सोनोकेमिस्ट्री और सोनोकेमिकल रिएक्टर
सोनोकेमिस्ट्री रसायन शास्त्र रसायन शास्त्र का क्षेत्र है जहां उच्च तीव्रता वाले अल्ट्रासाउंड का उपयोग रासायनिक प्रतिक्रियाओं (संश्लेषण, उत्प्रेरक, क्षरण, बहुलीकरण, हाइड्रोलिसिस आदि) को प्रेरित करने, तेज करने और संशोधित करने के लिए किया जाता है। अल्ट्रासोनिक रूप से उत्पन्न कैविटेशन अद्वितीय ऊर्जा-घने स्थितियों की विशेषता है, जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं को बढ़ावा देते हैं और तेज करते हैं। तेजी से प्रतिक्रिया दर, उच्च पैदावार और हरे, मामूली अभिकर्मकों का उपयोग बेहतर रासायनिक प्रतिक्रियाओं को प्राप्त करने के लिए सोनोकेमिस्ट्री को एक बहुत ही लाभप्रद उपकरण में बदल देता है।
sonochemistry
सोनोकेमिस्ट्री अनुसंधान और प्रसंस्करण क्षेत्र है जिसमें उच्च तीव्रता वाले अल्ट्रासोनिकेशन (जैसे, 20 किलोहर्ट्ज) के अनुप्रयोग के कारण अणुओं को रासायनिक प्रतिक्रिया से गुजरना पड़ता है। सोनोकेमिकल प्रतिक्रियाओं के लिए जिम्मेदार घटना ध्वनिक कैविटेशन है। ध्वनिक या अल्ट्रासोनिक कैविटेशन तब होता है जब शक्तिशाली अल्ट्रासाउंड तरंगों को तरल या घोल में युग्मित किया जाता है। तरल में बिजली अल्ट्रासाउंड तरंगों के कारण बारी उच्च दबाव/कम दबाव चक्र के कारण, वैक्यूम बुलबुले (कैविटेशनल रिक्तियां) उत्पन्न होते हैं, जो कई दबाव चक्रों से अधिक बढ़ते हैं। जब कैविटेशनल वैक्यूम बुलबुला एक निश्चित आकार तक पहुंचता है जहां यह अधिक ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकता है, तो वैक्यूम बुलबुला हिंसक रूप से फटजाता है और एक अत्यधिक ऊर्जा-घने गर्म स्थान बनाता है। यह स्थानीय रूप से होने वाले हॉट स्पॉट में बहुत अधिक तापमान, दबाव और बेहद तेजी से तरल जेट विमानों की माइक्रो स्ट्रीमिंग की विशेषता है ।
स्टेनलेस स्टील से बना बंद बैच रिएक्टर Ultrasonicator UIP2000hdT (2kW, 20kHz).
ध्वनिक कैविटेशन और उच्च तीव्रता अल्ट्रासोनिकेशन के प्रभाव
ध्वनिक कैविटेशन, जिसे अक्सर अल्ट्रासोनिक कैविटेशन भी कहा जाता है, को दो रूपों में प्रतिष्ठित किया जा सकता है, स्थिर और क्षणिक कैविटेशन। स्थिर कैविटेशन के दौरान, कैविटेशन बुलबुला अपने संतुलन त्रिज्या के आसपास कई बार दोलन करता है, जबकि क्षणिक कैविटेशन के दौरान, जिसमें एक अल्पकालिक बुलबुला कुछ ध्वनिक चक्रों में नाटकीय मात्रा में परिवर्तन से गुजरता है और हिंसक पतन (सुलिक 1 9 88) में समाप्त हो जाता है। स्थिर और क्षणिक कैविटेशन समाधान में एक साथ हो सकता है और स्थिर कैविटेशन के दौर से गुजर रहा एक बुलबुला एक क्षणिक गुहा बन सकता है। बुलबुला विविधता, जो क्षणिक गुहा और उच्च तीव्रता वाले सोनीशन के लिए विशेषता है, 5000-25,000 के बहुत उच्च तापमान, कई 1000 बार तक के दबाव, और 1000 मीटर तक के वेग के साथ तरल धाराओं सहित विभिन्न भौतिक स्थितियों बनाता है। चूंकि कैविटेशन बुलबुले के पतन/विविधता एक नैनोसेकंड से भी कम में होता है, बहुत उच्च हीटिंग और 10 से अधिक में ठंडा दर1 1 कश्मीर देखा जा सकता है। इस तरह की उच्च हीटिंग दरें और दबाव अंतर प्रतिक्रियाओं को शुरू और तेज कर सकते हैं। होने वाली तरल धाराओं के बारे में, ये उच्च गति वाले माइक्रोजेट विशेष रूप से उच्च लाभ दिखाते हैं जब यह विषम ठोस-तरल घोल की बात आती है। तरल जेट पूरे तापमान और टूट बुलबुले के दबाव के साथ सतह पर अतिक्रमण और अंतरकण टकराव के रूप में के रूप में अच्छी तरह से स्थानीय पिघलने के माध्यम से कटाव का कारण । नतीजतन, समाधान में काफी सुधार हुआ जन हस्तांतरण देखा जाता है।
अल्ट्रासोनिक कैविटेशन तरल पदार्थ में सबसे प्रभावी रूप से उत्पन्न होता है और कम वाष्प दबाव को सॉल्व करता है। इसलिए, कम वाष्प दबाव वाले मीडिया सोनोकेमिकल अनुप्रयोगों के लिए अनुकूल हैं।
अल्ट्रासोनिक कैविटेशन के परिणामस्वरूप, बनाई गई तीव्र ताकतें अधिक कुशल मार्गों पर प्रतिक्रियाओं के रास्तों को बदल सकती हैं, ताकि अधिक पूर्ण रूपांतरण और/या अवांछित द्वारा उत्पादों के उत्पादन से बचा जा सके ।
कैविटेशन बुलबुले के पतन से बनाई गई ऊर्जा-घने स्थान को हॉट-स्पॉट कहा जाता है। कम आवृत्ति, 20kHz की सीमा में उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड और उच्च आयाम बनाने की क्षमता तीव्र हॉट-स्पॉट और अनुकूल सोनोकेमिकल स्थितियों के उत्पादन के लिए अच्छी तरह से स्थापित है।
अल्ट्रासोनिक प्रयोगशाला उपकरण के साथ-साथ वाणिज्यिक सोनोकेमिकल प्रक्रियाओं के लिए औद्योगिक अल्ट्रासोनिक रिएक्टर आसानी से उपलब्ध हैं और प्रयोगशाला, पायलट और पूरी तरह से औद्योगिक पैमाने पर विश्वसनीय, कुशल और पर्यावरण के अनुकूल के रूप में साबित होते हैं। सोनोकेमिकल प्रतिक्रियाओं को बंद प्रवाह सेल रिएक्टर का उपयोग करके बैच (यानी, खुले पोत) या इन-लाइन प्रक्रिया के रूप में किया जा सकता है।
औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर UIP2000hdT (2kW) सोनोकेमिकल इनलाइन रिएक्टर के साथ।
सोनोकेमिकल रिएक्टर: तीव्र सोनीशन और परिणामस्वरूप कैविटेशन रासायनिक प्रतिक्रियाओं को शुरू और तेज करता है और रास्ते भी स्विच कर सकता है।
सोनो-संश्लेषण
सोनो-संश्लेषण या सोनोकेमिकल संश्लेषण रासायनिक प्रतिक्रियाओं को शुरू करने और बढ़ावा देने के लिए अल्ट्रासोनिक रूप से उत्पन्न कैविटेशन का अनुप्रयोग है। उच्च शक्ति अल्ट्रासोनिकेशन (उदाहरण के लिए, 20 किलोहर्ट्ज पर) अणुओं और रासायनिक संबंधों पर मजबूत प्रभाव दिखाता है। उदाहरण के लिए, तीव्र सोनीशन के परिणामस्वरूप सोनोकेमिकल प्रभावों के परिणामस्वरूप अणुओं को विभाजित किया जा सकता है, मुक्त कण पैदा हो सकते हैं, और/या रासायनिक मार्गों को स्विच कर सकते हैं । सोनोकेमिकल संश्लेषण इसलिए नैनो-संरचित सामग्रियों की एक विस्तृत श्रृंखला के निर्माण या संशोधन के लिए तीव्रता से उपयोग किया जाता है। सोनो-संश्लेषण के माध्यम से उत्पादित नैनोमैटेरियल्स के लिए उदाहरण नैनोकण (एनपीएस) (उदाहरण के लिए, सोने के एनपीएस, चांदी के एनपीएस), पिगमेंट, कोर-शेल नैनो-कण हैं, नैनो हाइड्रोक्सीपेटेट, धातु कार्बनिक चौखटे (एमओएफ), सक्रिय दवा सामग्री (एपीआई), माइक्रोस्फीयर से सजाए गए नैनोकण, नैनो-कंपोजिट कई अन्य सामग्रियों के बीच।
उदाहरण: फैटी एसिड मिथाइल एस्टर (बायोडीजल) का अल्ट्रासोनिक ट्रांसस्टेरिफिकेशन या अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके पॉलीओल्स का ट्रांसस्टेरिफिकेशन।
TEM छवि (ए) और इसके कण आकार वितरण (बी) चांदी नैनोकणों (एजी-एनपीएस) के, जो इष्टतम परिस्थितियों में सोनोकेमिक रूप से संश्लेषित किया गया है ।
इसके अलावा व्यापक रूप से लागू अल्ट्रासोनिक रूप से प्रचारित क्रिस्टलीकरण (सोनो-क्रिस्टलीकरण) है, जहां पावर-अल्ट्रासाउंड का उपयोग सुपरसैचुरेटेड समाधानों का उत्पादन करने, क्रिस्टलीकरण/वर्षा शुरू करने और अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया मापदंडों के माध्यम से क्रिस्टल आकार और आकृति विज्ञान को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। सोनो-क्रिस्टलीकरण के बारे में अधिक जानने के लिए यहां क्लिक करें!
सोनो-कटैलिसीस
रासायनिक निलंबन या समाधान को सोनिक करने से उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं में काफी सुधार हो सकता है। सोनोकेमिकल ऊर्जा प्रतिक्रिया समय को कम करती है, गर्मी और बड़े पैमाने पर हस्तांतरण में सुधार करती है, जिसके परिणामस्वरूप बाद में रासायनिक दर स्थिरांक, पैदावार और चयन में वृद्धि होती है।
कई उत्प्रेरक प्रक्रियाएं हैं, जो पावर अल्ट्रासाउंड और इसके सोनोकेमिकल प्रभावों के आवेदन से काफी लाभान्वित होती हैं। किसी भी विषम चरण हस्तांतरण उत्प्रेरक (पीटीसी) प्रतिक्रिया में दो या अधिक अचूक तरल पदार्थ या तरल-ठोस संरचना, सोनीशन से लाभ, सोनोकेमिकल ऊर्जा और बेहतर जन हस्तांतरण शामिल हैं।
उदाहरण के लिए, पानी में फेनोल के मूक और अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त उत्प्रेरक गीले पेरोक्साइड ऑक्सीकरण के तुलनात्मक विश्लेषण से पता चला कि सोनीशन ने प्रतिक्रिया की ऊर्जा बाधा को कम कर दिया, लेकिन प्रतिक्रिया मार्ग पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा। RuI पर फिनोल के ऑक्सीकरण के लिए सक्रियण ऊर्जा3 सोनीसेकरण के दौरान उत्प्रेरक 13 केजे मोल पाया गया-1, जो साइलेंट ऑक्सीकरण प्रक्रिया (57 केजे मोल) की तुलना में चार गुना छोटा था-1). (रोखिना एट अल, 2010)
सोनोकेमिकल उत्प्रेरक का उपयोग रासायनिक उत्पादों के निर्माण के साथ-साथ धातुओं, अलॉय, धातु यौगिकों, गैर-धातु सामग्री और अकार्बनिक कंपोजिट जैसे माइक्रोन-और नैनो-संरचित अकार्बनिक सामग्रियों के निर्माण के लिए सफलतापूर्वक किया जाता है। अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त पीटीसी के सामान्य उदाहरण मिथाइल एस्टर (बायोडीजल), हाइड्रोलिसिस, वनस्पति तेलों के सैपोनिफिकेशन, सोनो-फेंटन रिएक्शन (फेंटन जैसी प्रक्रियाओं), सोनो उत्प्रेरक क्षरण आदि में मुफ्त फैटी एसिड का ट्रांसेस्टरिफिकेशन हैं।
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अन्य सोनोकेमिकल अनुप्रयोग
उनके बहुमुखी उपयोग, विश्वसनीयता और सरल ऑपरेशन के कारण, सोनोकेमिकल सिस्टम जैसे कि UP400St या UIP2000hdT रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए कुशल उपकरण के रूप में मूल्यवान हैं। Hielscher अल्ट्रासोनिक्स सोनोकेमिकल उपकरणों को आसानी से बैच (ओपन बीकर) और सोनोकेमिकल प्रवाह सेल का उपयोग करके निरंतर इनलाइन सोनीशन के लिए उपयोग किया जा सकता है। सोनो-संश्लेषण, सोनो-उत्प्रेरक, क्षरण, या बहुलीकरण सहित सोनोकेमिस्ट्री का व्यापक रूप से रसायन विज्ञान, नैनोटेक्नोलॉजी, सामग्री विज्ञान, फार्मास्यूटिकल्स, माइक्रोबायोलॉजी के साथ-साथ अन्य उद्योगों में उपयोग किया जाता है।
उच्च प्रदर्शन सोनोकेमिकल उपकरण
Hielscher Ultrasonics कुशल और विश्वसनीय सोनोकेमिकल प्रतिक्रियाओं के लिए अभिनव, अत्याधुनिक अल्ट्रासोनिकेटर, सोनोकेमिकल प्रवाह सेल, रिएक्टरों और सहायक उपकरणों के अपने शीर्ष आपूर्तिकर्ता है। सभी हिल्स्चर अल्ट्रासोनिकेटर विशेष रूप से जर्मनी के टेलटो (बर्लिन के पास) में हिल्स्चर अल्ट्रासोनिक्स मुख्यालय में डिजाइन, निर्मित और परीक्षण किए जाते हैं। उच्चतम तकनीकी मानकों और उत्कृष्ट मजबूती और अत्यधिक कुशल संचालन के लिए 24/7/365 ऑपरेशन के अलावा, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर काम करने के लिए आसान और विश्वसनीय हैं । उच्च दक्षता, स्मार्ट सॉफ्टवेयर, सहज मेनू, स्वचालित डेटा प्रोटोकॉललिंग और ब्राउज़र रिमोट कंट्रोल कुछ ही विशेषताएं हैं जो अन्य सोनोकेमिकल उपकरण निर्माताओं से हिलेशर अल्ट्रासोनिक्स को अलग करती हैं।
ठीक समायोज्य आयाम
आयाम सोनोट्रॉड (जिसे अल्ट्रासोनिक प्रोब या हॉर्न के रूप में भी जाना जाता है) के सामने (टिप) पर विस्थापन है और अल्ट्रासोनिक कैविटेशन का मुख्य प्रभावित कारक है। उच्च आयाम का अर्थ है अधिक तीव्र कैविटेशन। कैविटेशन की आवश्यक तीव्रता दृढ़ता से प्रतिक्रिया प्रकार, रासायनिक अभिकर्मकों का उपयोग किया और विशिष्ट सोनोकेमिकल प्रतिक्रिया के लक्षित परिणामों पर निर्भर करता है। इसका मतलब यह है कि आदर्श स्तर पर ध्वनिक कैविटेशन की तीव्रता को ट्यून करने के लिए आयाम को ठीक से समायोज्य होना चाहिए। सभी Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर मज़बूती से और ठीक आदर्श आयाम के लिए एक बुद्धिमान डिजिटल नियंत्रण के माध्यम से समायोजित किया जा सकता है । बूस्टर सींग अतिरिक्त रूप से कम करने या आयाम यांत्रिक रूप से वृद्धि करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक्स’ औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं। 200μm तक के आयामों को 24/7 ऑपरेशन में आसानी से लगातार चलाया जा सकता है। यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक सोनोटरोड उपलब्ध हैं।
सोनोकेमिकल प्रतिक्रियाओं के दौरान सटीक तापमान नियंत्रण
कैविटेशन हॉट-स्पॉट में, कई हजारों डिग्री सेल्सियस के अत्यंत उच्च तापमान को देखा जा सकता है। हालांकि, इन चरम तापमान मिनट इंटीरियर और फटना कैविटेशन बुलबुले के आसपास के लिए स्थानीय रूप से सीमित हैं । थोक समाधान में, विविधता से तापमान वृद्धि एक एकल या कुछ कैविटेशन बुलबुले नगण्य है। लेकिन लंबी अवधि के लिए निरंतर, तीव्र सोनीशन थोक तरल के तापमान में वृद्धि का कारण बन सकता है। तापमान में यह वृद्धि कई रासायनिक प्रतिक्रियाओं में योगदान देती है और अक्सर इसे फायदेमंद माना जाता है। हालांकि, विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं में अलग-अलग इष्टतम प्रतिक्रिया तापमान होता है। जब गर्मी के प्रति संवेदनशील सामग्रियों का इलाज किया जाता है, तो तापमान नियंत्रण आवश्यक हो सकता है। सोनोकेमिकल प्रक्रियाओं के दौरान आदर्श थर्मल स्थितियों के लिए अनुमति देने के लिए, हिल्स्चर अल्ट्रासोनिक्स सोनोकेमिकल प्रक्रियाओं के दौरान सटीक तापमान नियंत्रण के लिए विभिन्न परिष्कृत समाधान प्रदान करता है, जैसे सोनोकेमिकल रिएक्टर और कूलिंग जैकेट से लैस प्रवाह कोशिकाएं।
हमारे सोनोकेमिकल प्रवाह कोशिकाएं और रिएक्टर कूलिंग जैकेट के साथ उपलब्ध हैं, जो एक प्रभावी गर्मी अपव्यय का समर्थन करते हैं। निरंतर तापमान निगरानी के लिए, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर एक प्लग करने योग्य तापमान सेंसर से लैस हैं, जिसे थोक तापमान को लगातार मापने के लिए तरल में डाला जा सकता है। परिष्कृत सॉफ्टवेयर तापमान सीमा की स्थापना की अनुमति देता है। जब तापमान सीमा पार हो जाती है, तो अल्ट्रासोनिकेटर स्वचालित रूप से तब तक रुक जाता है जब तक कि तरल में तापमान एक निश्चित बिंदु तक कम नहीं हो जाता और स्वचालित रूप से फिर से सोनिकिंग शुरू हो जाता है। सभी तापमान माप के साथ-साथ अन्य महत्वपूर्ण अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया डेटा स्वचालित रूप से एक अंतर्निहित एसडी कार्ड पर दर्ज किए जाते हैं और प्रक्रिया नियंत्रण के लिए आसानी से संशोधित किया जा सकता है।
तापमान सोनोकेमिकल प्रक्रियाओं का एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। Hielscher की सविस्तार तकनीक आपको अपने सोनोकेमिकल एप्लिकेशन के तापमान को आदर्श तापमान सीमा में रखने में मदद करती है।
- उच्च दक्षता
- अत्याधुनिक तकनीक
- आसान और सुरक्षित संचालित करने के लिए
- विश्वसनीयता & मजबूती
- जत्था & पंक्ति में
- किसी भी मात्रा के लिए
- बुद्धिमान सॉफ्टवेयर
- स्मार्ट सुविधाएं (उदाहरण के लिए, डेटा प्रोटोकॉललिंग)
- सीआईपी (क्लीन-इन-प्लेस)
नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच वॉल्यूम | प्रवाह की दर | अनुशंसित उपकरणों |
|---|---|---|
| 1 से 500 एमएल | 10 से 200 मील / मिनट | UP100H |
| 10 से 2000 मील | 20 से 400 एमएल / मिनट | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 से 20 एल | 0.2 से 4 एल / मिनट | UIP2000hdT |
| 10 से 100 एल | 2 से 10 एल / मिनट | UIP4000hdT |
| एन.ए. | 10 से 100 एल / मिनट | UIP16000 |
| एन.ए. | बड़ा | के समूह UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों, फैलाव, पायसीकरण और निष्कर्षण मिश्रण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक समरूपता का निर्माण करता है ।
साहित्य/संदर्भ
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हिल्स्चर अल्ट्रासोनिक्स उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइजर्स से बनाती है प्रयोगशाला सेवा मेरे औद्योगिक आकार।