અલ્ટ્રાસોનિક રીતે તીવ્ર બનાવેલા સ્થિર બેડ રિએક્ટરો

સોનિકેશન મુખ્યત્વે ભરેલા ઉત્પ્રેરક બેડની આસપાસ અને અંદર દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણને તીવ્ર બનાવીને સ્થિર બેડ રિએક્ટરોમાં ઉત્પ્રેરકીય પ્રતિક્રિયાઓ સુધારી શકે છે. વધુમાં, સોનિકેશન ઉત્પ્રેરકની સપાટી પરથી નિષ્ક્રિયકરણ અને મેલના થરો દૂર કરે છે, જેથી ઉત્પ્રેરકનું સતત પુનર્જનન થાય છે.

સોનિકેશન સ્થિર બેડ ઉત્પ્રેરણને કેવી રીતે સુધારે છે

સ્થિર બેડ રિએક્ટરમાં ઉત્પ્રેરકના કણો સ્થિર રહે છે, જ્યારે પ્રવાહી, વાયુ અથવા બહુપ્રાવસ્થીય પ્રતિક્રિયકો બેડમાંથી વહે છે. પ્રતિક્રિયાનું કાર્યપ્રદર્શન ઘણી વાર બાહ્ય દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ, રંધ્રોમાં પ્રસરણ, પ્રવાહના પસંદગીના માર્ગો બનવા, મેલ જમા થવા અને ઉષ્મા સ્થાનાંતરણની પ્રવણતાઓને કારણે મર્યાદિત થાય છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ધ્વનિક કવિટેશન, સૂક્ષ્મ પ્રવાહન, કર્તન બળો અને દબાણના દોલનો ઉત્પન્ન કરીને આમાંથી અનેક મર્યાદાઓ ઘટાડી શકે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક રીતે તીવ્ર બનાવેલી સ્થિર બેડ પ્રતિક્રિયાઓની મુખ્ય અસરો

• સુધારેલું બાહ્ય દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ: અલ્ટ્રાસોનિક સૂક્ષ્મ પ્રવાહન ઉત્પ્રેરકના કણોની આસપાસના સ્થિર સીમા સ્તરને ઘટાડે છે, જેથી પ્રતિક્રિયકો વધુ કાર્યક્ષમ રીતે સક્રિય સ્થાનો સુધી પહોંચી શકે છે.
• રંધ્રો સુધી પહોંચવાની વધેલી સુલભતા: કવિટેશનથી પ્રેરિત દબાણની વધઘટ અને પ્રવાહીની ગતિ ઉત્પ્રેરકના રંધ્રોમાં પ્રતિક્રિયકોના પ્રવેશને અને રંધ્રોમાંથી નીપજોના નિકાલને સુધારી શકે છે.
• મેલ જમા થવામાં અને સપાટીના નિષ્ક્રિયકરણમાં ઘટાડો: સોનિકેશન ઉત્પ્રેરકની સપાટીઓ પરથી જમાવટો, પોલિમરની પાતળી પરતો, કોકના પૂર્વગામી પદાર્થો અથવા અન્ય નિષ્ક્રિયકારી થરો દૂર કરવામાં મદદ કરી શકે છે, જેથી ઉત્પ્રેરકીય સક્રિયતા વધુ લાંબા સમય સુધી જળવાઈ રહે છે.

સુધારેલો પ્રવાહી–ઘન સંપર્ક: અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઉત્પ્રેરકના કણો વધુ સારી રીતે ભીંજાય તે માટે સહાય કરે છે, જે ખાસ કરીને ટ્રિકલ બેડ, સ્લરી પૂરી પાડવામાં આવતી અથવા પ્રવાહી પ્રાવસ્થાવાળી સ્થિર બેડ પ્રણાલીઓમાં ઉપયોગી છે.

• ભરેલા બેડમાં પ્રવાહના પસંદગીના માર્ગો બનવામાં ઘટાડો: સૂક્ષ્મ ભરેલા બેડ અંગેના અભ્યાસોમાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રવાહનું વર્તન બદલે છે અને પ્રવાહનું વિખેરણ ઘટાડે છે એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે, જે રિએક્ટરને વધુ આદર્શ પ્લગ પ્રવાહના વર્તન તરફ લઈ જવામાં મદદ કરે છે.
• વધેલું ઉષ્મા સ્થાનાંતરણ: ધ્વનિક પ્રવાહન અને પ્રક્ષુબ્ધતા સ્થાનિક ઉષ્મા વિસર્જન સુધારે છે, જેથી ઉત્પ્રેરક બેડમાં વધુ ગરમ સ્થાનો અથવા ઠંડા વિસ્તારો ઘટે છે.
• વધુ રૂપાંતરણ અને નીપજ: દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ અને ઉત્પ્રેરક સુધી પહોંચવાની સુલભતા સુધારીને સોનિકેશન પ્રતિક્રિયાનો દર, રૂપાંતરણ અને ઉત્પાદનની નીપજ વધારી શકે છે, ખાસ કરીને જ્યારે પ્રતિક્રિયા માત્ર ગતિકીથી મર્યાદિત હોવાને બદલે પદાર્થના પરિવહનથી મર્યાદિત હોય ત્યારે.

સોનિકેશન સ્થિર બેડ ઉત્પ્રેરણને કેવી રીતે સુધારે છે?

મુખ્ય ક્રિયાવિધિ ધ્વનિક કવિટેશન છે: અલ્ટ્રાસોનિક તરંગો સૂક્ષ્મ પરપોટા બનાવે છે, જે વધે છે અને પ્રચંડ રીતે તૂટી પડે છે. તેમનું તૂટી પડવું સ્થાનિક કર્તન, સૂક્ષ્મ જેટ, આઘાત તરંગો અને તીવ્ર મિશ્રણ ઉત્પન્ન કરે છે. ઉત્પ્રેરકની સપાટીઓની નજીક આ અસરો ઘન–પ્રવાહી આંતરપૃષ્ઠને સાફ, સક્રિય અને નવેસરથી કાર્યક્ષમ બનાવી શકે છે. સોનોઉત્પ્રેરણની સમીક્ષાઓ આને અલ્ટ્રાસાઉન્ડ અને ઘન ઉત્પ્રેરકો વચ્ચેની સહક્રિયા તરીકે વર્ણવે છે, જેમાં સુધારેલું ઉષ્મા સ્થાનાંતરણ, દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ અને ઉત્પ્રેરકીય સપાટીઓ પરની સ્થાનિક અસરો સામેલ છે.

સ્થિર બેડ પ્રતિક્રિયામાં નીચેની સમસ્યાઓ હોય ત્યારે સોનિકેશન સૌથી વધુ લાભદાયી બને છે:

• ઉત્પ્રેરકના રંધ્રોમાં ધીમું પ્રસરણ,
• ઉત્પ્રેરકના કણો અપૂરતા ભીંજાવા,
• રંધ્રોની અંદર નીપજોનો સંચય,
• મેલ જમા થવો અથવા સપાટીનું નિષ્ક્રિયકરણ,
• દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણથી મર્યાદિત ગતિકી,
• બહુપ્રાવસ્થીય પ્રવાહનું અસમાન વિતરણ,
• ભરેલા બેડમાંથી પ્રવાહના પસંદગીના માર્ગો બનવા.

સ્થિર બેડ ઉત્પ્રેરકો

સ્થિર બેડ (ક્યારેક ભરેલા બેડ પણ કહેવાય છે) સામાન્ય રીતે ઉત્પ્રેરકની ગોળીઓથી ભરવામાં આવે છે, જે સામાન્ય રીતે 1–5mm વ્યાસ ધરાવતા દાણાઓ હોય છે. તેમને રિએક્ટરમાં એક જ બેડના સ્વરૂપમાં, અલગ આવરણો તરીકે અથવા નળીઓમાં ભરી શકાય છે. ઉત્પ્રેરકો મોટેભાગે નિકલ, તાંબું, ઓસ્મિયમ, પ્લેટિનમ અને રોડિયમ જેવી ધાતુઓ પર આધારિત હોય છે.
વિષમાંગી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ પર પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડની અસરો જાણીતી છે અને ઔદ્યોગિક ઉત્પ્રેરકીય પ્રક્રિયાઓ માટે તેનો વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે. સ્થિર બેડ રિએક્ટરમાં થતી ઉત્પ્રેરકીય પ્રતિક્રિયાઓને પણ સોનિકેશન ઉપચારથી લાભ થાય છે. સ્થિર બેડ ઉત્પ્રેરકનું અલ્ટ્રાસોનિક વિકિરણ અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ સપાટીઓ ઉત્પન્ન કરે છે, પ્રવાહી પ્રાવસ્થા (પ્રતિક્રિયકો) અને ઉત્પ્રેરક વચ્ચે દ્રવ્ય પરિવહન વધારે છે અને સપાટી પરથી નિષ્ક્રિયકારી આવરણો (દા.ત. ઑક્સાઇડના થરો) દૂર કરે છે.

ઉત્પ્રેરકીય પ્રતિક્રિયાઓનું અલ્ટ્રાસોનિક તીવ્રીકરણ

અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણ અને હલનચલન પ્રતિક્રિયક અને ઉત્પ્રેરક કણો વચ્ચેનો સંપર્ક સુધારે છે, અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ સપાટીઓ બનાવે છે અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા શરૂ કરે છે અને/અથવા તેને વધારે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી ઉત્પ્રેરક તૈયાર કરવાથી સ્ફટિકીકરણના વર્તન, વિખેરણ / કણસમૂહોના વિઘટન અને સપાટીના ગુણધર્મોમાં ફેરફારો થઈ શકે છે. વધુમાં, નિષ્ક્રિય બનાવતા સપાટીના સ્તરો દૂર કરીને, વધુ સારું વિખેરણ કરીને અને દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ વધારીને અગાઉથી બનેલા ઉત્પ્રેરકોની લાક્ષણિકતાઓને પ્રભાવિત કરી શકાય છે.

અલ્ટ્રાસોનિક રીતે સુધારેલી પ્રતિક્રિયાઓનાં ઉદાહરણો

• હાઇડ્રોજનીકરણ પ્રતિક્રિયાઓ માટે Ni ઉત્પ્રેરકની અલ્ટ્રાસોનિક પૂર્વસારવાર
• ટાર્ટરિક એસિડ સાથે સોનિકેશન કરેલા Raney Ni ઉત્પ્રેરકથી ખૂબ ઊંચી એનાન્ટિયોસિલેક્ટિવિટી પ્રાપ્ત થાય છે
• અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી સંશ્લેષિત Fischer-Tropsch ઉત્પ્રેરકો
• વધેલી પ્રતિક્રિયાશીલતા માટે સોનોકેમિકલ રીતે સારવાર કરેલા અસ્ફટિકીય પાઉડર ઉત્પ્રેરકો
• અસ્ફટિકીય ધાતુના પાઉડરનું સોનો-સંશ્લેષણ

અલ્ટ્રાસોનિક ઉત્પ્રેરક પુનઃપ્રાપ્તિ

સ્થિર-બેડ રિએક્ટરોમાં ઘન ઉત્પ્રેરકોનો સામાન્ય રીતે ગોળાકાર મણકા, પેલેટ, એક્સ્ટ્રુડેટ અથવા નળાકાર કણોના સ્વરૂપમાં ઉપયોગ થાય છે. રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ દરમિયાન, અશુદ્ધિઓની જમાવટના સ્તરથી ઉત્પ્રેરકની સપાટી નિષ્ક્રિય થઈ શકે છે, જેના પરિણામે સમય જતાં ઉત્પ્રેરકીય સક્રિયતા અને/અથવા પસંદગીક્ષમતામાં ધીમે ધીમે ઘટાડો થાય છે.
ઉત્પ્રેરક નિષ્ક્રિય થવાનો સમયગાળો નોંધપાત્ર રીતે બદલાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, ક્રેકિંગ ઉત્પ્રેરક સેકન્ડોમાં નિષ્ક્રિય થઈ શકે છે, જ્યારે એમોનિયા સંશ્લેષણમાં વપરાતો લોહનો ઉત્પ્રેરક 5–10 વર્ષ સુધી સક્રિય રહી શકે છે. તેમ છતાં, લગભગ બધી ઉત્પ્રેરકીય પ્રક્રિયાઓમાં ઉત્પ્રેરકનું નિષ્ક્રિયકરણ જોવા મળે છે. રાસાયણિક, યાંત્રિક અને ઉષ્મીય ક્ષય સહિત નિષ્ક્રિયકરણની વિવિધ ક્રિયાવિધિઓ થઈ શકે છે, પરંતુ અશુદ્ધિઓની જમાવટ ઉત્પ્રેરકના ક્ષયનાં સૌથી સામાન્ય કારણોમાંનું એક છે.
અશુદ્ધિઓની જમાવટ એટલે પ્રવાહી પ્રાવસ્થામાંથી ઘટકોનું ઉત્પ્રેરકની સપાટી પર અને તેના છિદ્રોની અંદર ભૌતિક રીતે જમા થવું. આ જમાવટ પ્રતિક્રિયાશીલ સ્થાનોને અવરોધે છે, છિદ્રોની સુલભતાને મર્યાદિત કરે છે અને પ્રતિક્રિયકો તથા ઉત્પ્રેરકની સક્રિય સપાટી વચ્ચેનો સંપર્ક ઘટાડે છે. કોક અથવા કાર્બનયુક્ત પદાર્થોની જમાવટથી ઉત્પ્રેરકનું દૂષિત થવું ઘણી વાર ઝડપી પ્રક્રિયા હોય છે; જોકે, ઘણા કિસ્સાઓમાં અલ્ટ્રાસોનિક પુનઃસક્રિયકરણ દ્વારા તેને આંશિક અથવા સંપૂર્ણ રીતે ઉલટાવી શકાય છે.

અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન એ ઉત્પ્રેરકની સપાટી પરથી નિષ્ક્રિય બનાવતા અશુદ્ધિઓની જમાવટના સ્તરો દૂર કરવાની અસરકારક પદ્ધતિ છે. સોનિકેશન દરમિયાન, ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રવાહી માધ્યમમાં કેવિટેશન પરપોટા ઉત્પન્ન કરે છે. તેમના તૂટી પડવાથી સ્થાનિક કતરણી બળો, સૂક્ષ્મ જેટ, આઘાત તરંગો અને તીવ્ર સૂક્ષ્મ-મિશ્રણ ઉત્પન્ન થાય છે. આ અસરો ઉત્પ્રેરકની સપાટી પરથી જમાવટના અવશેષોને છૂટા પાડવામાં, બંધ થયેલા છિદ્રોને ફરી ખોલવામાં અને સક્રિય સ્થાનો સુધીની પહોંચ પુનઃસ્થાપિત કરવામાં મદદ કરે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક ઉત્પ્રેરક પુનઃપ્રાપ્તિ સામાન્ય રીતે ઉત્પ્રેરક કણોને વિઆયનીકૃત પાણી અથવા યોગ્ય દ્રાવક જેવા પ્રવાહીમાં વિખેરીને અને આ નિલંબનને નિયંત્રિત અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર આપીને કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયા પ્લેટિનમ/સિલિકા તંતુ ઉત્પ્રેરકો, નિકલ ઉત્પ્રેરકો અને અન્ય આધારિત ધાતુ ઉત્પ્રેરકો સહિત વિવિધ ઉત્પ્રેરક સામગ્રીઓમાંથી જમાવટના અવશેષો દૂર કરી શકે છે. પરિણામે, સોનિકેશન ઉત્પ્રેરકના પુનઃસક્રિયકરણમાં, ઉત્પ્રેરકનું આયુષ્ય લંબાવવામાં અને પ્રક્રિયાની ટકાઉપણું સુધારવામાં યોગદાન આપી શકે છે.

વપરાઈ ચૂકેલા ઉત્પ્રેરકોના અલ્ટ્રાસોનિક પુનઃસક્રિયકરણ વિશે વધુ જાણવા અહીં ક્લિક કરો!

રાસાયણિક રિએક્ટરોમાં એકીકરણ માટેના સોનિકેટરો

Hielscher Ultrasonics સ્થિર-બેડ રિએક્ટરોમાં પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડના એકીકરણ માટે વિવિધ અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો અને તેમના વિવિધ સ્વરૂપો પ્રદાન કરે છે. સ્થિર-બેડ રિએક્ટરોમાં સ્થાપિત કરવા માટે વિવિધ અલ્ટ્રાસોનિક પ્રણાલીઓ ઉપલબ્ધ છે. વધુ જટિલ પ્રકારના રિએક્ટરો માટે, અમે જરૂરિયાત મુજબ તૈયાર કરેલા અલ્ટ્રાસોનિક ઉકેલો પ્રદાન કરીએ છીએ.
વિવિધ રિએક્ટર ડિઝાઇનમાં સોનિકેશન રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓને કેવી રીતે સુધારે છે તે જાણો!
તમારી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા પર સોનિકેશનની અસરો ચકાસવા માટે, Teltow ખાતેની અમારી અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા પ્રયોગશાળા અને તકનીકી કેન્દ્રની મુલાકાત લેવા તમારું સ્વાગત છે!
આજે જ અમારો સંપર્ક કરો! તમારી રાસાયણિક પ્રક્રિયાના અલ્ટ્રાસોનિક તીવ્રીકરણ વિશે તમારી સાથે ચર્ચા કરવામાં અમને આનંદ થશે!
નીચેનું કોષ્ટક Hielscher સોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે: