Optimalizált kémiai reaktor hatékonysága nagy teljesítményű ultrahangos kezeléssel

Ultrasonication jól ismert, hogy fokozza és / vagy kezdeményezi kémiai reakciók. Ezért a nagy teljesítményű ultrahang integrálását megbízható eszköznek tekintik a kémiai reaktorok előmozdítására a jobb reakcióeredmények érdekében. Hielscher Ultrasonics kínál különböző reaktor megoldások csípés a kémiai folyamat. Ismerje meg, hogyan javíthatja az ultrahang a kémiai reaktort!

Hogyan javítja az ultrahangos energia a kémiai reaktorokat?

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

Mi az a Sonochemistry? Hogyan segíti elő a reakciókat?

Nagy intenzitású ultrahangot / nagy teljesítményű ultrahangot alkalmaznak kémiai rendszerekre a reakciók kezdeményezésére és / vagy előmozdítására, az átváltási sebesség és a hozamok javítására, vagy a reakciópályák megváltoztatására. A szonokémiai hatásokért felelős fizikai jelenség az akusztikus kavitáció. Amikor a nagy intenzitású ultrahanghullámok folyékony közegbe vannak kötve, a hullámok a folyadékon keresztül haladnak, váltakozó alacsony nyomású (rarefaction) és nagynyomású (tömörítési) ciklusokat hozva létre. Az alacsony nyomás / ritkaságszámba ható állapot alatt apró vákuumbuborékok keletkeznek a folyadékban, amelyek több nyomáscikluson keresztül nőnek, amíg a vákuumbuborék el nem éri azt a pontot, ahol nem tud további energiát elnyelni. A maximális buboréknövekedés pontján a buborék hevesen összeomlik a nagynyomású ciklus során. Az implózív buborék összeomlása során megfigyelhető a kavitáció jelensége. Az ultrahangos kavitáció úgynevezett "forró pontokat" hoz létre, amelyeket szélsőséges körülmények jellemeznek, mint például az akár ∼5000 K hőmérséklet, nagyon magas > 1000 K s fűtési / hűtési sebességgel.^-1, legfeljebb ∼1000 bar nyomás, valamint a megfelelő hőmérséklet- és nyomáskülönbségek. A folyadékot vagy a hígtrágyát folyékony fúvókák és nyíróerők erősen felkavarják.

A sonochemistry kémiai hatásait (pl. radikális fajok kialakulása, molekulák hajlítása stb.) és a sonochemistry fizikai / fizikai-mechanikai hatásait sikeresen alkalmazzák számos kémiai reakcióra, például szerves katalízisre, organokatitikus reakciók, Fázisátviteli reakciók, nanorészecske szintézis, csapadék / kristályosodás, sol-gél reakciók, Suzuki csatlakozó, Diels-Alder reakciók, Mannich reakciók, Michael kiegészítés, Wurtz-típusú csatlakozó és még sokan mások. A sonokémiailag támogatott reakciók gyakran jelentősen megnövekedett konverziós arányt, magasabb hozamot, gyorsított reakciót, teljesebb reakciót mutatnak, környezeti körülmények között enyhébb oldószerekkel használhatók, kevésbé nemkívánatos melléktermékeket hoznak létre, és nagy hatékonyságuk miatt hozzájárulnak a zöld kémiához.

Ultrahang-vezérelt kémiai tétel reaktorok

Az ultrahangos készülékek nyílt vagy zárt tételű reaktorokba való integrálása általánosan alkalmazott technika a laboratóriumok, kísérleti üzemek és gyártó létesítmények reakcióinak felgyorsítására. Az edény méretétől, geometriájától és a kémiai reakciórendszertől függően egy vagy több sonotrodes integrálható a tételreaktorba. Az ultrahangos kezeléseket gyakran használják a javításra is Folyamatosan kevert reaktorok (CSTR).

Ultrahangos fél-batch reaktorok: Természetesen a szonikálás félig tételű reaktorokba is integrálható. A féltételes rendszerek esetében egy kémiai reaktáns kerül a reaktorba, míg egy második vegyi anyagot folyamatos áramlási sebességgel adnak hozzá (például lassú adagolással, hogy megakadályozzák az oldalsó reakciókat) az ultrahangos forró pontban. Alternatív megoldásként a reaktor reakciójából eredő kémiai reakció termékét folyamatosan eltávolítják, pl. szintetizált csapadékokat vagy kristályokat, vagy a végtermék közbenső részét, amely a fáziselválasztás miatt eltávolítható.

Ultrahanggal kevert kémiai átfolyású reaktor

Egy átfolyó reaktorban, más néven áramlási cellában vagy inline reaktorban a reaktánsokat 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 közeg folyamatosan kiürül a reaktorból. Az ultrahangos áramlási cellák és az inline reaktorok lehetővé teszik a termék megszakítás nélküli gyártását, amely csak a reagensek folyamatos ellátásától függ.

A képen a ultrahangos UIP1000hdT kötegelt reaktorral (balra) és áramláscellás reaktorral a beágyazott feldolgozáshoz (jobbra).

Nagy teljesítményű kémiai sono-reaktorok

Hielscher Ultrasonics is your trusted manufacturer for sono-chemical reactors and high-performance ultrasonic equipment that can reliably improve your chemical reaction. Hielscher Ultrasonics product range includes various types and classes of laboratory and industrial large-scale sonoreactors for batch and flow-through mode. With Hielscher high-performance probe-type ultrasonication, multiple advances – mint például a jobb reakciósebesség, a teljesebb átalakítás, a magasabb hozamok, a pontos reakciószabályozás és a kiváló általános hatékonyság – megbízhatóan érhetők el a kötegelt és átfolyó reaktorokban. A nagy teljesítményű és robusztusságra tervezett Hielscher ultrasonicators és sono-reaktorok kemény vegyi anyagokkal, igényes környezetben és nagy teherbírású alkalmazásokban telepíthetők.
A Hielscher ultrahangos reaktorokat a közeg egyenletes ultrahangos besugárzásának fókuszával tervezték, hogy az akusztikus nyomásmező egyenletesen bővüljön. Ennek a követelménynek a teljesítése javítja a szonokémiai reakció általános hatékonyságát, mivel az ultrahang a legmagasabb folyamat-intenzívebbé válást éri el.

Sematikus nézet a sonokémiai reaktorban zajló jelenségekről.
Kép és tanulmány: ©Dahlem et al., 1999.

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

Pontos szonikálásvezérlés

A digitális színes kijelző és a távoli böngészővezérléssel és automatikus adatprotokollással ellátott intelligens szoftver lehetővé teszi az ultrahangos paraméterek kifinomult beállítását és ellenőrzését a szonokémiai reaktorban.
A szonokémiailag vezérelt reakciók szépsége az a hatékonyság, amely megbízhatóan elérhető a folyamatoptimalizálással. Optimális ultrahangos amplitúdó, ultrahang teljesítmény bemenet, hőmérséklet és nyomás határozható meg minden egyes reakcióhoz. Ez lehetővé teszi az ideális szonikálási paraméterek megtalálását az optimális reakcióeredmények és hatékonyság elérése érdekében.

hőmérséklet-szabályozás

Minden digitális ultrahangos készülékünk egy csatlakoztatható hőmérséklet-érzékelővel van felszerelve a folyamatos hőmérséklet-ellenőrzéshez, amely a folyadékba helyezhető az ömlesztett hőmérséklet állandó mérésére. A kifinomult szoftver lehetővé teszi a hőmérséklet-tartomány beállítását. Amikor a hőmérsékleti határértéket túllépik, az ultrasonicator automatikusan megáll, amíg a folyadék hőmérséklete egy bizonyos beállított pontra nem csökken, és automatikusan újra elkezd szonikálni. Minden hőmérsékletmérés, valamint más fontos ultrahangos folyamatadatok automatikusan rögzítésre kerülnek egy beépített SD kártyán, és könnyen felülvizsgálhatók a folyamatvezérléshez.
A Hielscher sonokémiai reaktorai hűtőköpenyekkel kaphatók. Ezenkívül hőcserélők és hűtőegységek is csatlakoztathatók a kívánt folyamathőmérséklet biztosítása érdekében.

Könnyen elérhető alkatrészek az ideális kémiai reaktor összeszereléséhez

A könnyen elérhető ultrahangos eszközök, szondák (sonotrodes), booster szarvak, kötegelt reaktorok és áramlási cellák, valamint számos további tartozék nagy portfóliója lehetővé teszi az ideális ultrahangos-kémiai reaktor (szono-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, hogy homogén, megbízható eredményeket érjenek el egy ultrahanggal kevert kémiai reaktorban.
A nem kívánt oxidáció elkerülhető a reaktor inert gázzal, pl. nitrogéntakaróval történő tisztításával.

Testreszabott megoldások a vegyi reaktorhoz

Míg a Hielscher különböző tétel- és inline reaktormegoldásokat kínál különböző méretekben és geometriákban, rozsdamentes acélból vagy üvegből, örömmel gyártjuk speciális kémiai reaktoredényét, figyelembe véve az Ön konkrét folyamatkövetelményeinek elemzését és tervezési alapjait. A mérnökök és műszaki fejlesztők régóta tapasztalt csapatával megtervezzük az Ön vegyi reaktorát az Ön igényeinek megfelelően. Például a méret, az anyag, a geometria, az etetési és kisütési portok, az ultrahangos szondák száma stb. tervezhető annak érdekében, hogy az ideális ultrahanggal támogatott kémiai reaktort a kémiai folyamathoz készítse el.

Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi: