Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Reattori a letto fisso ad ultrasuoni intensificati a letto fisso

  • La miscelazione e dispersione ad ultrasuoni attiva e intensifica la reazione catalitica in reattori a letto fisso.
  • La sonicazione migliora il trasferimento di massa e aumenta così l'efficienza, il tasso di conversione e il rendimento.
  • Un ulteriore vantaggio è la rimozione degli strati di incrostazioni passivanti dalle particelle catalizzatrici mediante cavitazione ultrasonica.

Catalizzatori a letto fisso

I letti fissi (a volte chiamati anche letto imballato) sono comunemente caricati con pellet di catalizzatore, che di solito sono granuli con diametri da 1-5 mm. Possono essere caricati nel reattore sotto forma di letto singolo, di gusci separati o in tubi. I catalizzatori sono principalmente a base di metalli come nichel, rame, osmio, platino e rodio.
Gli effetti degli ultrasuoni di potenza sulle reazioni chimiche eterogenee sono ben noti e ampiamente utilizzati per i processi catalitici industriali. Anche le reazioni catalitiche in un reattore a letto fisso possono beneficiare di un trattamento ad ultrasuoni. L'irradiazione ultrasonica del catalizzatore a letto fisso genera superfici altamente reattive, aumenta il trasporto di massa tra la fase liquida (reagenti) e il catalizzatore e rimuove i rivestimenti passivanti (ad es. strati di ossido) dalla superficie. La frammentazione ultrasonica dei materiali fragili aumenta le superfici e contribuisce ad aumentare l'attività.

Particelle trattate ad ultrasuoniVantaggi

  • Maggiore efficienza
  • Aumento della reattività
  • Aumento del tasso di conversione
  • maggiore resa
  • Riciclaggio del catalizzatore
Dispersione ultrasonica di silice

Richiesta informazioni





Intensificazione ultrasonica delle reazioni catalitiche

La miscelazione e l'agitazione ad ultrasuoni migliora il contatto tra le particelle del reagente e del catalizzatore, crea superfici altamente reattive e avvia e/o migliora la reazione chimica.
La preparazione del catalizzatore ad ultrasuoni può causare cambiamenti nel comportamento di cristallizzazione, dispersione / deagglomerazione e proprietà superficiali. Inoltre, le caratteristiche dei catalizzatori preformati possono essere influenzate dalla rimozione degli strati superficiali passivanti, da una migliore dispersione, dall'aumento del trasferimento di massa.
Clicca qui per saperne di più sugli effetti degli ultrasuoni sulle reazioni chimiche (ecochimica)!

Esempi

  • Pretrattamento ad ultrasuoni del catalizzatore Ni per reazioni di idrogenazione
  • Sonicated Raney Ni catalizzatore con acido tartarico si traduce in una enantioselettività molto elevata.
  • Catalizzatori Fischer-Tropsch preparati ad ultrasuoni
  • Catalizzatori amorfi in polvere trattati sonchimicamente per una maggiore reattività
  • Sono-sintesi di polveri metalliche amorfe

Recupero del catalizzatore ad ultrasuoni

I catalizzatori solidi nei reattori a letto fisso sono per lo più sotto forma di microsfere o tubi cilindrici. Durante la reazione chimica, la superficie del catalizzatore viene passivata da uno strato di incrostazioni che provoca la perdita di attività catalitica e/o selettività nel tempo. I tempi di decadimento del catalizzatore variano considerevolmente. Mentre per esempio la mortalità del catalizzatore di un catalizzatore di cracking può verificarsi in pochi secondi, un catalizzatore di ferro utilizzato nella sintesi dell'ammoniaca può durare 5-10 anni. Tuttavia, la disattivazione del catalizzatore può essere osservata per tutti i catalizzatori. Mentre si possono osservare vari meccanismi (ad esempio chimici, meccanici e termici) di disattivazione del catalizzatore, il fouling è uno dei tipi più frequenti di decadimento del catalizzatore. Il fouling si riferisce alla deposizione fisica delle specie dalla fase fluida sulla superficie e nei pori del catalizzatore, bloccando così i siti reattivi. Il fouling del catalizzatore con coke e carbonio è un processo rapido e può essere invertito mediante rigenerazione (ad es. trattamento ad ultrasuoni).
La cavitazione ad ultrasuoni è un metodo efficace per rimuovere gli strati di fouling passivanti dalla superficie del catalizzatore. Il recupero del catalizzatore ad ultrasuoni viene tipicamente effettuato sonicando le particelle in un liquido (ad esempio acqua deionizzata) per rimuovere i residui di sporcizia (ad esempio platino/fibra di silice pt/SF, catalizzatori di nichel).

Sistemi ad ultrasuoni

Gli ultrasuoni di potenza sono applicati ai catalizzatori e alle reazioni catalitiche. (Clicca per ingrandire!)Hielscher Ultrasonics offre vari processori ad ultrasuoni e varianti per l'integrazione degli ultrasuoni di potenza in reattori a letto fisso. Sono disponibili diversi sistemi ad ultrasuoni per l'installazione in reattori a letto fisso. Per i tipi di reattori più complessi, offriamo ultrasonico personalizzato soluzioni.
Per testare la vostra reazione chimica sotto le radiazioni ultrasoniche, siete invitati a visitare il nostro laboratorio di processo ad ultrasuoni e il centro tecnico di Teltow!
Contattaci oggi stesso! Siamo lieti di discutere con voi l'intensificazione ad ultrasuoni del vostro processo chimico!
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
10 - 2000mL 20 - 400mL/min UP200Ht, UP400St
0,1 - 20L 0,2 - 4L/min UIP2000hdT
10 - 100L 2 - 10L/min UIP4000
n.a. 10 - 100L/min UIP16000
n.a. più grande cluster di UIP16000
Elaborazione in linea con processori ad ultrasuoni da 7kW di potenza (Clicca per ingrandire!)

Sistema di flusso ad ultrasuoni

Reazioni ultrasonicamente intensificate

  • Idrogenazione
  • Alchilazione
  • Cianazione
  • Etherificazione
  • Esterificazione
  • Polimerizzazione
  • (es. catalizzatori Ziegler-Natta, metallocens)

  • Allilazione
  • La bromurazione

Contattaci! / Chiedi a noi!

Si prega di utilizzare il modulo sottostante, se si desidera richiedere ulteriori informazioni sull'omogeneizzazione ad ultrasuoni. Saremo lieti di offrirvi un sistema ad ultrasuoni che soddisfi le vostre esigenze.









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Letteratura/riferimenti



Particolarità / Cose da sapere

Cavitazione ultrasonica e geochimica

Accoppiando la potenza degli ultrasuoni nei liquidi e nei liquami si ottiene quanto segue cavitazione acustica. La cavitazione acustica si riferisce al fenomeno della rapida formazione, crescita e collasso implosivo dei vuoti pieni di vapore. Questo genera "hot spot" di breve durata con picchi di temperatura estrema fino a 5000K, velocità di riscaldamento/raffreddamento molto elevate, superiori al 109K-1e pressioni di 1000atm con rispettivi differenziali – tutti nel giro di nanosecondi di vita.
Il campo di ricerca di Sonochimica indaga l'effetto degli ultrasuoni nella formazione di cavitazione acustica nei liquidi, che avvia e/o migliora l'attività chimica in una soluzione.

Reazioni catalitiche eterogenee

In chimica, la catalisi eterogenea si riferisce al tipo di reazione catalitica in cui le fasi del catalizzatore e dei reagenti sono diverse l'una dall'altra. In un contesto di chimica eterogenea, la fase non è utilizzata solo per distinguere tra solidi, liquidi e gas, ma si riferisce anche a liquidi immiscibili, come ad esempio petrolio e acqua.
Durante una reazione eterogenea, uno o più reagenti subiscono una modifica chimica in un'interfaccia, ad esempio sulla superficie di un catalizzatore solido.
La velocità di reazione dipende dalla concentrazione dei reagenti, dalla dimensione delle particelle, dalla temperatura, dal catalizzatore e da altri fattori.
Concentrazione di reagenti: In generale, un aumento della concentrazione di un reagente aumenta la velocità di reazione a causa della maggiore interfaccia e quindi del maggiore trasferimento di fase tra le particelle del reagente.
Dimensione delle particelle: Quando uno dei reagenti è una particella solida, allora non può essere visualizzato nell'equazione di velocità, poiché l'equazione di velocità mostra solo concentrazioni e i solidi non possono avere una concentrazione poiché si trovano in una fase diversa. Tuttavia, la dimensione delle particelle del solido influisce sulla velocità di reazione dovuta all'area superficiale disponibile per il trasferimento di fase.
Temperatura di reazione: La temperatura è correlata alla costante di velocità tramite l'equazione di Arrhenius: k = Ae-Ea/RT
Dove Ea è l'energia di attivazione, R è la costante universale del gas e T è la temperatura assoluta in Kelvin. A è il fattore di Arrhenius (frequenza). e-Ea/RT dà il numero di particelle sotto la curva che hanno energia maggiore dell'energia di attivazione, Ea.
Catalizzatore: Nella maggior parte dei casi, le reazioni si verificano più velocemente con un catalizzatore perché richiedono meno energia di attivazione. I catalizzatori eterogenei forniscono una superficie di riferimento alla quale si verifica la reazione, mentre i catalizzatori omogenei formano prodotti intermedi che rilasciano il catalizzatore durante una fase successiva del meccanismo.
Altri fattori: Altri fattori come la luce possono influenzare alcune reazioni (fotochimica).

Sostituzione Nucleofila

La sostituzione nucleofila è una classe fondamentale di reazioni nella chimica organica (e inorganica), in cui un nucleofilo si lega selettivamente sotto forma di base di Lewis (come donatore di elettroni) con un complesso organico con o attacca la carica positiva o parzialmente positiva (+ve) di un atomo o di un gruppo di atomi per sostituire un gruppo in uscita. L'atomo positivo o parzialmente positivo, che è l'accettore della coppia di elettroni, è detto elettrofilo. L'intera entità molecolare dell'elettrofilo e del gruppo uscente viene solitamente chiamato substrato.
La sostituzione nucleofila può essere osservata come due percorsi diversi – il valore Sn1 e Sn2 reazioni. Quale forma di meccanismo di reazione – sn1 o Sn2 – avviene, è in funzione della struttura dei composti chimici, del tipo di nucleofilo e del solvente.

Tipi di disattivazione del catalizzatore

  • Avvelenamento da catalizzatore è il termine per la forte chemisorption delle specie nei siti catalitici che bloccano i siti di reazione catalitica. L'avvelenamento può essere reversibile o irreversibile.
  • Il fouling si riferisce ad una degradazione meccanica del catalizzatore, dove le specie dalla fase fluida si depositano sulla superficie catalitica e nei pori del catalizzatore.
  • La degradazione termica e la sinterizzazione provoca la perdita di superficie catalitica, area di supporto e reazioni attive di supporto di fase.
  • Per formazione di vapore si intende una forma di degradazione chimica, in cui la fase gassosa reagisce con la fase catalizzatrice per produrre composti volatili.
  • Le reazioni vapore-solido e solido-solido-solido provocano la disattivazione chimica del catalizzatore. Il vapore, il supporto o il promotore reagisce con il catalizzatore in modo da produrre una fase inattiva.
  • L'attrito o lo schiacciamento delle particelle del catalizzatore provoca la perdita di materiale catalitico a causa dell'abrasione meccanica. La superficie interna del catalizzatore viene persa a causa dello schiacciamento meccanico della particella del catalizzatore.