Քիմիական ռեակտորի օպտիմիզացված արդյունավետությունը բարձր հզորության ուլտրաձայնային եղանակով

Ultrasonication-ը լավ հայտնի է, որ ուժեղացնում և/կամ սկսում է քիմիական ռեակցիաները: Հետևաբար, բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնի ինտեգրումը համարվում է որպես հուսալի գործիք քիմիական ռեակտորները խթանելու ռեակցիայի բարելավված արդյունքների համար: Hielscher Ultrasonics-ն առաջարկում է տարբեր ռեակտորային լուծումներ՝ ձեր քիմիական գործընթացը կարգավորելու համար: Իմացեք, թե ինչպես ուլտրաձայնը կարող է բարելավել ձեր քիմիական ռեակտորը:

Ինչպե՞ս է ուժային ուլտրաձայնը բարելավում քիմիական ռեակտորները:

Մեկ կամ մի քանի ուլտրաձայնային զոնդերի (sonotrodes) ինտեգրումը թույլ է տալիս միացնել հզոր ուլտրաձայնային ալիքները քիմիական ռեակտորում: Հեղուկների և մաղձաթաղանթների ինտենսիվ ուլտրաձայնայինացումը ոչ միայն ուժեղ տուրբուլենտներ է ստեղծում ակուստիկ թրթռումների պատճառով, այլև հայտնի է բազմաթիվ էֆեկտներով, որոնք սահմանվում են «սոնոքիմիա» տերմինի ներքո:

Ի՞նչ է Սոնոքիմիան: Ինչպե՞ս է այն խթանում ռեակցիաները:

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, ճնշում մինչև ~ 1000 բար, ինչպես նաև ջերմաստիճանի և ճնշման համապատասխան տարբերություններ: Հեղուկը կամ ցեխը մեծապես խառնվում է հեղուկ շիթերի և կտրող ուժերով:

Քիմիական ազդեցությունները (օրինակ՝ ռադիկալ տեսակների ձևավորում, մոլեկուլների ճկում և այլն) և ֆիզիկա-մեխանիկական ազդեցությունները սոնոքիմիայի հաջողությամբ կիրառվում են բազմաթիվ քիմիական ռեակցիաների վրա, ինչպիսիք են օրգանական կատալիզը, օրգանական կատալիտիկ ռեակցիաներ, Փուլային փոխանցման ռեակցիաներ, նանոմասնիկների սինթեզ, Տեղումներ / բյուրեղացում, սոլ-գել ռեակցիաներ, Suzuki զուգավորում, Diels-Alder ռեակցիաներ, Մաննիխի ռեակցիաները, Մայքլ հավելում, Wurtz-ի տիպի միացում և շատ ուրիշներ։ Սոնոքիմիապես խթանված ռեակցիաները հաճախ ցույց են տալիս փոխակերպման զգալիորեն աճ, ավելի բարձր եկամտաբերություն, արագացված ռեակցիա, ավելի ամբողջական ռեակցիա, կարող են օգտագործվել ավելի մեղմ լուծիչներով շրջակա միջավայրի պայմաններում, ստեղծել ավելի քիչ անցանկալի ենթամթերք և նպաստել կանաչ քիմիայի բարձր արդյունավետության շնորհիվ:

Ուլտրաձայնային վրա հիմնված քիմիական խմբաքանակի ռեակտորներ

Ուլտրաձայնային սարքերի ինտեգրումը բաց կամ փակ խմբաքանակային ռեակտորների մեջ սովորաբար կիրառվող տեխնիկա է լաբորատորիաներում, փորձնական կայաններում և արտադրական օբյեկտներում ռեակցիաները արագացնելու համար: Կախված նավի չափից, երկրաչափությունից և քիմիական ռեակցիայի համակարգից, մեկ կամ մի քանի սոնոտրոդներ կարող են ինտեգրվել խմբաքանակի ռեակտորին: Ultrasonication-ը նույնպես հաճախ օգտագործվում է բարելավելու համար անընդհատ խառնվող ռեակտորներ (CSTR):

Ուլտրաձայնային կիսախմբային ռեակտորներ. Իհարկե, sonication-ը կարող է նաև ինտեգրվել կիսախմբային ռեակտորների մեջ: Կիսախմբաքանակային համակարգերի համար մեկ քիմիական ռեակտիվ բեռնվում է ռեակտորում, մինչդեռ երկրորդ քիմիական նյութը ավելացվում է շարունակական հոսքի արագությամբ (օրինակ՝ դանդաղ սնուցմամբ՝ կողմնակի ռեակցիաները կանխելու համար)՝ միավորվելով ուլտրաձայնային տաք տեղում: Որպես այլընտրանք, քիմիական ռեակցիայի արտադրանքը, որը առաջանում է ռեակտորում ռեակցիայի արդյունքում, շարունակաբար հեռացվում է, օրինակ՝ սինթեզված նստվածքները կամ բյուրեղները, կամ վերջնական արտադրանքի միջանկյալ նյութը, որը կարող է հեռացվել փուլային տարանջատման պատճառով:

Ուլտրաձայնային գրգռված քիմիական հոսքի միջով ռեակտոր

Հոսող ռեակտորում, որը նաև հայտնի է որպես հոսքի բջիջ կամ ներկառուցված ռեակտոր, ռեակտիվները սնվում են մեկ կամ մի քանի սնուցման նավահանգիստներով դեպի ռեակցիայի պալատ, որտեղ տեղի է ունենում քիմիական ռեակցիան: Որոշակի պահպանման ժամանակից հետո, որն անհրաժեշտ է կոնկրետ ռեակցիայի առաջացման համար, միջավայրը շարունակաբար արտանետվում է ռեակտորից: Ուլտրաձայնային հոսքի բջիջները և ներդիրային ռեակտորները թույլ են տալիս արտադրանքի անխափան արտադրություն, որը կախված է միայն ռեակտիվների շարունակական մատակարարումից:

Նկարը ցույց է տալիս Ուլտրաձայնային սարք UIP1000hdT խմբաքանակային ռեակտորով (ձախից) և հոսքային բջիջների ռեակտորով ներկառուցված մշակման համար (աջից):

Բարձր արդյունավետության քիմիական սոնո-ռեակտորներ

Hielscher Ultrasonics-ը ձեր վստահելի արտադրողն է սոնո-քիմիական ռեակտորների և բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքավորումների համար, որոնք կարող են հուսալիորեն բարելավել ձեր քիմիական ռեակցիան: Hielscher Ultrasonics-ի արտադրանքի տեսականին ներառում է լաբորատոր և արդյունաբերական լայնածավալ սոնորեակտորների տարբեր տեսակներ և դասեր խմբաքանակի և հոսքի ռեժիմի համար: Hielscher բարձր կատարողականությամբ զոնդային տիպի ուլտրաձայնային եղանակով, բազմաթիվ առաջընթացներով – ինչպիսիք են բարելավված ռեակցիայի արագությունը, ավելի ամբողջական փոխակերպումը, բարձր եկամտաբերությունը, ռեակցիայի ճշգրիտ վերահսկումը և գերազանց ընդհանուր արդյունավետությունը – հուսալիորեն ձեռք են բերվում խմբաքանակային և հոսքային ռեակտորներում: Նախագծված բարձր արդյունավետության և ամրության համար՝ Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը և սոնո-ռեակտորները կարող են տեղադրվել կոշտ քիմիական նյութերի օգտագործման համար, պահանջկոտ միջավայրերում և ծանր աշխատանքային ծրագրերում:
Hielscher ուլտրաձայնային ռեակտորները նախագծված են միջավայրի միասնական ուլտրաձայնային ճառագայթման կիզակետով, որպեսզի ակուստիկ ճնշման դաշտը կարողանա հավասարաչափ ընդլայնվել: Այս պահանջի բավարարումը բարելավում է սոնոքիմիական ռեակցիայի ընդհանուր արդյունավետությունը, քանի որ ուլտրաձայնը հասնում է գործընթացի ամենաբարձր ինտենսիվացմանը:

Սոնոքիմիական ռեակտորում տեղի ունեցող երևույթների սխեմատիկ տեսք:
Նկար և ուսումնասիրություն՝ ©Dahlem et al., 1999:

Ապրանքի տեսականին ներառում է կոմպակտ լաբորատոր ուլտրաձայնային սարքեր Ռ&D, հզոր նստարանային և փորձնական ուլտրաձայնային համակարգեր, ինչպես նաև լիովին արդյունաբերական կարգի սարքավորումներ մեծ ծավալների արտադրության համար: Սա թույլ է տալիս փոքր մասշտաբով իրականացնել իրագործելիության ռիսկերից զերծ փորձարկումներ, իսկ հետագա՝ ամբողջովին գծային մասշտաբով մինչև ավելի մեծ ծավալներ:

Ճշգրիտ Sonication Control

Թվային գունավոր էկրանը և բրաուզերի հեռակառավարման խելացի ծրագրակազմը և տվյալների ավտոմատ արձանագրումը ինտեգրված SD-քարտի վրա թույլ են տալիս ուլտրաձայնային պարամետրերի բարդ կարգավորումն ու մոնիտորինգը սոնո-քիմիական ռեակտորում:
Sonochemically պայմանավորված ռեակցիաների գեղեցկությունը արդյունավետությունն է, որը կարելի է հուսալիորեն հասնել գործընթացի օպտիմալացման միջոցով: Օպտիմալ ուլտրաձայնային ամպլիտուդը, ուլտրաձայնային էներգիայի մուտքագրումը, ջերմաստիճանը և ճնշումը կարող են որոշվել յուրաքանչյուր կոնկրետ ռեակցիայի համար: Սա թույլ է տալիս գտնել իդեալական ձայնային պարամետրեր, որպեսզի ձեռք բերվեն արձագանքման օպտիմալ արդյունքներ և արդյունավետություն:

ջերմաստիճանի վերահսկում

Մեր բոլոր թվային ուլտրաձայնային սարքերը հագեցած են խցանվող ջերմաստիճանի սենսորով ջերմաստիճանի շարունակական մոնիտորինգի համար, որը կարող է տեղադրվել հեղուկի մեջ՝ զանգվածային ջերմաստիճանի մշտական չափման համար: Բարդ ծրագրակազմը թույլ է տալիս սահմանել ջերմաստիճանի միջակայք: Երբ ջերմաստիճանի սահմանաչափը գերազանցվում է, ուլտրաձայնային սարքը ինքնաբերաբար կանգ է առնում այնքան ժամանակ, մինչև հեղուկի ջերմաստիճանը իջնի որոշակի սահմանված կետի և նորից սկսում է ինքնաբերաբար արտահոսել: Ջերմաստիճանի բոլոր չափումները, ինչպես նաև ուլտրաձայնային գործընթացի այլ կարևոր տվյալները ավտոմատ կերպով գրանցվում են ներկառուցված SD քարտի վրա և կարող են հեշտությամբ վերանայվել գործընթացի վերահսկման համար:
Hielscher-ից Sonochemical ռեակտորները հասանելի են սառեցնող բաճկոններով: Բացի այդ, ջերմափոխանակիչները և սառեցնող սարքերը կարող են միացված լինել՝ ապահովելու գործընթացի ցանկալի ջերմաստիճանը:

Հեշտ հասանելի բաղադրիչներ՝ իդեալական քիմիական ռեակտորը հավաքելու համար

Հասանելի ուլտրաձայնային սարքերի, զոնդերի (սոնոտրոդների), ուժեղացուցիչների, խմբաքանակի ռեակտորների և հոսքի բջիջների մեծ պորտֆելը, ինչպես նաև բազմաթիվ լրացուցիչ պարագաներ թույլ են տալիս կարգավորել իդեալական ուլտրաձայնային-քիմիական ռեակտորը (սոնո-ռեակտոր) ձեր կոնկրետ գործընթացի համար:
Բոլոր սարքավորումներն արդեն օպտիմիզացված են ձայնային կավիտացիայի և կայուն հոսքի օրինաչափությունների միատեսակ բաշխման համար, որոնք դիզայնի ամենակարևոր ասպեկտներն են՝ ուլտրաձայնային հուզված քիմիական ռեակտորում միատարր, հուսալի արդյունքներ ստանալու համար:
Անցանկալի օքսիդացումից կարելի է խուսափել՝ ռեակտորը մաքրելով իներտ գազով, օրինակ՝ ազոտային ծածկով:

Հարմարեցված լուծումներ ձեր քիմիական ռեակտորի համար

Թեև Hielscher-ն առաջարկում է զանազան խմբաքանակային և ներկառուցված ռեակտորային լուծումներ՝ տարբեր չափերի և երկրաչափությունների, պատրաստված չժանգոտվող պողպատից կամ ապակուց, մենք ուրախ ենք արտադրել ձեր հատուկ քիմիական ռեակտորային անոթը՝ հաշվի առնելով ձեր կոնկրետ գործընթացի պահանջների վերլուծությունը և նախագծման հիմունքները: Ինժեներների և տեխնիկական մշակողների երկարամյա փորձառու թիմով մենք նախագծում ենք ձեր քիմիական ռեակտորը, որը բավարարում է ձեր պահանջները: Օրինակ՝ չափը, նյութը, երկրաչափությունը, սնուցման և լիցքավորման նավահանգիստները, ուլտրաձայնային զոնդերի քանակը և այլն կարող են նախագծվել՝ ձեր քիմիական գործընթացի համար իդեալական ուլտրաձայնային խթանվող քիմիական ռեակտոր ստեղծելու համար:

Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.