen, jossa se ei voi imeä enää energiaa. Suurimman kuplan kasvun vaiheessa kupla luhistuu voimakkaasti korkean paineen aikana. Implostiivisen kuplan romahtamisen aikana voidaan havaita kavitaatioilmiö. Ultraääni kavitaatio luo niin sanottuja "kuumia kohtia", joille on ominaista äärimmäiset olosuhteet, kuten jopa ∼5000 K: n lämpötila, jonka lämmitys - / jäähdytysnopeudet ovat erittäin korkeat > 1000 K s^-1, paineet jopa ∼1000 bar sekä vastaavat lämpötila- ja paine-erot. Nestemäiset suihkut ja leikkausvoimat sekoittavat voimakkaasti nestettä tai lietettä.

Sonokemian kemialliset vaikutukset (esim. radikaalien lajien muodostuminen, molekyylien taipuminen jne.) ja sonokemian fysikaaliset / fysikaalis-mekaaniset vaikutukset käytetään menestyksekkäästi lukuisiin kemiallisiin reaktioihin, kuten orgaaniseen katalyysiin, organotalyyttiset reaktiot, Vaiheen siirtoreaktiot, nanohiukkassynteesi, saostuminen / kiteytyminen, sol-geeli reaktiot, Suzuki-kytkin, Diels-Alder-reaktiot, Mannichin reaktiot, Michael-lisäys, Wurtz-tyyppinen kytkin ja monet muut. Sonokemiallisestiedustetut reaktiot osoittavat usein merkittävästi lisääntynyttä muuntonopeutta, korkeampia saantoja, kiihtynyttä reaktiota, täydellisempää reaktiota, sitä voidaan käyttää lievempien liuottimien kanssa ympäristöolosuhteissa, luoda vähemmän ei-toivottuja sivutuotteita ja edistää sen korkean tehokkuuden vuoksi vihreää kemiaa.

Ultraäänipohjaiset kemialliset eräreaktorit

Ultraäänilaitteiden integrointi avoimiin tai suljettuihin eräreaktoreihin on yleisesti sovellettu tekniikka reaktioiden nopeuttamiseksi laboratorioissa, pilottilaitoksissa ja tuotantolaitoksissa. Aluksen koosta, geometriasta ja kemiallisesta reaktiojärjestelmästä riippuen yksi tai useampi sonotrodit voidaan integroida eräreaktoriin. Ultrasonicationia käytetään usein myös parantamaan jatkuvasti sekoittavat reaktorit (CSTR).

Ultraääni puolieräreaktorit: Sonikaatio voidaan tietysti integroida myös puolieräreaktoreihin. Puolieräjärjestelmissä yksi kemiallinen reaktantti ladataan reaktoriin, kun taas toinen kemikaali lisätään jatkuvalla virtausnopeudella (esimerkiksi hitaalla syötöllä sivureaktioiden estämiseksi) yhdistettynä ultraääni-hot spotiin. Vaihtoehtoisesti kemiallisen reaktion tuote, joka johtuu reaktorin reaktiosta, poistetaan jatkuvasti, esimerkiksi syntetisoidut saosteet tai kiteet, tai lopputuotteen välituote, joka voidaan poistaa vaiheen erottamisen vuoksi.

Ultraäänellä kiihtynyt kemiallinen läpivirtausreaktori

Läpivirtausreaktorissa, joka tunnetaan myös nimellä virtaussolu tai inline-reaktori, reaktoaineet syötetään yhden tai useamman syöttöportin kautta reaktiokammioon, jossa kemiallinen reaktio tapahtuu. Tietyn retentioajan jälkeen, jota tarvitaan tietyn reaktion tapahtumiseen, väliaine purkautuu jatkuvasti reaktorista. Ultraäänivirtaussolut ja inline-reaktorit mahdollistavat tuotteen keskeytymättömän tuotannon, joka riippuu vain reagenssien jatkuvasta toimittamisesta.

Kuvassa näkyy ultraääni UIP1000hdT eräreaktorilla (vasemmalla) ja virtauskennoreaktorilla inline-käsittelyä varten (oikealla).

Korkean suorituskyvyn kemialliset sonoreaktorit

Hielscher Ultrasonics on luotettava valmistaja sono-kemiallisille reaktoreille ja korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteille, jotka voivat luotettavasti parantaa kemiallista reaktiotasi. Hielscher Ultrasonics -tuotevalikoima sisältää erilaisia laboratorio- ja teollisuuskäyttöön tarkoitettuja laajamittaisia sonoreaktioita erä- ja läpivirtaustilaan. Hielscherin korkean suorituskyvyn anturityyppisellä ultraäänellä, useita edistysaskeleita – kuten parempi reaktionopeus, täydellisempi muuntaminen, korkeammat saannot, tarkka reaktionhallinta ja erinomainen kokonaistehokkuus – luotettavasti erä- ja läpivirtausreaktoreissa. Hielscherin ultraäänilaitteet ja sonoreaktorit on suunniteltu tehokkaaseen suorituskykyyn ja kestävyyteen, ja ne voidaan asentaa käytettäväksi kovien kemikaalien kanssa vaativissa ympäristöissä ja raskaissa sovelluksissa.
Hielscherin ultraäänireaktorit on suunniteltu keskittymällä väliaineen yhtenäiseen ultraäänisäteilytykseen, jotta akustinen painekenttä voi laajentua tasaisesti. Tämän vaatimuksen täyttäminen parantaa sonokemiallisen reaktion yleistä tehokkuutta, koska ultraääni saavuttaa korkeimman prosessin tehostamisen.

Kaavamainen näkemys ilmiöistä, jotka tapahtuvat sonokemiallisessa reaktorissa.
Kuva ja tutkimus: ©Dahlem et ai., 1999.

Tuotevalikoima kattaa kompaktit laboratorion ultraäänilaitteet R: lle&D, tehokkaat penkki- ja pilotti-ultraäänijärjestelmät sekä täysin teolliset laitteet suuriin tuotantomääriin. Tämä mahdollistaa riskittömän toteutettavuustestauksen pienessä mittakaavassa ja sitä seuranneen täysin lineaarisen skaalaamisen suurempiin määriin.

Tarkka sonikaatio-ohjaus

Digitaalinen värinäyttö ja älykäs ohjelmisto, jossa on selaimen etäohjaus ja automaattinen dataprotokolla integroidulla SD-kortilla, mahdollistavat sonokemiallisen reaktorin ultraääniparametrien hienostuneen asettamisen ja seurannan.
Sonokemiallisesti johdettujen reaktioiden kauneus on tehokkuus, joka voidaan luotettavasti saavuttaa prosessin optimoinnilla. Optimaalinen ultraääniamplitudi, ultraääniteho, lämpötila ja paine voidaan määrittää jokaiselle tietylle reaktiolle. Näin voidaan löytää ihanteelliset sonikaatioparametrit, jotta 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 ylittyy, ultraäänilaite pysähtyy automaattisesti, kunnes nesteen lämpötila on laskenut tiettyyn asetettuun pisteeseen ja alkaa automaattisesti sonikoida uudelleen. Kaikki lämpötilamittaukset sekä muut tärkeät ultraääniprosessitiedot tallennetaan automaattisesti sisäänrakennetulle SD-kortille, ja niitä voidaan helposti tarkistaa prosessin hallintaa varten.
Hielscherin sonokemiallisia reaktoreita on saatavana jäähdytysvaikoilla. Lisäksi lämmönvaihtimet ja jäähdytinyksiköt voidaan kytkeä halutun prosessilämpötilan varmistamiseksi.

Helposti saatavilla olevat komponentit ihanteellisen kemiallisen reaktorin kokoamiseksi

Laaja valikoima helposti saatavilla olevia ultraäänilaitteita, mittapäitä (sonotrodeja), vahvistimien sarvia, eräreaktoreita ja virtaussoluja sekä lukuisia lisätarvikkeita mahdollistaa ihanteellisen ultraäänikemiallisen reaktorin (sonoreaktorin) määrittämisen mille prosessillesi.
Kaikki laitteet on jo optimoitu akustisen kavitaatio- ja vakaiden virtausmallien tasaiseen jakautumiseen, jotka ovat tärkeimmät suunnittelunäkökohdat homogeenisten, luotettavien tulosten saavuttamiseksi ultraäänellä kiihtyneessä kemiallisessa reaktorissa.
Ei-toivottu hapettuminen voidaan välttää puhdistamalla reaktori inertillä kaasulla, esimerkiksi typpipeitteellä.

Räätälöidyt ratkaisut kemialliselle reaktorillesi

Vaikka Hielscher tarjoaa erilaisia erikokoisia ja -geometrioita erilaisia erikokoisia ja -geometrioita, valmistettu ruostumattomasta teräksestä tai lasista, valmistamme mielellämme erityisen kemiallisen reaktoriastiasi ottaen huomioon erityisten prosessitarpeiden analyysin ja suunnittelun perusteet. Pitkäaikaisen kokeneen insinööri- ja teknisten kehittäjien tiimin avulla suunnittelemme kemikaalireaktorisi vastaamaan vaatimuksiasi. Esimerkiksi koko, materiaali, geometria, syöttö- ja tyhjennysportit, ultraäänimittapäiden määrä jne.

Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista: