उच्च-शक्ति अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा रासायनिक रिएक्टर की दक्षता का अनुकूलन

अल्ट्रासोनिकेशन रासायनिक अभिक्रियाओं को तीव्र करने और/या आरंभ करने के लिए सुविख्यात है। इसलिए, अभिक्रियाओं के बेहतर परिणाम प्राप्त करने के लिए रासायनिक रिएक्टरों के प्रदर्शन को बढ़ाने हेतु उच्च-प्रदर्शन अल्ट्रासाउंड के एकीकरण को एक विश्वसनीय साधन माना जाता है। Hielscher Ultrasonics आपकी रासायनिक प्रक्रिया को बेहतर ढंग से समायोजित करने के लिए विभिन्न रिएक्टर समाधान प्रदान करता है। जानें कि अल्ट्रासाउंड आपके रासायनिक रिएक्टर को कैसे बेहतर बना सकता है!

पावर अल्ट्रासाउंड रासायनिक रिएक्टरों को कैसे बेहतर बनाता है?

एक या अधिक अल्ट्रासोनिक प्रोब (सोनोट्रोड) का एकीकरण रासायनिक रिएक्टर में शक्तिशाली अल्ट्रासाउंड तरंगों की ऊर्जा संचारित करना संभव बनाता है। तरल पदार्थों और स्लरियों का तीव्र अल्ट्रासोनिकेशन ध्वनिक कंपन के कारण न केवल प्रबल विक्षोभ उत्पन्न करता है, बल्कि अनेक प्रभावों के लिए भी जाना जाता है, जिन्हें “सोनोकेमिस्ट्री” शब्द के अंतर्गत परिभाषित किया जाता है।

सोनोकेमिस्ट्री क्या है? यह अभिक्रियाओं को कैसे बढ़ावा देती है?

अभिक्रियाओं को आरंभ करने और/या बढ़ावा देने, रूपांतरण दर और उपज में सुधार करने या अभिक्रिया मार्गों को बदलने के लिए रासायनिक प्रणालियों पर उच्च-तीव्रता अल्ट्रासाउंड / उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड लागू किया जाता है। सोनोकेमिकल प्रभावों के लिए उत्तरदायी भौतिक परिघटना ध्वनिक कैविटेशन है। जब उच्च-तीव्रता अल्ट्रासाउंड तरंगों की ऊर्जा किसी तरल माध्यम में संचारित की जाती है, तो तरंगें तरल में आगे बढ़ते हुए बारी-बारी से निम्न दाब (विरलन) और उच्च दाब (संपीड़न) के चक्र उत्पन्न करती हैं। निम्न दाब / विरलन के दौरान तरल में सूक्ष्म निर्वात बुलबुले बनते हैं, जो कई दाब चक्रों के दौरान बढ़ते रहते हैं, जब तक कि निर्वात बुलबुला उस बिंदु तक नहीं पहुँच जाता जहाँ वह और ऊर्जा अवशोषित नहीं कर सकता। बुलबुले की अधिकतम वृद्धि के बिंदु पर, उच्च दाब चक्र के दौरान बुलबुला तीव्रता से अंतःस्फोटित होता है। बुलबुले के अंतःस्फोटक पतन के दौरान कैविटेशन की परिघटना देखी जा सकती है। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन तथाकथित “हॉट स्पॉट” उत्पन्न करता है, जिनकी विशेषता चरम परिस्थितियाँ होती हैं, जैसे ∼5000 K तक का तापमान, > 1000 K s^-1 की अत्यधिक उच्च तापन/शीतलन दरें, ∼1000 bar तक का दाब तथा संबंधित तापमान और दाब के अंतर। तरल जेट और अपरूपण बल तरल या स्लरी को प्रबल रूप से मथते हैं।

सोनोकेमिस्ट्री के रासायनिक प्रभावों (जैसे, मुक्त मूलक प्रजातियों का निर्माण, अणुओं का मुड़ना आदि) और भौतिक / भौतिक-यांत्रिक प्रभावों को अनेक रासायनिक अभिक्रियाओं में सफलतापूर्वक लागू किया जाता है, जैसे कार्बनिक उत्प्रेरण, कार्बनिक उत्प्रेरकीय अभिक्रियाएँ, प्रावस्था अंतरण अभिक्रियाएँ, नैनोकण संश्लेषण, अवक्षेपण / क्रिस्टलीकरण, सोल-जेल अभिक्रियाएँ, Suzuki युग्मन, Diels-Alder अभिक्रियाएँ, Mannich अभिक्रियाएँ, Michael योगात्मक अभिक्रिया, Wurtz-प्रकार का युग्मन और कई अन्य। सोनोकेमिकल रूप से बढ़ावा दी गई अभिक्रियाओं में अक्सर उल्लेखनीय रूप से बढ़ी हुई रूपांतरण दर, अधिक उपज, त्वरित अभिक्रिया और अधिक पूर्ण अभिक्रिया देखी जाती है। इन्हें परिवेशी परिस्थितियों में अपेक्षाकृत मृदु विलायकों के साथ किया जा सकता है, ये कम अवांछित उप-उत्पाद उत्पन्न करती हैं और अपनी उच्च दक्षता के कारण हरित रसायन विज्ञान में योगदान देती हैं।

अल्ट्रासाउंड-संचालित रासायनिक बैच रिएक्टर

खुले या बंद बैच रिएक्टरों में अल्ट्रासोनिकेटर का एकीकरण प्रयोगशालाओं, पायलट संयंत्रों और उत्पादन सुविधाओं में अभिक्रियाओं को तेज़ करने के लिए आम तौर पर अपनाई जाने वाली तकनीक है। पात्र के आकार, ज्यामिति और रासायनिक अभिक्रिया प्रणाली के आधार पर, बैच रिएक्टर में एक या अनेक सोनोट्रोड एकीकृत किए जा सकते हैं। अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग अक्सर निरंतर हिलाए जाने वाले रिएक्टरों (CSTR) को बेहतर बनाने के लिए भी किया जाता है।

अल्ट्रासोनिक अर्ध-बैच रिएक्टर: निश्चित रूप से, सोनिकेशन को अर्ध-बैच रिएक्टरों में भी एकीकृत किया जा सकता है। अर्ध-बैच प्रणालियों में, एक रासायनिक अभिकारक रिएक्टर में भरा जाता है, जबकि दूसरा रसायन निरंतर प्रवाह दर पर डाला जाता है (उदाहरण के लिए, पार्श्व अभिक्रियाओं को रोकने के लिए धीमी आपूर्ति दर पर), जिससे दोनों अल्ट्रासोनिक हॉट स्पॉट में मिलते हैं। वैकल्पिक रूप से, रिएक्टर में होने वाली अभिक्रिया से प्राप्त रासायनिक अभिक्रिया उत्पाद को निरंतर निकाला जाता है, जैसे संश्लेषित अवक्षेप या क्रिस्टल, अथवा अंतिम उत्पाद के निर्माण में बनने वाला कोई मध्यवर्ती पदार्थ, जिसे प्रावस्था पृथक्करण के कारण निकाला जा सकता है।

अल्ट्रासोनिक रूप से विलोडित रासायनिक प्रवाह रिएक्टर

प्रवाह रिएक्टर में, जिसे प्रवाह सेल या इनलाइन रिएक्टर भी कहा जाता है, अभिकारकों को एक या अनेक आपूर्ति पोर्ट से अभिक्रिया कक्ष में पहुँचाया जाता है, जहाँ रासायनिक अभिक्रिया होती है। किसी विशिष्ट अभिक्रिया के होने के लिए आवश्यक एक निश्चित निवास समय के बाद, माध्यम को रिएक्टर से निरंतर बाहर निकाला जाता है। अल्ट्रासोनिक प्रवाह सेल और इनलाइन रिएक्टर उत्पाद का निर्बाध उत्पादन संभव बनाते हैं, जो केवल अभिकर्मकों की निरंतर आपूर्ति पर निर्भर होता है।

चित्र में अल्ट्रासोनिकेटर UIP1000hdT को बैच रिएक्टर के साथ (बाएँ) और इनलाइन प्रसंस्करण के लिए प्रवाह सेल रिएक्टर के साथ (दाएँ) दिखाया गया है।

उच्च प्रदर्शन वाले रासायनिक सोनो-रिएक्टर

Hielscher Ultrasonics सोनो-केमिकल रिएक्टरों और उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक उपकरणों का आपका विश्वसनीय निर्माता है, जो आपकी रासायनिक अभिक्रिया को भरोसेमंद ढंग से बेहतर बना सकते हैं। Hielscher Ultrasonics की उत्पाद शृंखला में बैच और प्रवाह मोड के लिए विभिन्न प्रकारों और श्रेणियों के प्रयोगशाला सोनो-रिएक्टर तथा औद्योगिक बड़े पैमाने के सोनो-रिएक्टर शामिल हैं। Hielscher के उच्च प्रदर्शन वाले प्रोब-प्रकार अल्ट्रासोनिकेशन से बैच और प्रवाह रिएक्टरों में अनेक सुधार – जैसे बेहतर अभिक्रिया दर, अधिक पूर्ण रूपांतरण, अधिक उपज, सटीक अभिक्रिया नियंत्रण और उत्कृष्ट समग्र दक्षता – भरोसेमंद ढंग से प्राप्त किए जाते हैं। उच्च प्रदर्शन और मज़बूती के लिए डिज़ाइन किए गए Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर और सोनो-रिएक्टर कठोर रसायनों के साथ, कठिन परिवेशों में और अत्यधिक भार वाले अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए स्थापित किए जा सकते हैं।
Hielscher अल्ट्रासोनिक रिएक्टर माध्यम के एकसमान अल्ट्रासोनिक विकिरण पर ध्यान केंद्रित करके डिज़ाइन किए जाते हैं, ताकि ध्वनिक दाब क्षेत्र समान रूप से फैल सके। इस आवश्यकता को पूरा करने से सोनोकेमिकल अभिक्रिया की समग्र दक्षता बेहतर होती है, क्योंकि अल्ट्रासाउंड प्रक्रिया का उच्चतम तीव्रीकरण प्राप्त करता है।

सोनोकेमिकल रिएक्टर में घटित होने वाली परिघटनाओं का योजनाबद्ध दृश्य।
चित्र और अध्ययन: ©Dahlem et al., 1999.

उत्पाद शृंखला में अनुसंधान एवं विकास के लिए कॉम्पैक्ट प्रयोगशाला अल्ट्रासोनिकेटर, शक्तिशाली बेंच-टॉप और पायलट अल्ट्रासोनिक प्रणालियाँ तथा बड़ी मात्रा में उत्पादन के लिए पूरी तरह औद्योगिक श्रेणी के उपकरण शामिल हैं। इससे छोटे पैमाने पर जोखिम-मुक्त व्यवहार्यता परीक्षण और उसके बाद बड़ी मात्राओं तक पूरी तरह रैखिक पैमाना-विस्तार संभव होता है।

सटीक सोनिकेशन नियंत्रण

डिजिटल रंगीन डिस्प्ले और रिमोट ब्राउज़र नियंत्रण तथा एकीकृत SD-कार्ड पर स्वचालित डेटा रिकॉर्डिंग वाला स्मार्ट सॉफ़्टवेयर, सोनो-केमिकल रिएक्टर में अल्ट्रासोनिक मापदंडों की उन्नत सेटिंग और निगरानी संभव बनाते हैं।
सोनोकेमिकल रूप से संचालित अभिक्रियाओं की खूबी वह दक्षता है, जिसे प्रक्रिया अनुकूलन के माध्यम से भरोसेमंद ढंग से प्राप्त किया जा सकता है। प्रत्येक विशिष्ट अभिक्रिया के लिए इष्टतम अल्ट्रासोनिक आयाम, अल्ट्रासाउंड शक्ति इनपुट, तापमान और दाब निर्धारित किए जा सकते हैं। इससे आदर्श सोनिकेशन मापदंड खोजे जा सकते हैं, ताकि इष्टतम अभिक्रिया परिणाम और दक्षता प्राप्त हों।

तापमान नियंत्रण

हमारे सभी डिजिटल अल्ट्रासोनिकेटर निरंतर तापमान निगरानी के लिए एक प्लग से जोड़े जा सकने वाले तापमान सेंसर से सुसज्जित हैं, जिसे द्रव के समग्र तापमान के लगातार मापन के लिए द्रव में डाला जा सकता है। उन्नत सॉफ़्टवेयर तापमान की एक सीमा निर्धारित करने की सुविधा देता है। तापमान सीमा पार होने पर अल्ट्रासोनिकेटर अपने आप रुक जाता है और तब तक रुका रहता है जब तक द्रव का तापमान एक निश्चित निर्धारित मान तक नहीं घट जाता; इसके बाद यह अपने आप फिर से सोनिकेशन शुरू कर देता है। सभी तापमान मापन और अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया के अन्य महत्वपूर्ण डेटा अंतर्निर्मित SD कार्ड पर अपने आप दर्ज होते हैं और प्रक्रिया नियंत्रण के लिए उनकी आसानी से समीक्षा की जा सकती है।
Hielscher के सोनोकेमिकल रिएक्टर कूलिंग जैकेट के साथ उपलब्ध हैं। इसके अतिरिक्त, वांछित प्रक्रिया तापमान सुनिश्चित करने के लिए हीट एक्सचेंजर और चिलर इकाइयाँ जोड़ी जा सकती हैं।

आदर्श रासायनिक रिएक्टर के संयोजन के लिए आसानी से उपलब्ध घटक

आसानी से उपलब्ध अल्ट्रासोनिक उपकरणों, प्रोब (सोनोट्रोड), बूस्टर हॉर्न, बैच रिएक्टर और प्रवाह सेल की विस्तृत श्रृंखला तथा अनेक अतिरिक्त सहायक उपकरण आपकी विशिष्ट प्रक्रिया के लिए आदर्श अल्ट्रासोनिक-रासायनिक रिएक्टर (सोनो-रिएक्टर) का विन्यास तैयार करने की सुविधा देते हैं।
सभी उपकरण ध्वनिक कैविटेशन के समान वितरण और स्थिर प्रवाह प्रतिरूपों के लिए पहले से ही अनुकूलित हैं। अल्ट्रासोनिक रूप से विलोडित रासायनिक रिएक्टर में समरूप, विश्वसनीय परिणाम प्राप्त करने के लिए ये सबसे महत्वपूर्ण डिज़ाइन पहलू हैं।
रिएक्टर को अक्रिय गैस से पर्ज करके, जैसे नाइट्रोजन का आवरण बनाकर, अवांछित ऑक्सीकरण से बचा जा सकता है।

आपके रासायनिक रिएक्टर के लिए अनुकूलित समाधान

Hielscher स्टेनलेस स्टील या काँच से बने विभिन्न आकारों और ज्यामितियों वाले अनेक बैच और इनलाइन रिएक्टर समाधान प्रदान करता है। साथ ही, हमें आपकी विशिष्ट प्रक्रिया आवश्यकताओं के विश्लेषण और डिज़ाइन के मूल सिद्धांतों को ध्यान में रखते हुए आपके विशेष रासायनिक रिएक्टर पात्र का निर्माण करके खुशी होगी। लंबे अनुभव वाले इंजीनियरों और तकनीकी विकासकर्ताओं की टीम के साथ हम आपकी माँगों के अनुरूप आपका रासायनिक रिएक्टर डिज़ाइन करते हैं। उदाहरण के लिए, आपकी रासायनिक प्रक्रिया के लिए आदर्श अल्ट्रासोनिक रूप से संवर्धित रासायनिक रिएक्टर बनाने हेतु आकार, सामग्री, ज्यामिति, सामग्री प्रवेश और निकास पोर्ट, अल्ट्रासोनिक प्रोब की संख्या आदि निर्धारित किए जा सकते हैं।

नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है: