Ultrahanggal intenzívebb rögzített ágyas reaktorok
- Az ultrahangos keverés és diszperzió aktiválja és fokozza a katalitikus reakciót rögzített ágyas reaktorokban.
- Az ultrahangos kezelés javítja a tömegátadást, és ezáltal növeli a hatékonyságot, az átváltási arányt és a hozamot.
- További előny a passziváló eltömítő rétegek eltávolítása a katalizátor részecskékből ultrahangos kavitációval.
Rögzített ágyas katalizátorok
A rögzített ágyakat (néha csomagolt ágynak is nevezik) általában katalizátor pelletekkel töltik meg, amelyek általában 1-5 mm átmérőjű granulátumok. A reaktorba egyetlen ágyként, külön héjként vagy csövekben tölthetők be. A katalizátorok többnyire olyan fémeken alapulnak, mint a nikkel, réz, ozmium, platina és ródium.
A teljesítmény ultrahang heterogén kémiai reakciókra gyakorolt hatása jól ismert és széles körben alkalmazható ipari katalitikus folyamatokban. A rögzített ágyas reaktorban a katalitikus reakciók is előnyösek lehetnek az ultrahangos kezelésben. A rögzített ágyas katalizátor ultrahangos besugárzása erősen reaktív felületeket generál, növeli a folyadékfázis (reagensek) és a katalizátor közötti tömegszállítást, és eltávolítja a passziváló bevonatokat (pl. oxidrétegek) a felületről. A törékeny anyagok ultrahangos töredezettsége növeli a felületeket, és ezáltal hozzájárul a megnövekedett aktivitáshoz.
Előnye
- Nagyobb hatékonyság
- Fokozott reakciókészség
- Megnövelt konverziós arány
- Nagyobb hozam
- A katalizátor újrahasznosítása
A katalitikus reakciók ultrahangos fokozása
Az ultrahangos keverés és keverés javítja a reagens és a katalizátor részecskék közötti érintkezést, erősen reaktív felületeket hoz létre, és elindítja és / vagy fokozza a kémiai reakciót.
Az ultrahangos katalizátor előkészítése megváltoztathatja a kristályosodási viselkedést, a diszperziót / deagglomerációt és a felületi tulajdonságokat. Továbbá az előformázott katalizátorok jellemzői befolyásolhatók a passziváló felületi rétegek eltávolításával, jobb diszperzióval, a tömegátadás növelésével.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a kémiai reakciók ultrahangos hatásairól (sonochemistry)!
Példák
- A Ni katalizátor ultrahangos előkezelése hidrogénezési reakciókhoz
- A szonikált Raney Ni katalizátor borkősavval nagyon magas enantioszelektivitást eredményez
- Ultrahangos előkészített Fischer-Tropsch katalizátorok
- Szonokémiailag kezelt amorf porkatalizátorok a fokozott reakcióképesség érdekében
- Amorf fémporok szonoszintézise
Ultrahangos katalizátor helyreállítása
A rögzített ágyas reaktorokban a szilárd katalizátorok többnyire gömbök vagy hengeres csövek formájában vannak. A kémiai reakció során a katalizátor felületét egy eltömítő réteg passziválja, ami idővel a katalitikus aktivitás és/vagy szelektivitás elvesztését okozza. A katalizátor bomlásának időskálája jelentősen eltér. Míg például egy krakkolókatalizátor katalizátor katalkatpusztulása másodperceken belül bekövetkezhet, az ammóniaszintézisben használt vaskatalizátor 5–10 évig is eltarthat. A katalizátor deaktiválása azonban minden katalizátor esetében megfigyelhető. Míg a katalizátor deaktiválásának különböző mechanizmusai (pl. kémiai, mechanikai, termikus) figyelhetők meg, a szennyeződés a katalizátor bomlásának egyik leggyakoribb típusa. A szennyeződés a fajok fizikai lerakódását jelenti a folyadékfázisból a katalizátor felületére és pórusaiba, ezáltal blokkolva a reaktív helyeket. A katalizátor koksszal és szénnel való elszennyeződése gyorsan előforduló folyamat, és regenerálással (pl. Ultrahangos kezeléssel) visszafordítható.
Az ultrahangos kavitáció sikeres módszer a passziváló szennyeződési rétegek eltávolítására a katalizátor felületéről. Az ultrahangos katalizátor visszanyerését általában a részecskék folyadékban (pl. ionmentes vízben) történő ultrahangos kezelésével végezzük, hogy eltávolítsuk a szennyeződési maradékokat (pl. Platina / szilícium-dioxid szál pt / SF, nikkel katalizátorok).
ultrahangos rendszerek
A Hielscher Ultrasonics különböző ultrahangos processzorokat és variációkat kínál a teljesítmény ultrahang rögzített ágyas reaktorokba történő integrálásához. Különböző ultrahangos rendszerek állnak rendelkezésre a rögzített ágyas reaktorokba történő telepítéshez. A bonyolultabb reaktortípusokhoz a következőket kínáljuk testreszabott ultrahangos Megoldások.
A kémiai reakció ultrahangos sugárzás alatt történő teszteléséhez kérjük, látogasson el ultrahangos folyamatlaboratóriumunkba és műszaki központunkba Teltow-ban!
Vegye fel velünk a kapcsolatot még ma! Örülünk, hogy megvitathatjuk Önnel a kémiai folyamat ultrahangos intenzívebbé válását!
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
Ultrahangos áramlási rendszer
- hidrogénezés
- alkilezés
- cianáció
- éterezés
- észterezés
- polimerizáció
- alliláció
- Brómozás
(pl. Ziegler-Natta katalizátorok, metallocensek)
Irodalom/Hivatkozások
- Dr. Argyle; Bartholomew, C.H. (2015): Heterogén katalizátor deaktiválás és regeneráció: áttekintés. Katalizátorok 2015, 5, 145-269.
- Oza, R.; Patel, S. (2012): A nikkel visszanyerése a használt Ni / Al2O3 katalizátorokból savas kimosódással, kelátképzéssel és ultrahangos kezeléssel. Research Journal of Recent Sciences Vol. 1; 2012. 434-443.
- Sana, S.; Rajanna, K.Ch.; Reddy, K.R.; Bhooshan, M.; Venkateswarlu, M.; Kumar, M.S.; Uppalaiah, K. (2012): Aromás vegyületek ultrahanggal segített regioszelektív nitrálása bizonyos V és VI csoportba tartozó fémsók jelenlétében. Zöld és fenntartható kémia, 2012, 2, 97-111.
- Suslick, K. S.; Skrabalak, S. E. (2008): “szonocatalysis” In: A heterogén katalízis kézikönyve, vol. 4; Ertl, G.; Knözinger, H.; Schüth, F.; Weitkamp, J., (szerk.). Wiley-VCH: Weinheim, 2008. 2006-2017.
Tények, amelyeket érdemes tudni
Ultrahangos kavitáció és sonokémia
A teljesítmény ultrahang folyadékokba történő csatlakoztatása szuszpenzió Akusztikus kavitáció. Az akusztikus kavitáció a gőzzel töltött üregek gyors képződésének, növekedésének és implozív összeomlásának jelenségére utal. Ez nagyon rövid életű "forró pontokat" generál, szélsőséges hőmérsékleti csúcsok akár 5000 K-ig, nagyon magas, 10 feletti fűtési / hűtési sebességgel9Ks-1, és 1000 atm nyomás a megfelelő differenciálművekkel – mindezt nanoszekundumos élettartamon belül.
Kutatási területe Sonokémia Vizsgálja az ultrahang hatását a folyadékok akusztikus kavitációjának kialakulásában, amely elindítja és/vagy fokozza az oldat kémiai aktivitását.
Heterogén katalitikus reakciók
A kémiában a heterogén katalízis a katalitikus reakció típusára utal, ahol a katalizátor és a reagensek fázisai különböznek egymástól. A heterogén kémia összefüggésében a fázist nemcsak a szilárd, folyékony és gáz megkülönböztetésére használják, hanem nem elegyedő folyadékokra is utal, például olajra és vízre.
Heterogén reakció során egy vagy több reagens kémiai változáson megy keresztül egy határfelületen, pl. egy szilárd katalizátor felületén.
A reakciósebesség a reagensek koncentrációjától, a részecskemérettől, a hőmérséklettől, a katalizátortól és további tényezőktől függ.
Reaktáns koncentráció: Általánosságban elmondható, hogy a reagens koncentrációjának növekedése növeli a reakciósebességet a nagyobb határfelület és ezáltal a reaktáns részecskék közötti nagyobb fázisátadás miatt.
Részecskeméret: Ha az egyik reagens szilárd részecske, akkor nem jeleníthető meg a sebességegyenletben, mivel a sebességegyenlet csak koncentrációkat mutat, és a szilárd anyagoknak nem lehet koncentrációjuk, mivel más fázisban vannak. A szilárd anyag részecskemérete azonban befolyásolja a reakciósebességet a fázisátadáshoz rendelkezésre álló felület miatt.
Reakcióhőmérséklet: A hőmérséklet az Arrhenius-egyenleten keresztül kapcsolódik a sebességi állandóhoz: k = Ae-EA/RT
Ahol Ea az aktiválási energia, R az univerzális gázállandó és T az abszolút hőmérséklet Kelvinben. A az Arrhenius (frekvencia) tényező. e-EA/RT megadja a görbe alatti részecskék számát, amelyek energiája nagyobb, mint az aktiválási energia, Ea.
Katalizátor: A legtöbb esetben a reakciók gyorsabban mennek végbe katalizátorral, mert kevesebb aktiválási energiát igényelnek. A heterogén katalizátorok biztosítják a reakció bekövetkezésének templátfelületét, míg a homogén katalizátorok köztes termékeket képeznek, amelyek felszabadítják a katalizátort a mechanizmus következő lépése során.
Egyéb tényezők: Más tényezők, például a fény befolyásolhatják bizonyos reakciókat (fotokémia).
Nukleofil szubsztitúció
A nukleofil szubsztitúció a szerves (és szervetlen) kémia alapvető reakcióosztálya, amelyben a nukleofil szelektíven kötődik Lewis-bázis formájában (mint elektronpár-donor) egy szerves komplexhez, vagy megtámadja egy atom vagy atomcsoport pozitív vagy részben pozitív (+ve) töltését, hogy helyettesítse a távozó csoportot. A pozitív vagy részben pozitív atomot, amely az elektronpár akceptor, elektrofilnek nevezzük. Az elektrofil és a távozó csoport teljes molekuláris egységét általában szubsztrátnak nevezik.
A nukleofil szubsztitúció két különböző útvonalon figyelhető meg – az SN1 és SN2 reakció. A reakciómechanizmus melyik formája – sN1 vagy SN2 – történik, függ a kémiai vegyületek szerkezetétől, a nukleofil típusától és az oldószertől.
A katalizátor deaktiválásának típusai
- A katalizátormérgezés kifejezés a fajok erős kemiszorpcióját jelenti a katalitikus helyeken, amelyek blokkolják a katalitikus reakció helyeit. A mérgezés visszafordítható vagy visszafordíthatatlan lehet.
- A szennyeződés a katalizátor mechanikai lebomlására utal, ahol a folyadékfázisból származó fajok lerakódnak a katalitikus felületre és a katalizátor pórusaiba.
- A termikus lebomlás és szinterelés a katalitikus felület, a támasztóterület és az aktív fázistámogató reakciók elvesztését eredményezi.
- A gőzképződés kémiai lebomlási formát jelent, ahol a gázfázis reakcióba lép a katalizátorfázissal, és illékony vegyületeket képez.
- A gőz-szilárd és szilárd-szilárd reakciók a katalizátor kémiai deaktiválását eredményezik. A gőz, a hordozó vagy a promoter reakcióba lép a katalizátorral, így inaktív fázis keletkezik.
- A katalizátorrészecskék kopása vagy zúzódása a katalitikus anyag mechanikai kopás miatti elvesztését eredményezi. A katalizátor belső felülete elvész a katalizátorrészecske mechanikusan indukált zúzása miatt.