Sonokemijski i sonokemijski reaktori

Ultrazvučna kemija je područje kemije gdje se ultrazvuk visokog intenziteta koristi za induciranje, ubrzavanje i izmjenu kemijskih reakcija (sinteza, kataliza, razgradnja, polimerizacija, hidroliza itd.). Ultrazvučno generirana kavitacija karakteriziraju jedinstveni energetski gusti uvjeti koji potiču i pojačavaju kemijske reakcije. Brže stope reakcije, veći prinosi i uporaba zelenih, blažih reagensa pretvaraju ultrazvučnu kemiju u vrlo potoljan alat kako bi se dobile poboljšane kemijske reakcije.

ultrazvučna kemija

Ultrazvučna kemija je područje istraživanja i obrade u kojem molekule prolaze kemijsku reakciju zbog primjene ultrazvuka visokog intenziteta (npr. 20 kHz). Fenomen odgovoran za sonokemijske reakcije je akustična kavitacija. Akustična ili ultrazvučna kavitacija nastaje kada su snažni ultrazvučni valovi spojeni u tekućinu ili kašu. Zbog izmjeničnih ciklusa visokog tlaka / niskog tlaka uzrokovanih ultrazvučnim valovima snage u tekućini, stvaraju se vakuumski mjehurići (kavitacijske šupljine), koji rastu tijekom nekoliko ciklusa tlaka. Kada kavitacijski vakuumski mjehurić dosegne određenu veličinu gdje ne može apsorbirati više energije, vakuumski mjehurić nasilno implodira i stvara visoko energetski gustu vruću točku. Ovo lokalno žarište karakteriziraju vrlo visoke temperature, pritisci i mikro-strujanje iznimno brzih tekućih mlaznica.

Zahtjev za informacijama




Primijetite naše pravila o privatnosti,


Ultrazvučni serijski reaktor za industrijske procese.

Zatvoreni reaktor serije izrađen od nehrđajućeg čelika opremljen je ultrasonicator UIP2000hdT (2kW, 20kHz).

Akustična kavitacija i učinci ultrazvuka visokog intenziteta

Acoustic cavitation as shown here at the Hielscher ultrasonicator UIP1500hdT is used to initiate and promote chemical reactions. Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1500hdT (1500W) ultrasonicator for sonochemical reactions.Akustična kavitacija, koja se često naziva i ultrazvučna kavitacija, može se razlikovati u dva oblika, stabilnu i prolaznu kavitaciju. Tijekom stabilne kavitacije, kavitacijski mjehurić oscilira mnogo puta oko svog ravnotežnog radijusa, dok tijekom prolazne kavitacije, u kojoj kratkotrajni mjehurić prolazi kroz dramatične promjene volumena u nekoliko akustičnih ciklusa i završava nasilnim kolapsom (Suslick 1988). Stabilna i prolazna kavitacija može se pojaviti istodobno u otopini, a mjehurić koji prolazi kroz stabilnu kavitaciju može postati prolazna šupljina. Implozija mjehurića, koja je karakteristična za prolaznu kavitaciju i ultrazvukom visokog intenziteta, stvara različite fizičke uvjete, uključujući vrlo visoke temperature od 5000-25.000 K, tlakove do nekoliko 1000 bara i tekuće struje s brzinama do 1000 m / s. Budući da se kolaps/implozija kavitacijskih mjehurića javlja u manje od nanosekunde, vrlo visoke stope grijanja i hlađenja veće od 1011 K/s se može promatrati. Takve visoke stope grijanja i diferencijali tlaka mogu pokrenuti i ubrzati reakcije. Što se tiče tekućih tokova, ovi brzi mikrojetovi pokazuju posebno visoke prednosti kada je riječ o heterogenim kruto-tekućim kašama. Tekući mlazovi ometaju površinu s punom temperaturom i tlakom urušavanja mjehurića i uzrokuju eroziju međučestijskim sudarom, kao i lokaliziranim taljenjem. Stoga se uočava značajno poboljšan prijenos mase u otopini.

Video prikazuje ultrazvučnu kavitaciju u vodi pomoću ultrazvučnog homogenizatora (UP400S, Hielscher). Kod sonificiranja tekućina pri visokim intenzitetima, zvučni valovi koji se šire u tekuće medije rezultiraju izmjeničnim ciklusima visokog tlaka (kompresije) i niskog tlaka (razrjeđivanje), s brzinama ovisno o frekvenciji. Tijekom ciklusa niskog tlaka, ultrazvučni valovi visokog intenziteta stvaraju male vakuumske mjehuriće ili šupljine u tekućini. Kada mjehurići postignu volumen na kojem više ne mogu apsorbirati energiju, nasilno se urušavaju tijekom ciklusa visokog tlaka. Ovaj fenomen se naziva kavitacija.

Ultrazvučna kavitacija u tekućinama

Minijatura videozapisa


Ultrazvučna kavitacija najučinkovitije se generira u tekućinama i otapalima s niskim tlakom pare. Stoga su mediji s niskim tlakom pare povoljni za sonokemijske primjene.
Kao rezultat ultrazvučne kavitacije, stvorene intenzivne sile mogu prebaciti putove reakcija na učinkovitije rute, tako da se izbjegavaju potpunije pretvorbe i / ili proizvodnja neželjenih by-proizvoda.
Energetski gust prostor stvoren kolapsom kavitacijskih mjehurića naziva se vruća točka. Niskofrekventni ultrazvuk velike snage u rasponu od 20kHz i sposobnost stvaranja visokih amplituda dobro je uspostavljena za stvaranje intenzivnih žarišta i povoljnih sonokemijskih uvjeta.

Ultrazvučna laboratorijska oprema, kao i industrijski ultrazvučni reaktori za komercijalne sonokemijske procese lako su dostupni i dokazani kao pouzdani, učinkoviti i ekološki prihvatljivi na laboratorijskim, pilot i potpuno industrijskim razmjerima. Sonokemijske reakcije mogu se provoditi kao serija (tj. otvorena posuda) ili linijski proces pomoću reaktora zatvorenih stanica protoka.

Ovaj video prikazuje ultrazvučnu kavitaciju induciranu promjenu boje u tekućini. Ultrazvukom tretman pojačava oksidativnu redoks reakciju.

Promjena boje izazvana kavitacijom pomoću soničara UP400St

Minijatura videozapisa

Zahtjev za informacijama




Primijetite naše pravila o privatnosti,


sono-Sinteza

Sono-sinteza ili sonokemijska sinteza je primjena ultrazvučno generirane kavitacije kako bi se pokrenule i promicale kemijske reakcije. High-power ultrazvuka (npr, na 20 kHz) pokazuje snažne učinke na molekule i kemijske veze. Na primjer, sonokemijski učinci koji proizlaze iz intenzivne ultrazvukom može rezultirati cijepanjem molekula, stvaranjem slobodnih radikala i / ili prebacivanjem kemijskih putova. Sonokemijska sinteza se stoga intenzivno koristi za izradu ili modifikaciju širokog raspona nano-strukturiranih materijala. Primjeri za nanomaterijale proizvedene sono-sintezom su nanočestice (NCI) (npr. zlatni NCI-ovi, srebrni PK-ovi), pigmenti, nano-čestice jezgrene ljuske, nano-hidroksiapatit, metalni organski okviri (MF-ovi), aktivni farmaceutski sastojci (API), mikrosfere ukrašene nanočestice, nano-kompoziti među mnogim drugim materijalima.
Primjeri: Ultrazvučna transesterifikacija masnih kiselina metil estera (biodizela) ili transesterifikacija poliola ultrazvukom,

Ultrazvučno sintetizirane srebrne nano-čestice su sferično oblikovane i pokazuju ujednačenu veličinu čestica.

TEM slika (A) i njezina raspodjela veličine čestica (B) srebrnih nanočestica (Ag-NPs), koje su sonokemijski sintetizirane u optimalnim uvjetima.

Također se široko primjenjuje ultrazvučno promovirana kristalizacija (sono-kristalizacija), gdje se power-ultrazvuk koristi za proizvodnju prezasićenih rješenja, za pokretanje kristalizacije / oborina i kontrolu veličine kristala i morfologije putem ultrazvučnih parametara procesa. Kliknite ovdje da biste saznali više o sono-kristalizaciji!

Sono-kataliza

Ultrazvukom kemijske suspenzije ili otopine može značajno poboljšati katalitičke reakcije. Sonokemijska energija skraćuje vrijeme reakcije, poboljšava prijenos topline i mase, što kasnije rezultira povećanim konstantama, prinosima i selektivnostima kemijske stope.
Postoje brojni katalitički procesi, koji drastično imaju koristi od primjene ultrazvuka snage i njegovih sonokemijskih učinaka. Svaka reakcija heterogene faze prijenosa (PTC) koja uključuje dvije ili više nepokretnih tekućina ili tekući čvrsti sastav, ima koristi od ultrazvukom, sonokemijske energije i poboljšanog prijenosa mase.
Na primjer, komparativna analiza tihe i ultrazvučno potpomognute katalitičke mokre peroksidne oksidacije fenola u vodi otkrila je da je ultrazvukom smanjena energetska barijera reakcije, ali nije imala utjecaja na reakcijski put. Aktivacijska energija za oksidaciju fenola nad RuI3 katalizatora tijekom ultrazvukom utvrđeno je da je 13 kJ mol-1, koja je bila četiri puta manja u usporedbi s postupkom tihe oksidacije (57 kJ mol-1). (Rokhina i sur., 2010.)
Sonokemijska kataliza uspješno se koristi za proizvodnju kemijskih proizvoda, kao i za proizvodnju mikron- i nano-strukturiranih anorganskih materijala kao što su metali, legule, metalni spojevi, nemetalni materijali i anorganski kompoziti. Uobičajeni primjeri ultrazvučno potpomognutog PTC-a su transesterifikacija slobodnih masnih kiselina u metil ester (biodizel), hidroliza, saponifikacija biljnih ulja, reakcija sono-fentona (procesi slični Fentonu), sonokatalitička razgradnja itd.
Pročitajte više o sono-katalizi i specifičnim aplikacijama!
Ultrazvukom se poboljšava kemija klikova kao što su reakcije azida i alkina cikloadditacije!

Hielscher SonoStation za ultrazvukom serija srednje veličine pomoću jednog ili dva reaktora stanica protoka. Kompaktni SonoStation kombinira uznemireni spremnik od 38 litara s podesivom pumpom progresivne šupljine koja se može hraniti 3 litre u minuti u jedan ili dva ultrazvučna reaktora stanica protoka.

Ultrazvučna stanica za miješanje - SonoStation s homogenizatorima od 2 x 2000 W

Minijatura videozapisa

Ostale sonokemijske primjene

Zbog svoje svestrane uporabe, pouzdanosti i jednostavnog rada, sonokemijski sustavi kao što su UP400St ili UIP2000hdT kao učinkovita oprema za kemijske reakcije. Hielscher Ultrasonics sonokemijski uređaji mogu se lako koristiti za seriju (otvorena čaša) i kontinuiranu linijsku ultrazvukom pomoću sonokemijske stanice protoka. Ultrazvučna kemija, uključujući sintezu sonoa, sono-katalizu, razgradnju ili polimerizaciju, široko se koristi u kemiji, nanotehnologiji, znanosti o materijalima, farmaceutiku, mikrobiologiji, kao iu drugim industrijama.

Ultrasonicator UIP2000hdT sa sonochemical inline reaktorom za visoko učinkovite sonokemijske primjene kao što su sono-kataliza i sinteza sono.

Industrijski ultrasonicator UIP2000hdT (2kW) sonokemijskim inline reaktorom.

Zahtjev za informacijama




Primijetite naše pravila o privatnosti,


Sonokemijska oprema visokih performansi

Daljinski upravljač preglednika Hielscher sonicators omogućuje rad ultrazvučnih homogenizatora s računala, tableta ili pametnog telefona. Hielscher Ultrasonics je vaš najbolji dobavljač inovativnih, najsuvremenijih ultrasonicators, sonokemijski protok stanica, reaktora i pribora za učinkovite i pouzdane sonokemijske reakcije. Svi Hielscher ultrasonicators su isključivo dizajnirani, proizvedeni i testirani u sjedištu Hielscher Ultrasonics u Teltowu (blizu Berlina), Njemačka. Osim najviših tehničkih standarda i izvanredne robusnosti i 24/7/365 rada za visoko učinkovit rad, Hielscher ultrasonicators su jednostavni i pouzdani za rad. Visoka učinkovitost, pametni softver, intuitivni izbornik, automatsko protokoliranje podataka i daljinski upravljač preglednika samo su neke od značajki koje razlikuju Hielscher Ultrasonics od drugih proizvođača sonokemijske opreme.

Precizno podesive amplitude

Amplituda je pomak na prednjoj strani (vrh) sonotrode (također poznat kao ultrazvučna sonda ili rog) i glavni je utjecajni čimbenik ultrazvučne kavitacije. Više amplitude znače intenzivniju kavitaciju. Potreban intenzitet kavitacije uvelike ovisi o vrsti reakcije, korištenim kemijskim reagensima i ciljanim rezultatima specifične sonokemijske reakcije. To znači da amplituda treba biti precizno podesiva kako bi se intenzitet akustične kavitacije prilagodio idealnoj razini. Svi Hielscher ultrasonicators mogu se pouzdano i precizno prilagoditi putem inteligentne digitalne kontrole na idealnu amplitudu. Booster rogovi mogu se dodatno koristiti za smanjenje ili povećanje amplitude mehanički. Ultrazvuk’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200 μm mogu se lako kontinuirano raditi u 24/7 operaciji. Za još veće amplitude dostupni su prilagođeni ultrazvučni sonotrodi.

Precizna kontrola temperature tijekom sonokemijskih reakcija

Sonokemijska postavka koja se sastoji od ultrasonicator UP400St s temperaturnim senzorom za sonokemijske reakcijeU kavitacijskom žarištu mogu se promatrati iznimno visoke temperature od više tisuća stupnjeva Celzija. Međutim, ove ekstremne temperature su lokalno ograničene na minutnu unutrašnjost i okolinu implodirajućih kavitacijskih mjehurića. U otopini rasutog tereta, porast temperature od implozije jedan ili nekoliko kavitacijskih mjehurića je zanemariv. Ali kontinuirana, intenzivna ultrazvukom za duže razdoblje može uzrokovati postupno povećanje temperature skupne tekućine. Ovo povećanje temperature doprinosi mnogim kemijskim reakcijama i često se smatra korisnim. Međutim, različite kemijske reakcije imaju različite optimalne temperature reakcije. Kada se obrađuju materijali osjetljivi na toplinu, može biti potrebna kontrola temperature. Kako bi se omogućili idealni toplinski uvjeti tijekom sonokemijskih procesa, Hielscher Ultrasonics nudi različita sofisticirana rješenja za preciznu kontrolu temperature tijekom sonokemijskih procesa, kao što su sonokemijski reaktori i stanice protoka opremljene rashladnim jaknama.
Naše sonokemijske stanice protoka i reaktori dostupni su s rashladnim jaknama koje podržavaju učinkovito rasipanje topline. Za kontinuirano praćenje temperature, Hielscher ultrasonicators opremljeni su pluggable temperaturnim senzorom, koji se može umetnuti u tekućinu za stalno mjerenje temperature rasutog tereta. Sofisticirani softver omogućuje postavljanje temperaturnog raspona. Kada se prekorači granica temperature, ultrasonicator automatski pauzira dok se temperatura u tekućini ne spusti na određenu zadanu točku i ponovno počne automatski ultrazvukom. Sva mjerenja temperature kao i drugi važni ultrazvučni procesni podaci automatski se bilježe na ugrađenoj SD kartici i mogu se lako revidirati za kontrolu procesa.
Temperatura je ključni parametar sonokemijskih procesa. Hielscherova razrađena tehnologija pomaže vam da zadržite temperaturu sonokemijske primjene u idealnom temperaturnom rasponu.

Zašto Hielscher Ultrasonics?

  • visoka efikasnost
  • Najmodamoksna tehnologija
  • Jednostavan i siguran za rad
  • pouzdanost & robusnost
  • serija & u redu
  • za bilo koji volumen
  • inteligentni softver
  • pametne značajke (npr. protokoliranje podataka)
  • CIP (čist na mjestu)
Sonokemijski stakleni reaktor na ultrasonicator UIP1000hdT. Ultrazvučna (akustična) kavitacija inicira, pojačava i ubrzava kemijske reakcije

Sonokemijski reaktor: Intenzivna ultrazvukom i rezultirajuća kavitacija inicira i pojačava kemijske reakcije i može promijeniti parne putove.

Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Batch Volumen Protok Preporučeni uređaji
1 do 500 mL 10 do 200 mL / min UP100H
10 do 2000 ml 20 do 400 mL / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L / min UIP2000hdT
10 do 100L 2 do 10 l / min UIP4000hdT
N.a. 10 do 100 l / min UIP16000
N.a. veći grozd UIP16000

Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!

Zatražite dodatne informacije

Molimo koristite donji obrazac kako biste zatražili dodatne informacije o Hielscher sonicators, tehničkim detaljima, sonokemijskim aplikacijama i cijeni. Rado ćemo s vama razgovarati o vašem kemijskom procesu i ponuditi vam sonicator koji ispunjava vaše zahtjeve!









Molimo, imajte na umu da je pravila o privatnosti,


Ultrazvučni homogenizatori visokog smicanja koriste se u laboratoriju, klupi, pilotskoj i industrijskoj obradi.

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.

 

Primjeri za ultrazvučno poboljšanu kemijsku reakciju u odnosu na konvencionalne reakcije

Tablica u nastavku daje pregled nekoliko uobičajenih kemijskih reakcija. Za svaku vrstu reakcije, konvencionalno pokrenuta reakcija u odnosu na ultrazvučno pojačanu reakciju uspoređuju se s obzirom na prinos i brzinu konverzije.
 

reakcija Vrijeme reakcije – Konvencionalan Vrijeme reakcije – ultrazvuk prinos – Konvencionalni (%) prinos – Ultrazvuk (%)
Ciklizacija Diels-Alder 35 h 3,5 h 77.9 97.3
Oksidacija indana u indane-1-one 3 h 3 h manje od 27% 73%
Smanjenje metoksiaminosilana Nema reakcije 3 h 0% 100%
Epoksidacija dugolančanih nezasićenih masnih estera 2 h 15 min 48% 92%
Oksidacija arilalkana 4 h 4 h 12% 80%
Michaelovo dodavanje nitroalkana monosupstituiranim α,β nezasićenim esterima 2 dana 2 h 85% 90%
Permanganat oksidacija 2-oktanola 5 sati 5 sati 3% 93%
Sinteza kalkona kondenzacijom CLaisen-Schmidt 60 min 10 min 5% 76%
UIllmann spojka 2-jodonitrobenzena 2 h 2H (2H) manje preplanulog tena 1,5% 70.4%
Reformatska reakcija 12h 30 min 50% 98%

Andrzej Stankiewicz, Tom Van Gerven, Georgios Stefanidis: Osnove intenziviranja procesa, prvo izdanje. Objavljeno 2019 od Wiley)



Književnost / Reference

  • Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
  • Ekaterina V. Rokhina, Eveliina Repo, Jurate Virkutyte (2010): Comparative kinetic analysis of silent and ultrasound-assisted catalytic wet peroxide oxidation of phenol. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 17, Issue 3, 2010. 541-546.
  • Brundavanam, R. K.; Jinag, Z.-T., Chapman, P.; Le, X.-T.; Mondinos, N.; Fawcett, D.; Poinern, G. E. J. (2011): Effect of dilute gelatine on the ultrasonic thermally assisted synthesis of nano hydroxyapatite. Ultrason. Sonochem. 18, 2011. 697-703.
  • Poinern, G.E.J.; Brundavanam, R.K.; Thi Le, X.; Fawcett, D. (2012): The Mechanical Properties of a Porous Ceramic Derived from a 30 nm Sized Particle Based Powder of Hydroxyapatite for Potential Hard Tissue Engineering Applications. American Journal of Biomedical Engineering 2/6; 2012. 278-286.
  • Poinern, G.J.E.; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. International Journal of Nanomedicine 6; 2011. 2083–2095.
  • Poinern, G.J.E.; Brundavanam, R.K.; Mondinos, N.; Jiang, Z.-T. (2009): Synthesis and characterisation of nanohydroxyapatite using an ultrasound assisted method. Ultrasonics Sonochemistry, 16 /4; 2009. 469- 474.
  • Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, Vol. 26, 1998. 517-541.


Visoke performanse ultrazvuka! Hielscherov asortiman pokriva cijeli spektar od kompaktnog laboratorijskog ultrasonicatora preko klupa-top jedinica do potpuno industrijskih ultrazvučnih sustava.

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi Laboratorija do industrijske veličine.


Rado ćemo razgovarati o vašem procesu.

Stupimo u kontakt.