Reattori a letto fisso intensificati a ultrasuoni

Particolarità / Cose da sapere

Cavitazione ultrasonica e sonochimica

L'accoppiamento degli ultrasuoni di potenza con i liquidi e i fanghi consente di ottenere cavitazione acustica. La cavitazione acustica si riferisce al fenomeno della rapida formazione, crescita e collasso implosivo di vuoti pieni di vapore. Questo genera "punti caldi" di brevissima durata con picchi di temperatura estremi fino a 5000K, tassi di riscaldamento/raffreddamento molto elevati, superiori al 10⁹Ks^-1, e pressioni di 1000atm con i rispettivi differenziali – tutti nell'arco di un nanosecondo.
Il campo di ricerca di Sanochimica studia l'effetto degli ultrasuoni nella formazione della cavitazione acustica nei liquidi, che avvia e/o potenzia 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 differiscono tra loro. Nel contesto della chimica eterogenea, la fase non è usata solo per distinguere tra solido, liquido e gas, ma si riferisce anche a liquidi immiscibili, ad esempio olio e acqua.
Durante una reazione eterogenea, uno o più reagenti subiscono un cambiamento chimico 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 del reagente: In generale, l'aumento della concentrazione di un reagente aumenta la velocità di reazione a causa dell'interfaccia più ampia e quindi del maggiore trasferimento di fase tra le particelle di reagente.
Dimensione delle particelle: Quando uno dei reagenti è una particella solida, non può essere visualizzato nell'equazione di velocità, poiché l'equazione di velocità mostra solo le 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 a causa dell'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 dei gas e T è la temperatura assoluta in Kelvin. A è il fattore di Arrhenius (frequenza). e^-Ea/RT indica il numero di particelle sotto la curva che hanno un'energia superiore all'energia di attivazione, Ea.
Catalizzatore: Nella maggior parte dei casi, le reazioni avvengono più rapidamente con un catalizzatore perché richiedono una minore energia di attivazione. I catalizzatori eterogenei forniscono una superficie modello su cui avviene 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 coppie di elettroni) a 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 di partenza. L'atomo positivo o parzialmente positivo, che è l'accettore di coppie di elettroni, è chiamato elettrofilo. L'intera entità molecolare dell'elettrofilo e del gruppo lasciante è solitamente chiamata substrato.
La sostituzione nucleofila può essere osservata in due percorsi differenti – il S_N1 e S_N2 reazione. Quale forma di meccanismo di reazione – s_N1 o S_N2 – dipende dalla struttura dei composti chimici, dal tipo di nucleofilo e dal solvente.

Tipi di disattivazione del catalizzatore

• L'avvelenamento del catalizzatore è il termine che indica il forte chemiosorbimento di specie sui siti catalitici che bloccano i siti per la reazione catalitica. L'avvelenamento può essere reversibile o irreversibile.
• Il fouling si riferisce a una degradazione meccanica del catalizzatore, in cui le specie della fase fluida si depositano sulla superficie catalitica e nei pori del catalizzatore.
• La degradazione termica e la sinterizzazione comportano la perdita della superficie catalitica, dell'area di supporto e delle reazioni fase attiva-supporto.
• Per formazione di vapore si intende una forma di degradazione chimica in cui la fase gassosa reagisce con la fase catalitica per produrre composti volatili.
• Le reazioni vapore-solido e solido-solido portano alla disattivazione chimica del catalizzatore. Il vapore, il supporto o il promotore reagiscono con il catalizzatore producendo una fase inattiva.
• L'attrito o la frantumazione delle particelle di catalizzatore comporta la perdita di materiale catalitico a causa dell'abrasione meccanica. L'area superficiale interna del catalizzatore viene persa a causa della frantumazione meccanica delle particelle di catalizzatore.