Optimalizált kémiai reaktor hatékonyság nagy teljesítményű ultrahangos kezeléssel

Az ultrahangos kezelés jól ismert, hogy fokozza és / vagy kémiai reakciókat kezdeményez. Ezért a nagy teljesítményű ultrahang integrálása megbízható eszköznek tekinthető a kémiai reaktorok előmozdítására a jobb reakcióeredmények érdekében. A Hielscher Ultrasonics különböző reaktormegoldásokat kínál a kémiai folyamat csípéséhez. Ismerje meg, hogyan javíthatja az ultrahang a kémiai reaktort!

Hogyan javítja az ultrahang a kémiai reaktorokat?

Egy vagy több ultrahangos szonda (sonotrodes) integrálása lehetővé teszi az erős ultrahanghullámok összekapcsolását a kémiai reaktorba. A folyadékok és szuszpenziók intenzív ultrahangos kezelése nemcsak erős turbulenciákat hoz létre az akusztikus rezgés miatt, hanem több hatásról is ismert, amelyeket a "sonochemistry" kifejezés alatt határoznak meg.

Mi az a Sonochemistry? Hogyan segíti elő a reakciókat?

High-intensity ultrasound / high-power ultrasound is applied to chemical systems in order to initiate and/or promote reactions, improve conversion rate and yields or to switch reaction pathways. The physical phenomenon responsible for sonochemical effects is acoustic cavitation. When high-intensity ultrasound waves are coupled into a liquid medium, the waves travel through the liquid creating alternating low pressure (rarefaction) and high pressure (compression) cycles. During the low pressure / rarefaction, minute vacuum bubbles arise in the liquid, which grow over several pressure cycles until the vacuum bubble reaches a point where it cannot absorb any further energy. At the point of maximum bubble growth, the bubble implodes violently during a high pressure cycle. During the implosive bubble collapse, the phenomenon of cavitation can be observed. Ultrasonic cavitation creates so called “hot spots,” which are characterized by extreme conditions such as temperature of up to ∼5000 K with very high heating/cooling rates of > 1000 K s^-1, ∼1000 bar nyomásig, valamint a megfelelő hőmérséklet- és nyomáskülönbségek. A folyadékot vagy szuszpenziót erősen keverik a folyékony fúvókák és a nyíróerők.

A szonokémia kémiai hatásait (pl. Radikális fajok kialakulása, molekulák hajlítása stb.) és fizikai / fizikai-mechanikai hatásait sikeresen alkalmazzák számos kémiai reakcióra, például szerves katalízisre, érzékszervi reakciók, Fázisátviteli reakciók, nanorészecske szintézis, csapadék / kristályosodás, szol-gél reakciók, Suzuki tengelykapcsoló, Diels-Alder reakciók, Mannich reakciók, Michael kiegészítés, Wurtz típusú tengelykapcsoló és még sokan mások. A szonokémiailag támogatott reakciók gyakran jelentősen megnövekedett konverziós sebességet, magasabb hozamot, gyorsított reakciót, teljesebb reakciót mutatnak, környezeti körülmények között enyhébb oldószerekkel használhatók, kevesebb nemkívánatos mellékterméket hoznak létre, és nagy hatékonyságuk miatt hozzájárulnak a zöld kémiához.

Ultrahanggal hajtott kémiai szakaszos reaktorok

Az ultrahangos készülékek integrálása nyitott vagy zárt tételű reaktorokba általánosan alkalmazott technika a reakciók felgyorsítására laboratóriumokban, kísérleti üzemekben és termelési létesítményekben. Az edény méretétől, geometriájától és a kémiai reakciórendszertől függően egy vagy több sonotrodes integrálható a szakaszos reaktorba. Az ultrahangos kezelést gyakran használják a javításra is folyamatosan kevert reaktorok (CSTR).

Ultrahangos félkötegelt reaktorok: Természetesen az szonikálás integrálható a félig kötegelt reaktorokba is. Féltételes rendszerek esetében egy kémiai reagenst töltenek be a reaktorba, míg egy második vegyi anyagot folyamatos áramlási sebességgel adnak hozzá (például lassú adagolással a mellékreakciók megelőzése érdekében), amelyek az ultrahangos forró pontban egyesülnek. Alternatív megoldásként a reaktorban végbemenő reakcióból származó kémiai reakció termékét folyamatosan eltávolítják, pl. szintetizált csapadékokat vagy kristályokat, vagy a végtermék köztitermékét, amely fázisszétválasztás miatt eltávolítható.

Ultrahanggal kevert kémiai átfolyó reaktor

Az átáramló reaktorban, más néven áramlási cellában vagy inline reaktorban a reagenseket egy vagy több adagolónyíláson keresztül táplálják a reakciókamrába, ahol a kémiai reakció történik. Egy bizonyos retenciós idő után, amely egy adott reakció bekövetkezéséhez szükséges, a közeget folyamatosan kiürítik a reaktorból. Az ultrahangos áramlási cellák és az inline reaktorok lehetővé teszik a termék megszakítás nélküli előállítását, amely csak a reagensek folyamatos ellátásától függ.

A képen a Ultrahangos UIP1000hdT szakaszos reaktorral (balra) és áramlási cellás reaktorral gyártósori feldolgozáshoz (jobbra).

Nagy teljesítményű kémiai szonoreaktorok

A Hielscher Ultrasonics az Ön megbízható gyártója a sono-kémiai reaktoroknak és a nagy teljesítményű ultrahangos berendezéseknek, amelyek megbízhatóan javíthatják kémiai reakcióját. A Hielscher Ultrasonics termékcsalád különböző típusú és osztályú laboratóriumi és ipari nagyméretű szonoreaktorokat tartalmaz kötegelt és átfolyási módban. A Hielscher nagy teljesítményű szonda típusú ultrahangosítás, többszörös előrelépés – mint például a jobb reakciósebesség, a teljesebb átalakítás, a nagyobb hozamok, a pontos reakciószabályozás és a kiváló általános hatékonyság – megbízhatóan megvalósíthatók szakaszos és átfolyó reaktorokban. Nagy teljesítményre és robusztusságra tervezték, Hielscher ultrasonicators és sono-reaktorok telepíthetők kemény vegyszerekkel, igényes környezetben és nagy teherbírású alkalmazásokban.
A Hielscher ultrahangos reaktorokat úgy tervezték, hogy a közeg egyenletes ultrahangos besugárzására összpontosítsanak, hogy az akusztikus nyomásmező egyenletesen bővüljön. Ennek a követelménynek a teljesítése javítja a szonokémiai reakció általános hatékonyságát, mivel az ultrahang eléri a legmagasabb folyamatintenzitást.

A szonokémiai reaktorban zajló jelenségek sematikus nézete.
Kép és tanulmány: ©Dahlem et al., 1999.

A termékválaszték magában foglalja a kompakt laboratóriumi ultrahangos készülékeket R&D, erőteljes asztali és kísérleti ultrahangos rendszerek, valamint teljesen ipari minőségű berendezések nagy mennyiségű gyártáshoz. Ez lehetővé teszi a kockázatmentes megvalósíthatósági tesztelést kis léptékben, majd az azt követő, teljesen lineáris felskálázást nagyobb mennyiségekre.

Pontos szonikációs vezérlés

A digitális színes kijelző és az intelligens szoftver távoli böngészővezérléssel és automatikus adatprotokollal egy integrált SD-kártyán lehetővé teszi az ultrahangos paraméterek kifinomult beállítását és ellenőrzését a szonokémiai reaktorban.
A szonokémiailag vezérelt reakciók szépsége az a hatékonyság, amely megbízhatóan elérhető a folyamat optimalizálásával. Az optimális ultrahangos amplitúdó, az ultrahang teljesítménybevitel, a hőmérséklet és a nyomás meghatározható minden egyes reakcióhoz. Ez lehetővé teszi az ideális szonikációs paraméterek megtalálását, hogy optimális reakcióeredményeket és hatékonyságot érjünk el.

hőmérséklet-szabályozás

Minden digitális ultrahangos készülékünk fel van szerelve egy dugaszolható hőmérséklet-érzékelővel a folyamatos hőmérséklet-ellenőrzéshez, amely behelyezhető a folyadékba az ömlesztett hőmérséklet állandó mérésére. A kifinomult szoftver lehetővé teszi a hőmérséklet-tartomány beállítását. A hőmérsékleti határérték túllépésekor az ultrahangos készülék automatikusan szünetel, amíg a folyadék hőmérséklete egy bizonyos beállított pontra nem csökken, és automatikusan újra szonikálni kezd. Minden hőmérsékletmérés, valamint más fontos ultrahangos folyamatadatok automatikusan rögzítésre kerülnek egy beépített SD-kártyán, és könnyen felülvizsgálhatók a folyamatvezérléshez.
A Hielscher szonokémiai reaktorai hűtőköpenyekkel kaphatók. Ezenkívül hőcserélők és hűtőegységek is csatlakoztathatók a kívánt folyamathőmérséklet biztosítása érdekében.

Könnyen hozzáférhető alkatrészek az ideális kémiai reaktor összeállításához

A könnyen elérhető ultrahangos eszközök, szondák (sonotrodes), emlékeztető szarvak, kötegelt reaktorok és áramlási cellák, valamint számos további tartozék széles választéka lehetővé teszi az ideális ultrahangos-kémiai reaktor (sono-reaktor) konfigurálását az adott folyamathoz.
Minden berendezés már optimalizálva van az akusztikus kavitáció és a stabil áramlási minták egyenletes eloszlására, amelyek a legfontosabb tervezési szempontok a homogén, megbízható eredmények eléréséhez ultrahanggal kevert kémiai reaktorban.
A nem kívánt oxidáció elkerülhető, ha a reaktort inert gázzal, pl. nitrogéntakaróval öblítik át.

Testreszabott megoldások az Ön vegyi reaktorához

Míg a Hielscher különböző méretű és geometriájú, rozsdamentes acélból vagy üvegből készült kötegelt és inline reaktormegoldást kínál, örömmel gyártjuk speciális kémiai reaktortartályát, figyelembe véve az Ön egyedi folyamatkövetelményeinek elemzését és tervezési alapjait. Hosszú ideje tapasztalt mérnökökből és műszaki fejlesztőkből álló csapatunkkal úgy tervezzük meg kémiai reaktorát, hogy megfeleljen az Ön igényeinek. Például méret, anyag, geometria, adagoló és kisütő portok, ultrahangos szondák száma stb. megtervezhető annak érdekében, hogy az ideális ultrahanggal támogatott kémiai reaktor a kémiai folyamathoz.

Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását: