高出力超音波処理による化学反応器効率の最適化

超音波処理は、化学反応を強めたり、開始したり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見なされています。ヒールシャー超音波は、化学プロセスを微調整するためのさまざまな反応器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!

超音波強化化学反応器の利点

  • 優れた効率
  • precise control
  • バッチおよびインライン
  • ステンレス鋼、ガラス、ハステロイなど
  • 適応性
  • 線形スケーラビリティ
  • 低メンテナンス
  • シンプルで安全な操作
  • 簡単な後付け
高輝度超音波処理は、収率を高め、転化率を改善し、化学システムに有益に影響を与えるために化学反応器に導入される。

反応効率を向上させるための化学反応器内の高強度超音波。写真は4xの原子炉MSR-4を示しています 4000ワットの超音波装置 (合計16kWのパワー超音波)。

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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)を統合することで、強力な超音波を化学反応器に結合することができます。液体およびスラリーの強烈な超音波処理は、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る複数の効果で知られています。

ソノケミストリーとは?どのように反応を促進するのでしょうか?

ヒールシャーのUIP1000hdT(1kW)超音波装置での超音波キャビテーション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。

Video shows ultrasonic cavitation in water using an ultrasonic homogenizer (UP400S, Hielscher). When sonicating liquids at high intensities, the sound waves that propagate into the liquid media result in alternating high-pressure (compression) and low-pressure (rarefaction) cycles, with rates depending on the frequency. During the low-pressure cycle, high-intensity ultrasonic waves create small vacuum bubbles or voids in the liquid. When the bubbles attain a volume at which they can no longer absorb energy, they collapse violently during a high-pressure cycle. This phenomenon is termed cavitation.

Ultrasonic Cavitation in Liquids

Video Thumbnail

ソノケミストリーの化学的効果(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、有機触媒などの多く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, 鈴木カップリング, ディールス・アルダー反応, マンニッヒ反応, マイケルの足し算、ヴルツ型カップリングなど。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、収率の向上、反応の加速、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より貢献します。

ソノケミカルリアクターの応用

  • 異種化学
  • 相間移動触媒
  • 有機化学
  • 高分子化学
  • 合成
  • 均一反応
  • 生化学(超音波処理酵素反応器)
  • 抽出
  • 沈殿/結晶化
  • 電気化学
  • 環境修復
  • パイロケミストリー
UIP2000hdT - 集中的な処理のための化学バッチ反応器を備えた2000W高性能超音波装置。

超音波装置 UIP2000hdT 集中処理のためのソノリアクター付き。

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超音波駆動化学バッチ反応器

ボトムアップナノ粒子合成、触媒反応および他の多くのものを含むソノケミカル用途のための超音波攪拌反応器。超音波装置の開放型または密閉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ある。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番目の化学物質が連続流速で(例えば、副反応を防ぐための低速供給で)添加され、超音波ホットスポットで結合されます。あるいは、反応器内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され得る最終生成物の中間体が連続的に除去される。

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反応器とも呼ばれるフロースルー反応器では、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の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反応器は、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。

超音波処理および音響化学反応は、バッチ反応器および連続フローセル反応器で実行することができる。

写真は、 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)。

工業プロセス用の超音波バッチリアクター。

ステンレス鋼製のクローズドバッチリアクターには、 超音波装置 UIP2000hdT (2kW、20kHz).

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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群には、バッチモードおよびフロースルーモード用の実験室および産業用大規模ソノアアクターの様々なタイプおよびクラスが含まれています。ヒールシャー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、優れた全体的な効率など – バッチ式およびフロースルー式反応器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ー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合わせ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。

ヒールシャー超音波は、最適な反応出力のためのすべての主要な影響要因を考慮してソノケミカル反応器を設計します。

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と、その後の大規模への完全に直線的なスケールアップが可能になります。

正確な超音波処理制御

ヒールシャー超音波装置は、ブラウザ制御を介して遠隔操作することができます。超音波処理パラメータは、プロセス要件に合わせて正確に監視および調整することができます。デジタルカラーディスプレイと、内蔵SDカードに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。特定の反応ごとに、最適な超音波振幅、超音波出力入力、温度、圧力を決定できます。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可能な温度センサーが装備されており、液体に挿入してバルク温度を一定に測定することができます。洗練されたソフトウェアにより、温度範囲を設定できます。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入手できるコンポーネント

インライン処理用のソノケミカルリアクター。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。

化学反応器用にカスタマイズされたソリューション

ヒールシャーは、ステンレス鋼またはガラス製の様々なサイズおよび形状の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、お客様の特定のプロセス要件の分析および設計の基礎を考慮して、お客様の特別な化学反応器容器を製造してうれしいです。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。

ヒールシャー化学ソノ反応器の利点

  • バッチ式およびインライン式反応器
  • 工業用グレード
  • 全負荷時の24/7/365動作
  • あらゆる容量と流量に対応
  • さまざまな原子炉容器設計
  • 温度制御
  • 加圧式
  • お手入れが簡単
  • インストールが簡単
  • 安全に操作可能
  • 堅牢性 + 低メンテナンス
  • オプションで自動化

以下の表は、超音波装置のおおよその処理能力を示しています。

バッチボリューム流量推奨デバイス
1〜500mL10〜200mL/分UP100Hシリーズ
10〜2000mL20〜400mL/minUP200HT, UP400セント
0.1〜20L0.2〜4L / minUIP2000hdT
10〜100L2〜10L/minUIP4000hdt
N.A.さん10〜100L/minUIP16000
N.A.さん大きいクラスタ UIP16000

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超音波高剪断ホモジナイザーは、実験室、ベンチトップ、パイロット、工業処理で使用されます。

ヒールシャー超音波は、実験室、パイロットおよび工業規模での混合用途、分散、乳化および抽出のための高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

ヒールシャー超音波は、高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。 ラボ 宛先 工業用サイズ。


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