ულტრაბგერითი გაძლიერებული ფიქსირებული საწოლის რეაქტორები
- ულტრაბგერითი შერევა და დისპერსია ააქტიურებს და აძლიერებს კატალიზურ რეაქციას ფიქსირებული ფსკერის რეაქტორებში.
- Sonication აუმჯობესებს მასის გადაცემას და ამით ზრდის ეფექტურობას, კონვერტაციის სიჩქარეს და მოსავლიანობას.
- დამატებითი სარგებელი არის კატალიზატორის ნაწილაკებიდან პასიური დაბინძურების ფენების მოცილება ულტრაბგერითი კავიტაციის გზით.
ფიქსირებული საწოლის კატალიზატორები
ფიქსირებული საწოლები (ზოგჯერ ასევე უწოდებენ შეფუთულ საწოლს) ჩვეულებრივ დატვირთულია კატალიზატორის მარცვლებით, რომლებიც, როგორც წესი, გრანულებია 1-5 მმ დიამეტრით. ისინი შეიძლება ჩაიტვირთოს რეაქტორში ერთი საწოლის სახით, ცალკე ჭურვის სახით ან მილებში. კატალიზატორები ძირითადად დაფუძნებულია ლითონებზე, როგორიცაა ნიკელი, სპილენძი, ოსმიუმი, პლატინა და როდიუმი.
ჰეტეროგენულ ქიმიურ რეაქციებზე დენის ულტრაბგერითი ზემოქმედება კარგად არის ცნობილი და ფართოდ გამოიყენება სამრეწველო კატალიზური პროცესებისთვის. კატალიზური რეაქციები ფიქსირებული საწოლის რეაქტორში ასევე შეიძლება ისარგებლოს ულტრაბგერითი დამუშავებით. ფიქსირებული საწოლის კატალიზატორის ულტრაბგერითი დასხივება წარმოქმნის მაღალ რეაქტიულ ზედაპირებს, ზრდის მასის ტრანსპორტირებას თხევად ფაზასა (რეაგენტებს) და კატალიზატორს შორის და აშორებს პასიური საფარებს (მაგ. ოქსიდის ფენებს) ზედაპირიდან. მყიფე მასალების ულტრაბგერითი ფრაგმენტაცია ზრდის ზედაპირის ფართობებს და ამით ხელს უწყობს აქტივობის გაზრდას.
უპირატესობები
- გაუმჯობესებული ეფექტურობა
- გაზრდილი რეაქტიულობა
- გაზრდილი კონვერტაციის მაჩვენებელი
- უფრო მაღალი მოსავლიანობა
- კატალიზატორის გადამუშავება
კატალიზური რეაქციების ულტრაბგერითი გაძლიერება
ულტრაბგერითი შერევა და აგზნება აუმჯობესებს კონტაქტს რეაქტორსა და კატალიზატორის ნაწილაკებს შორის, ქმნის მაღალ რეაქტიულ ზედაპირებს და იწყებს და/ან აძლიერებს ქიმიურ რეაქციას.
ულტრაბგერითი კატალიზატორის მომზადებამ შეიძლება გამოიწვიოს ცვლილებები კრისტალიზაციის ქცევაში, დისპერსიულ / დეაგლომერაციაში და ზედაპირის თვისებებში. გარდა ამისა, წინასწარ ჩამოყალიბებული კატალიზატორების მახასიათებლებზე შეიძლება გავლენა იქონიოს პასიური ზედაპირული ფენების მოცილებით, უკეთესი დისპერსიით, მასის გადაცემის გაზრდით.
დააწკაპუნეთ აქ, რომ გაიგოთ მეტი ულტრაბგერითი ეფექტების შესახებ ქიმიურ რეაქციებზე (სონოქიმია)!
მაგალითები
- Ni კატალიზატორის ულტრაბგერითი წინასწარი დამუშავება ჰიდროგენიზაციის რეაქციებისთვის
- გაჟღენთილი Raney Ni კატალიზატორი ღვინის მჟავით იწვევს ძალიან მაღალ ენანტიოსელექტიურობას
- ულტრაბგერითი მომზადებული Fischer-Tropsch კატალიზატორები
- სონოქიმიურად დამუშავებული ამორფული ფხვნილის კატალიზატორები გაზრდილი რეაქტიულობისთვის
- ამორფული ლითონის ფხვნილების სონოსინთეზი
ულტრაბგერითი კატალიზატორის აღდგენა
მყარი კატალიზატორები ფიქსირებული ფსკერის რეაქტორებში ძირითადად შერიკული მძივების ან ცილინდრული მილების სახითაა. ქიმიური რეაქციის დროს კატალიზატორის ზედაპირი პასიურდება დაბინძურებული ფენით, რაც იწვევს კატალიზური აქტივობის და/ან სელექციურობის დაკარგვას დროთა განმავლობაში. კატალიზატორის დაშლის დროის მასშტაბები მნიშვნელოვნად განსხვავდება. მაშინ როცა, მაგალითად, კატალიზატორის სიკვდილიანობა კრეკინგის კატალიზატორის დროს შეიძლება მოხდეს წამებში, რკინის კატალიზატორი, რომელიც გამოიყენება ამიაკის სინთეზში, შეიძლება გაგრძელდეს 5-10 წლის განმავლობაში. თუმცა, კატალიზატორის დეაქტივაცია შეიძლება შეინიშნოს ყველა კატალიზატორისთვის. მიუხედავად იმისა, რომ შეიძლება შეინიშნოს კატალიზატორის დეაქტივაციის სხვადასხვა მექანიზმები (მაგ. ქიმიური, მექანიკური, თერმული), დაბინძურება კატალიზატორის დაშლის ერთ-ერთი ყველაზე ხშირი სახეობაა. დაბინძურება გულისხმობს სახეობების ფიზიკურ დეპონირებას სითხის ფაზიდან ზედაპირზე და კატალიზატორის ფორებში, რითაც ბლოკავს რეაქტიულ ადგილებს. კატალიზატორის დაბინძურება კოქსით და ნახშირბადით არის სწრაფი პროცესი და შეიძლება შეიცვალოს რეგენერაციით (მაგ. ულტრაბგერითი მკურნალობა).
ულტრაბგერითი კავიტაცია წარმატებული მეთოდია კატალიზატორის ზედაპირიდან პასიური დაბინძურებული ფენების მოსაშორებლად. ულტრაბგერითი კატალიზატორის აღდგენა, როგორც წესი, ხორციელდება ნაწილაკების გაჟღერებით სითხეში (მაგ. დეიონიზებული წყალი) დაბინძურების ნარჩენების მოსაშორებლად (მაგ. პლატინის/სილიციუმის ბოჭკოვანი pt/SF, ნიკელის კატალიზატორები).
ულტრაბგერითი სისტემები
Hielscher Ultrasonics გთავაზობთ სხვადასხვა ულტრაბგერითი პროცესორებს და ვარიაციებს ელექტროენერგიის ულტრაბგერითი ინტეგრაციისთვის ფიქსირებული საწოლის რეაქტორებში. სხვადასხვა ულტრაბგერითი სისტემები ხელმისაწვდომია ფიქსირებული საწოლის რეაქტორებში დასაყენებლად. უფრო რთული რეაქტორების ტიპებისთვის, ჩვენ გთავაზობთ მორგებული ულტრაბგერითი გადაწყვეტილებები.
ულტრაბგერითი გამოსხივების ქვეშ თქვენი ქიმიური რეაქციის შესამოწმებლად, გთხოვთ, ეწვიოთ ჩვენს ულტრაბგერითი პროცესის ლაბორატორიას და ტექნიკურ ცენტრს Teltow-ში!
დაგვიკავშირდით დღესვე! მოხარული ვართ განვიხილოთ თქვენთან ერთად თქვენი ქიმიური პროცესის ულტრაბგერითი გაძლიერება!
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:
ულტრაბგერითი ნაკადის სისტემა
- ჰიდროგენიზაცია
- ალცილაცია
- ციანაცია
- ეთერიფიკაცია
- ესტერიფიკაცია
- პოლიმერიზაცია
- ალილაცია
- ბრომირება
(მაგ. Ziegler-Natta კატალიზატორები, metallocens)
ლიტერატურა/ცნობარი
- არგილი, მედიცინის დოქტორი; ბართლომე, CH (2015): ჰეტეროგენული კატალიზატორის დეაქტივაცია და რეგენერაცია: მიმოხილვა. კატალიზატორები 2015, 5, 145-269.
- ოზა, რ. Patel, S. (2012): ნიკელის აღდგენა დახარჯული Ni/Al2O3 კატალიზატორებიდან მჟავა გამორეცხვის, ჩელაციისა და ულტრაბგერითი გამომუშავების გამოყენებით. კვლევის ჟურნალი უახლესი მეცნიერებების ტ. 1; 2012. 434-443.
- სანა, ს. რაჟანა, კ.ჩ. რედი, KR; ბოოშანი, მ. ვენკატესვარლუ, მ. კუმარი, MS; Uppalaiah, K. (2012): არომატული ნაერთების ულტრაბგერითი დამხმარე რეგიონალური სელექციური ნიტრაცია V და VI ჯგუფის ლითონის მარილების თანდასწრებით. მწვანე და მდგრადი ქიმია, 2012, 2, 97-111.
- სუსლიკი, კს; Skrabalak, SE (2008): “სონოკატალიზი” In: Handbook of Heterogeneous Catalysis, ტ. 4; ერტლ, გ. კნოზინგერი, ჰ. შუტი, ფ. Weitkamp, J., (რედ.). Wiley-VCH: Weinheim, 2008. 2006-2017 წწ.
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
ულტრაბგერითი კავიტაცია და სონოქიმია
სიმძლავრის ულტრაბგერითი სითხეების და ლპობის შეერთება იწვევს აკუსტიკური კავიტაცია. აკუსტიკური კავიტაცია ეხება ორთქლით სავსე სიცარიელეების სწრაფი წარმოქმნის, ზრდისა და იმპულსური კოლაფსის ფენომენს. ეს ქმნის ძალიან ხანმოკლე „ცხელ წერტილებს“ ექსტრემალური ტემპერატურის მწვერვალებით 5000K-მდე, ძალიან მაღალი გათბობა/გაგრილების სიჩქარე 10-ზე მეტი.9კს-1, და წნევა 1000atm შესაბამისი დიფერენციალებით – ყველაფერი ნანოწამის სიცოცხლის განმავლობაში.
კვლევის სფერო სონოქიმია იკვლევს ულტრაბგერის ეფექტს სითხეებში აკუსტიკური კავიტაციის ფორმირებაში, რომელიც იწყებს და/ან აძლიერებს ქიმიურ აქტივობას ხსნარში.
ჰეტეროგენული კატალიზური რეაქციები
ქიმიაში ჰეტეროგენული კატალიზი ეხება კატალიზური რეაქციის ტიპს, სადაც კატალიზატორისა და რეაქტანტების ფაზები განსხვავდება ერთმანეთისგან. ჰეტეროგენული ქიმიის კონტექსტში, ფაზა გამოიყენება არა მხოლოდ მყარი, თხევადი და აირის გასარჩევად, არამედ ის ასევე ეხება შეურევ სითხეებს, მაგალითად, ზეთს და წყალს.
ჰეტეროგენული რეაქციის დროს, ერთი ან მეტი რეაგენტი განიცდის ქიმიურ ცვლილებას ინტერფეისზე, მაგ., მყარი კატალიზატორის ზედაპირზე.
რეაქციის სიჩქარე დამოკიდებულია რეაგენტების კონცენტრაციაზე, ნაწილაკების ზომაზე, ტემპერატურაზე, კატალიზატორზე და შემდგომ ფაქტორებზე.
რეაგენტის კონცენტრაცია: ზოგადად, რეაქტიული ნივთიერების კონცენტრაციის ზრდა ზრდის რეაქციის სიჩქარეს უფრო დიდი ინტერფეისის გამო და, შესაბამისად, უფრო დიდი ფაზის გადაცემის გამო რეაქტიულ ნაწილაკებს შორის.
Ნაწილაკების ზომა: როდესაც ერთ-ერთი რეაგენტი არის მყარი ნაწილაკი, მაშინ ის არ შეიძლება იყოს ნაჩვენები სიჩქარის განტოლებაში, რადგან სიჩქარის განტოლება აჩვენებს მხოლოდ კონცენტრაციებს და მყარ ნაწილებს არ შეუძლიათ კონცენტრაცია, რადგან სხვა ფაზაში არიან. თუმცა, მყარი ნაწილაკების ზომა გავლენას ახდენს რეაქციის სიჩქარეზე ფაზის გადაცემისთვის ხელმისაწვდომი ზედაპირის ფართობის გამო.
რეაქციის ტემპერატურა: ტემპერატურა დაკავშირებულია სიჩქარის მუდმივთან არენიუსის განტოლების მეშვეობით: k = Ae-Ea/RT
სადაც Ea არის აქტივაციის ენერგია, R არის გაზის უნივერსალური მუდმივი და T არის აბსოლუტური ტემპერატურა კელვინში. A არის არენიუსის (სიხშირის) ფაქტორი. ე-Ea/RT იძლევა მრუდის ქვეშ მყოფი ნაწილაკების რაოდენობას, რომელთა ენერგია უფრო დიდია ვიდრე აქტივაციის ენერგია, Ea.
კატალიზატორი: უმეტეს შემთხვევაში, რეაქციები უფრო სწრაფად ხდება კატალიზატორით, რადგან ისინი საჭიროებენ ნაკლებ აქტივაციის ენერგიას. ჰეტეროგენული კატალიზატორები უზრუნველყოფენ შაბლონის ზედაპირს, რომელზეც ხდება რეაქცია, ხოლო ჰომოგენური კატალიზატორები ქმნიან შუალედურ პროდუქტებს, რომლებიც ათავისუფლებენ კატალიზატორს მექანიზმის შემდგომ ეტაპზე.
სხვა ფაქტორები: სხვა ფაქტორებმა, როგორიცაა სინათლე, შეიძლება გავლენა მოახდინოს გარკვეულ რეაქციებზე (ფოტოქიმია).
ნუკლეოფილური ჩანაცვლება
ნუკლეოფილური ჩანაცვლება არის რეაქციების ფუნდამენტური კლასი ორგანულ (და არაორგანულ) ქიმიაში, რომელშიც ნუკლეოფილი შერჩევით აკავშირებს ლუისის ფუძის სახით (როგორც ელექტრონული წყვილის დონორი) ორგანულ კომპლექსთან ერთად ან უტევს პოზიტიურ ან ნაწილობრივ დადებითს (+ve) ატომის ან ატომების ჯგუფის მუხტი წასული ჯგუფის შესაცვლელად. დადებით ან ნაწილობრივ დადებით ატომს, რომელიც არის ელექტრონული წყვილის მიმღები, ეწოდება ელექტროფილი. ელექტროფილისა და გამომავალი ჯგუფის მთელ მოლეკულურ ერთეულს ჩვეულებრივ სუბსტრატს უწოდებენ.
ნუკლეოფილური ჩანაცვლება შეიძლება შეინიშნოს როგორც ორი განსხვავებული გზა – სნ1 და სნ2 რეაქცია. რეაქციის რომელი ფორმის მექანიზმი – სნ1 ან სნ2 – ხდება, დამოკიდებულია ქიმიური ნაერთების სტრუქტურაზე, ნუკლეოფილის ტიპზე და გამხსნელზე.
კატალიზატორის დეაქტივაციის სახეები
- კატალიზატორის მოწამვლა არის ტერმინი სახეობების ძლიერი ქიმისორბციისთვის კატალიზურ ადგილებში, რომლებიც ბლოკავს უბნებს კატალიზური რეაქციისთვის. მოწამვლა შეიძლება იყოს შექცევადი ან შეუქცევადი.
- დაბინძურება გულისხმობს კატალიზატორის მექანიკურ დეგრადაციას, სადაც სითხის ფაზის სახეობები დეპონირდება კატალიზატორის ზედაპირზე და კატალიზატორის ფორებში.
- თერმული დეგრადაცია და შედუღება იწვევს კატალიზური ზედაპირის ფართობის, დამხმარე ფართობის და აქტიური ფაზის დამხმარე რეაქციების დაკარგვას.
- ორთქლის წარმოქმნა ნიშნავს ქიმიურ დეგრადაციის ფორმას, სადაც აირის ფაზა რეაგირებს კატალიზატორის ფაზასთან და წარმოქმნის აქროლად ნაერთებს.
- ორთქლი-მყარი და მყარ-მყარი რეაქციები იწვევს კატალიზატორის ქიმიურ დეაქტივაციას. ორთქლი, საყრდენი ან პრომოტორი რეაგირებს კატალიზატორთან ისე, რომ წარმოიქმნება არააქტიური ფაზა.
- კატალიზატორის ნაწილაკების გაფუჭება ან ჩახშობა იწვევს კატალიზური მასალის დაკარგვას მექანიკური აბრაზიის გამო. კატალიზატორის შიდა ზედაპირის ფართობი იკარგება კატალიზატორის ნაწილაკების მექანიკური ჩახშობის გამო.