高出力超音波処理による化学反応器の効率の最適化

超音波処理は、化学反応を激化および/または開始することがよく知られています。したがって、高性能超音波の統合は、反応結果を改善するために化学反応器を促進するための信頼できるツールと考えられています。ヒールシャー超音波は、あなたの化学プロセスを微調整するための様々な反応器のソリューションを提供しています。超音波が化学反応器をどのように改善できるかを学びましょう!

パワー超音波は化学反応器をどのように改善しますか?

1つ以上の超音波プローブ(ソノトロード)の統合により、強力な超音波を化学反応器に結合することができます。液体やスラリーの激しい超音波処理は、音響振動による強い乱流を引き起こすだけでなく、「ソノケミストリー」という用語で定義されている複数の効果で知られています。

ソノケミストリーとは?それはどのように反応を促進しますか?

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、最大約1000バールの圧力、およびそれぞれの温度と圧力差。液体またはスラリーは、液体ジェットとせん断力によって激しく攪拌されます。

ソノケミストリーの化学的影響(例えば、ラジカル種の形成、分子の屈曲など)および物理的/物理機械的効果は、有機触媒などの多数の化学反応にうまく適用されています。 有機触媒反応, 相間移動反応, ナノ粒子合成, 沈殿/結晶化, ゾルゲル反応, スズキカップリング, ディールス・アルダー反応, マンニッヒ反応, マイケル・アディション、ヴルツ型カップリングなど多数。音響化学的に促進された反応は、多くの場合、転化率の大幅な増加、より高い収率、加速された反応、より完全な反応を示し、周囲条件下でより穏やかな溶媒で使用でき、不要な副生成物が少なく、グリーンケミストリーへの高い効率に貢献します。

超音波駆動化学バッチ反応器

超音波装置の開放型または閉鎖型バッチ反応器への統合は、実験室、パイロットプラントおよび生産施設での反応を加速するために一般的に適用される技術です。容器のサイズ、形状、化学反応システムに応じて、1つまたは複数のソノトロードをバッチリアクターに組み込むことができます。超音波処理は、改善するためにもよく使用されます 連続撹拌反応器 (CSTR)です。

超音波セミバッチリアクター: もちろん、超音波処理はセミバッチ反応器に統合することもできます。セミバッチシステムの場合、1つの化学反応物が反応器にロードされ、2番目の化学反応が連続流速で(例えば、副反応を防ぐための低速供給で)追加され、超音波ホットスポットで結合されます。あるいは、反応器での反応から生じる化学反応の生成物、例えば、合成された沈殿物または結晶、または相分離により除去することができる最終生成物の中間体が連続的に除去されます。

超音波攪拌化学フロースルー反応器

フローセルまたはインラインリアクターとも呼ばれるフロースルーリアクターでは、反応物は1つまたは複数の供給ポートを介して反応チャンバーに供給され、そこで化学反応が起こります。特定の反応が起こるために必要な一定の保持時間の後、媒体は反応器から連続的に排出されます。超音波フローセルとインラインリアクターは、試薬の連続供給にのみ依存する製品の中断のない生産を可能にします。

写真はを示しています 超音波装置 UIP1000hdT バッチリアクター付き(左)とインライン処理用のフローセルリアクター付き(右)。

高性能化学ソノリアクター

ヒールシャー超音波は、ソノケミカルリアクターと高性能超音波装置のための信頼できるメーカーであり、確実にあなたの化学反応を改善することができます。ヒールシャー超音波製品範囲は、バッチおよびフロースルーモード用の実験室および工業用大規模ソノアアクターの様々なタイプとクラスが含まれています。ヒールシャーの高性能プローブ型超音波処理により、複数の進歩 – 反応速度の向上、より完全な変換、より高い収率、正確な反応制御、優れた全体効率など – バッチ式およびフロースルー式リアクターで確実に達成されます。高性能と堅牢性のために設計された、 ヒールシャー超音波装置とソノリアクター 過酷な化学物質での使用のために、要求の厳しい環境やヘビーデューティな用途に設置することができます。
ヒールシャー超音波反応器は、音圧場が均一に拡大できるように、媒体の均一な超音波照射に焦点を当てて設計されています。この要件を満たすと、超音波が最高のプロセス強化を達成するため、音響化学反応の全体的な効率が向上します。

ソノケミカルリアクターで起こっている現象の概略図。
写真と研究:©Dahlem et al.、1999。

製品範囲は、R用のコンパクトな実験室用超音波装置をカバーしています&D、強力なベンチトップおよびパイロット超音波システム、および大量生産用の完全工業用グレードの機器。これにより、小規模でのリスクのないフィージビリティテストが可能になり、その後、大規模に完全に直線的にスケールアップすることができます。

正確な超音波処理制御

デジタルカラーディスプレイと、統合されたSDカード上のリモートブラウザ制御と自動データプロトコルを備えたスマートソフトウェアにより、ソノケミカルリアクター内の超音波パラメータの高度な設定と監視が可能になります。
音響化学駆動反応の優れた点は、プロセスの最適化によって確実に達成できる効率です。最適な超音波振幅、超音波パワー入力、温度、圧力は、特定の反応ごとに決定できます。これにより、最適な反応結果と効率が達成されるように、理想的な超音波処理パラメータを見つけることができます。

温度制御

当社のすべてのデジタル超音波装置には、連続温度監視用のプラグ式温度センサーが装備されており、バルク温度を一定に測定するために液体に挿入できます。洗練されたソフトウェアにより、温度範囲の設定が可能です。温度限界を超えると、超音波装置は、液体中の温度が一定の設定値まで下がるまで自動的に一時停止し、自動的に再び超音波処理を開始します。すべての温度測定値やその他の重要な超音波プロセスデータは、内蔵SDカードに自動的に記録され、プロセス制御のために簡単に修正することができます。
ヒールシャーのソノケミカルリアクターは、冷却ジャケット付きで入手可能です。さらに、熱交換器とチラーユニットを接続して、目的のプロセス温度を確保できます。

理想的な化学反応器を組み立てるためのすぐに利用できるコンポーネント

すぐに利用できる超音波装置、プローブ(ソノトロード)、ブースターホーン、バッチリアクター、フローセル、および多数の追加アクセサリの大規模なポートフォリオにより、特定のプロセスに理想的な超音波化学反応器(ソノリアクター)を構成できます。
すべての機器は、超音波攪拌化学反応器で均質で信頼性の高い結果を得るための最も重要な設計面である音響キャビテーションと安定したフローパターンの均一な分布のためにすでに最適化されています。
不要な酸化は、窒素ブランケットなどの不活性ガスで反応器をパージすることで回避できます。

化学反応器のためのカスタマイズされたソリューション

ヒールシャーは、ステンレス鋼やガラスから作られた様々なサイズや形状で様々なバッチおよびインライン反応器ソリューションを提供していますが、我々は、あなたの特定のプロセス要件の分析と設計の基礎を考慮して、あなたの特別な化学反応器容器を製造することをうれしく思います。長年の経験豊かなエンジニアと技術開発者のチームにより、お客様の要求を満たす化学反応器を設計します。例えば、サイズ、材料、形状、供給および排出ポート、超音波プローブの数などは、あなたの化学プロセスのための理想的な超音波促進化学反応器を作るために設計することができます。

以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。