Ուլտրաձայնային ուժեղացված ֆիքսված մահճակալի ռեակտորներ
- Ուլտրաձայնային խառնումը և ցրումը ակտիվացնում և ուժեղացնում են կատալիտիկ ռեակցիան ֆիքսված հունով ռեակտորներում:
- The sonication բարելավում է զանգվածի փոխանցումը և դրանով իսկ մեծացնում է արդյունավետությունը, փոխակերպման արագությունը և եկամտաբերությունը:
- Լրացուցիչ առավելությունը կատալիզատորի մասնիկներից պասիվացնող աղտոտող շերտերի հեռացումն է ուլտրաձայնային կավիտացիայի միջոցով:
Ֆիքսված մահճակալի կատալիզատորներ
Ֆիքսված մահճակալները (երբեմն նաև կոչվում են փաթեթավորված մահճակալ) սովորաբար բեռնված են կատալիզատորի գնդիկներով, որոնք սովորաբար 1-5 մմ տրամագծով հատիկներ են: Դրանք կարող են բեռնվել ռեակտորում՝ որպես մեկ մահճակալ, առանձին պատյանների կամ խողովակների տեսքով: Կատալիզատորները հիմնականում հիմնված են մետաղների վրա, ինչպիսիք են նիկելը, պղինձը, օսմիումը, պլատինը և ռոդիումը:
Հզոր ուլտրաձայնի ազդեցությունը տարասեռ քիմիական ռեակցիաների վրա հայտնի է և լայնորեն օգտագործվում է արդյունաբերական կատալիտիկ գործընթացների համար: Ֆիքսված մահճակալի ռեակտորում կատալիտիկ ռեակցիաները նույնպես կարող են օգուտ քաղել ուլտրաձայնային բուժումից: Ֆիքսված հունի կատալիզատորի ուլտրաձայնային ճառագայթումը առաջացնում է բարձր ռեակտիվ մակերեսներ, մեծացնում է զանգվածի փոխադրումը հեղուկ փուլի (ռեակտիվների) և կատալիզատորի միջև և հեռացնում պասիվացնող ծածկույթները (օրինակ՝ օքսիդային շերտերը) մակերեսից: Փխրուն նյութերի ուլտրաձայնային մասնատումը մեծացնում է մակերեսի մակերեսը և դրանով նպաստում ակտիվության բարձրացմանը:
Առավելությունները
- Բարելավված արդյունավետություն
- Ռեակտիվության բարձրացում
- Փոխակերպման տոկոսադրույքի բարձրացում
- Ավելի բարձր եկամտաբերություն
- Կատալիզատորի վերամշակում
Կատալիզային ռեակցիաների ուլտրաձայնային ուժեղացում
Ուլտրաձայնային խառնումը և ակտիվացումը բարելավում են ռեակտիվ և կատալիզատորի մասնիկների միջև շփումը, ստեղծում են բարձր ռեակտիվ մակերեսներ և սկսում և/կամ ուժեղացնում քիմիական ռեակցիան:
Ուլտրաձայնային կատալիզատորի պատրաստումը կարող է առաջացնել բյուրեղացման վարքի, ցրման/դեագգլոմերացիայի և մակերեսային հատկությունների փոփոխություններ: Ավելին, նախապես ձևավորված կատալիզատորների բնութագրերի վրա կարելի է ազդել պասիվացնող մակերևութային շերտերի հեռացման, ավելի լավ ցրման, զանգվածի փոխանցման ավելացման միջոցով:
Կտտացրեք այստեղ՝ քիմիական ռեակցիաների (սոնոքիմիա) վրա ուլտրաձայնային ազդեցության մասին ավելին իմանալու համար:
Օրինակներ
- Ni-ի կատալիզատորի ուլտրաձայնային նախնական մշակում հիդրոգենացման ռեակցիաների համար
- Sonicated Raney Ni կատալիզատորը քարաթթուով հանգեցնում է շատ բարձր էնանտիելեկտիվության
- Ուլտրաձայնային պատրաստված Fischer-Tropsch կատալիզատորներ
- Սոնոքիմիապես մշակված ամորֆ փոշի կատալիզատորներ ռեակտիվության բարձրացման համար
- Ամորֆ մետաղների փոշիների սոնո-սինթեզ
Ուլտրաձայնային կատալիզատորի վերականգնում
Ֆիքսված հունով ռեակտորներում պինդ կատալիզատորները հիմնականում լինում են շերիկական ուլունքների կամ գլանաձև խողովակների տեսքով: Քիմիական ռեակցիայի ընթացքում կատալիզատորի մակերեսը պասիվացվում է աղտոտող շերտով, ինչը ժամանակի ընթացքում հանգեցնում է կատալիտիկ ակտիվության և/կամ ընտրողականության կորստի: Կատալիզատորի քայքայման ժամանակային սանդղակները զգալիորեն տարբերվում են: Թեև, օրինակ, ճեղքող կատալիզատորի կատալիզատորի մահացությունը կարող է տեղի ունենալ վայրկյանների ընթացքում, ամոնիակի սինթեզում օգտագործվող երկաթի կատալիզատորը կարող է տևել 5-10 տարի: Այնուամենայնիվ, կատալիզատորի ապաակտիվացումը կարող է դիտվել բոլոր կատալիզատորների համար: Թեև կատալիզատորի ապաակտիվացման տարբեր մեխանիզմներ (օրինակ՝ քիմիական, մեխանիկական, ջերմային) կարելի է դիտարկել, աղտոտումը կատալիզատորի քայքայման ամենահաճախ հանդիպող տեսակներից մեկն է: Կեղտոտումը վերաբերում է տեսակների ֆիզիկական նստեցմանը հեղուկ փուլից մակերեսի վրա և կատալիզատորի ծակոտիներում, դրանով իսկ արգելափակելով ռեակտիվ տեղամասերը: Կատալիզատորների աղտոտումը կոքսով և ածխածնով արագ տեղի ունեցող գործընթաց է և կարող է վերականգնվել ռեգեներացիայի միջոցով (օրինակ՝ ուլտրաձայնային բուժում):
Ուլտրաձայնային կավիտացիան կատալիզատորի մակերեսից պասիվացնող աղտոտող շերտերը հեռացնելու հաջող մեթոդ է: Ուլտրաձայնային կատալիզատորի վերականգնումը սովորաբար իրականացվում է մասնիկները հեղուկի մեջ (օր.՝ դեոնիզացված ջրի) մեջ ներծծելով՝ աղտոտվածության մնացորդները հեռացնելու միջոցով (օրինակ՝ պլատինե/սիլիկաթելային մանրաթել pt/SF, նիկելի կատալիզատորներ):
ուլտրաձայնային համակարգեր
Hielscher Ultrasonics-ն առաջարկում է տարբեր ուլտրաձայնային պրոցեսորներ և տատանումներ ուժային ուլտրաձայնի ինտեգրման համար ֆիքսված մահճակալի ռեակտորներում: Հասանելի են տարբեր ուլտրաձայնային համակարգեր՝ ֆիքսված մահճակալի ռեակտորներում տեղադրելու համար: Ավելի բարդ ռեակտորների տեսակների համար մենք առաջարկում ենք հարմարեցված ուլտրաձայնային լուծումներ։
Ուլտրաձայնային ճառագայթման տակ ձեր քիմիական ռեակցիան ստուգելու համար կարող եք այցելել մեր ուլտրաձայնային պրոցեսի լաբորատորիա և տեխնիկական կենտրոն Teltow-ում:
Կապվեք մեզ հետ այսօր: Մենք ուրախ ենք ձեզ հետ քննարկել ձեր քիմիական գործընթացի ուլտրաձայնային ուժեղացումը:
Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.
Ուլտրաձայնային հոսքի համակարգ
- հիդրոգենացում
- Ալցիլացում
- Ցիանացում
- եթերացում
- էստերիֆիկացում
- պոլիմերացում
- Ալիլյացիա
- Բրոմինացում
(օրինակ՝ Ziegler-Natta կատալիզատորներ, մետալոցեններ)
Գրականություն/Հղումներ
- Argyle, MD; Bartholomew, CH (2015): Հետերոգեն կատալիզատորի ապաակտիվացում և վերածնում. վերանայում: Կատալիզատորներ 2015, 5, 145-269:
- Օզա, Ռ. Patel, S. (2012). Նիկելի վերականգնում ծախսած Ni/Al2O3 կատալիզատորներից՝ օգտագործելով թթվային տարրալվացում, քելացիա և ուլտրաձայնային ազդեցություն: Վերջին գիտությունների հետազոտական հանդես Հատ. 1; 2012. 434-443.
- Սանա, Ս. Ռաջաննա, Կ.Չ. Reddy, KR; Բհոշան, Մ. Վենկատեսվարլու, Մ. Կումար, MS; Uppalaiah, K. (2012). Արոմատիկ միացությունների ուլտրաձայնային օժանդակությամբ ռեգիոսելեկտիվ նիտրացիա V և VI խմբի մետաղների որոշակի աղերի առկայության դեպքում: Կանաչ և կայուն քիմիա, 2012, 2, 97-111:
- Սուսլիկ, Կ.Ս. Skrabalak, SE (2008): “սոնոկատալիզի” In: Handbook of Heterogeneous Catalysis, vol. 4; Էրտլ, Գ. Knözinger, Հ. Շյութ, Ֆ. Weitkamp, J., (Eds.). Wiley-VCH: Weinheim, 2008. 2006-2017 թթ.
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
Ուլտրաձայնային կավիտացիա և սոնոքիմիա
Ուլտրաձայնային հզորության միացումը հեղուկների և ցեխերի մեջ հանգեցնում է ակուստիկ կավիտացիա. Ակուստիկ կավիտացիան վերաբերում է գոլորշիներով լցված դատարկությունների արագ ձևավորման, աճի և ազդեցիկ փլուզման երևույթին: Սա առաջացնում է շատ կարճատև «թեժ կետեր» մինչև 5000K ջերմաստիճանի ծայրահեղ գագաթնակետերով, 10-ից բարձր ջեռուցման/սառեցման շատ բարձր արագությամբ:9Կս-1, և 1000 ատմ ճնշում՝ համապատասխան դիֆերենցիալներով – բոլորը նանվայրկյան կյանքի ընթացքում:
-ի հետազոտական ոլորտը Սոնոքիմիա ուսումնասիրում է ուլտրաձայնի ազդեցությունը հեղուկներում ակուստիկ կավիտացիայի ձևավորման վրա, որը սկիզբ է դնում և/կամ ուժեղացնում քիմիական ակտիվությունը լուծույթում:
Հետերոգեն կատալիտիկ ռեակցիաներ
Քիմիայի մեջ տարասեռ կատալիզը վերաբերում է կատալիտիկ ռեակցիայի այն տեսակին, որտեղ կատալիզատորի և ռեակտիվների փուլերը տարբերվում են միմյանցից: Տարասեռ քիմիայի համատեքստում փուլը օգտագործվում է ոչ միայն պինդ, հեղուկ և գազային տարբերակելու համար, այլ նաև վերաբերում է չխառնվող հեղուկներին, օրինակ՝ նավթին և ջրին:
Տարասեռ ռեակցիայի ընթացքում մեկ կամ մի քանի ռեակտիվներ ենթարկվում են քիմիական փոփոխության միջերեսում, օրինակ՝ պինդ կատալիզատորի մակերեսին:
Ռեակցիայի արագությունը կախված է ռեակտիվների կոնցենտրացիայից, մասնիկների չափից, ջերմաստիճանից, կատալիզատորից և հետագա գործոններից:
Reactant կոնցենտրացիան: Ընդհանուր առմամբ, ռեակտիվ նյութի կոնցենտրացիայի աճը մեծացնում է ռեակցիայի արագությունը ավելի մեծ միջերեսի և դրանով իսկ ավելի մեծ փուլային փոխանցման պատճառով ռեակտիվ մասնիկների միջև:
Մասնիկների չափը: Երբ ռեակտիվներից մեկը պինդ մասնիկ է, ապա այն չի կարող ցուցադրվել արագության հավասարման մեջ, քանի որ արագության հավասարումը ցույց է տալիս միայն կոնցենտրացիաները, իսկ պինդները չեն կարող կոնցենտրացիա ունենալ, քանի որ գտնվում են այլ փուլում: Այնուամենայնիվ, պինդ նյութի մասնիկների չափը ազդում է ռեակցիայի արագության վրա՝ պայմանավորված փուլային փոխանցման համար հասանելի մակերեսի տարածքով:
Ռեակցիայի ջերմաստիճանը. Ջերմաստիճանը կապված է արագության հաստատունի հետ Arrhenius հավասարման միջոցով՝ k = Ae-Ea/RT
Այնտեղ, որտեղ Ea-ն ակտիվացման էներգիան է, R-ը գազի համընդհանուր հաստատունն է, իսկ T-ը բացարձակ ջերմաստիճանն է Կելվինում: A-ն Arrhenius (հաճախականության) գործոնն է: ե-Ea/RT տալիս է կորի տակ գտնվող մասնիկների թիվը, որոնց էներգիան ավելի մեծ է, քան ակտիվացման էներգիան՝ Ea:
Կատալիզատոր: Շատ դեպքերում ռեակցիաներն ավելի արագ են տեղի ունենում կատալիզատորով, քանի որ դրանք պահանջում են ավելի քիչ ակտիվացման էներգիա: Տարասեռ կատալիզատորներն ապահովում են ձևանմուշի մակերես, որտեղ տեղի է ունենում ռեակցիան, մինչդեռ համասեռ կատալիզատորները ձևավորում են միջանկյալ արտադրանքներ, որոնք ազատում են կատալիզատորը մեխանիզմի հաջորդ քայլի ընթացքում:
Այլ գործոններ. Այլ գործոններ, ինչպիսիք են լույսը, կարող են ազդել որոշակի ռեակցիաների վրա (ֆոտոքիմիա):
Նուկլեոֆիլային փոխարինում
Նուկլեոֆիլային փոխարինումը օրգանական (և անօրգանական) քիմիայի ռեակցիաների հիմնարար դաս է, որտեղ նուկլեոֆիլը ընտրովի կապվում է Լյուիսի հիմքի տեսքով (որպես էլեկտրոնային զույգի դոնոր) օրգանական համալիրի հետ կամ հարձակվում է դրական կամ մասամբ դրականի հետ (+ve) ատոմի կամ ատոմների խմբի լիցք՝ հեռացող խմբին փոխարինելու համար։ Դրական կամ մասամբ դրական ատոմը, որը էլեկտրոնային զույգ ընդունողն է, կոչվում է էլեկտրոֆիլ։ Էլեկտրաֆիլի և հեռացող խմբի ամբողջ մոլեկուլային կազմը սովորաբար կոչվում է սուբստրատ:
Նուկլեոֆիլային փոխարինումը կարելի է դիտարկել որպես երկու տարբեր ուղիներ – ՍՆ1-ին և ՍՆ2 ռեակցիա. Ռեակցիայի մեխանիզմի ո՞ր ձևը – սՆ1 կամ ՍՆ2 – տեղի է ունենում, կախված է քիմիական միացությունների կառուցվածքից, նուկլեոֆիլի տեսակից և լուծիչից։
Կատալիզատորների ապաակտիվացման տեսակները
- Կատալիզատորի թունավորումը տերմին է կատալիտիկ տեղամասերում տեսակների ուժեղ քիմիական կլանման համար, որոնք արգելափակում են տեղամասերը կատալիտիկ ռեակցիայի համար: Թունավորումը կարող է լինել շրջելի կամ անդառնալի:
- Աղտոտումը վերաբերում է կատալիզատորի մեխանիկական քայքայմանը, որտեղ հեղուկ փուլից տեսակները նստում են կատալիտիկ մակերեսի վրա և կատալիզատորի ծակոտիներում:
- Ջերմային դեգրադացիան և սինթրինգը հանգեցնում են կատալիտիկ մակերեսի, աջակցության տարածքի և ակտիվ փուլային աջակցության ռեակցիաների կորստի:
- Գոլորշի ձևավորումը նշանակում է քիմիական քայքայման ձև, որտեղ գազային փուլը փոխազդում է կատալիզատորի փուլի հետ՝ արտադրելով ցնդող միացություններ:
- Գոլորշի-պինդ և պինդ-պինդ ռեակցիաները հանգեցնում են կատալիզատորի քիմիական ապաակտիվացմանը: Գոլորշիները, հենարանը կամ խթանիչը արձագանքում են կատալիզատորի հետ այնպես, որ արտադրվում է ոչ ակտիվ փուլ:
- Կատալիզատորի մասնիկների քայքայումը կամ ջախջախումը հանգեցնում է մեխանիկական քայքայումից կատալիտիկ նյութի կորստի: Կատալիզատորի ներքին մակերեսը կորչում է կատալիզատորի մասնիկի մեխանիկական ջախջախման պատճառով: