고출력 초음파에 의한 최적화된 화학 반응기 효율

초음파는 화학 반응을 강화 및 / 또는 시작하는 것으로 잘 알려져 있습니다. 따라서 고성능 초음파의 통합은 향상된 반응 결과를 위해 화학 반응기를 촉진하는 신뢰할 수 있는 도구로 간주됩니다. Hielscher 초음파는 화학 공정을 조정할 수있는 다양한 반응기 솔루션을 제공합니다. 초음파가 화학 반응기를 어떻게 개선할 수 있는지 알아보십시오!

Power Ultrasound는 화학 반응기를 어떻게 개선합니까?

하나 이상의 초음파 프로브 (sonotrodes)의 통합으로 강력한 초음파를 화학 반응기에 결합 할 수 있습니다. 액체 및 슬러리의 강렬한 초음파는 음향 진동으로 인해 강한 난기류를 생성 할뿐만 아니라 "초음파 화학"이라는 용어로 정의 된 여러 효과로 알려져 있습니다.

Sonochemistry 란 무엇입니까? 어떻게 반응을 촉진합니까?

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, 최대 ∼1000 bar의 압력과 각각의 온도 및 압력 차이. 액체 또는 슬러리는 액체 제트와 전단력에 의해 심하게 교반됩니다.

초음파 화학의 화학적 효과 (예 : 라디칼 종의 형성, 분자의 굴곡 등) 및 물리적 / 물리 기계적 효과는 유기 촉매 작용과 같은 수많은 화학 반응에 성공적으로 적용됩니다. 유기 촉매 반응, 위상 전이 반응, 나노 입자 합성, 침전 / 결정화, 졸-겔 반응, 스즈키 커플 링, Diels-Alder 반응, Mannich 반응, 마이클 애디션, Wurtz 유형 연결 및 많은 다른 사람. Sonochemically 촉진 반응은 종종 크게 증가 된 전환율, 더 높은 수율, 가속 반응, 더 완전한 반응을 보여주며, 주변 조건에서 더 가벼운 용매와 함께 사용할 수 있고, 원치 않는 부산물을 덜 생성하고, 녹색 화학에 대한 높은 효율성으로 인해 기여합니다.

초음파 기반 화학 배치 반응기

초음파기를 개방형 또는 폐쇄형 배치 반응기에 통합하는 것은 실험실, 파일럿 플랜트 및 생산 시설에서 반응을 가속화하기 위해 일반적으로 적용되는 기술입니다. 용기 크기, 형상 및 화학 반응 시스템에 따라 하나 또는 여러 개의 소노트로드를 배치 반응기에 통합할 수 있습니다. 초음파는 또한 종종 개선하는 데 사용됩니다 연속적으로 교반된 반응기 (CSTR)입니다.

초음파 세미 배치 반응기: 물론, 초음파 처리는 반배치 반응기에도 통합 될 수 있습니다. 세미 배치 시스템의 경우 하나의 화학 반응물이 반응기에 로드되고 두 번째 화학 물질이 연속적인 유속(예: 부반응을 방지하기 위해 느린 공급)으로 추가되어 초음파 핫스팟에서 결합됩니다. 대안적으로, 반응기에서의 반응으로부터 결과되는 화학 반응의 생성물, 예를 들어, 합성된 침전물 또는 결정, 또는 상 분리로 인해 제거될 수 있는 최종 생성물의 중간물이 연속적으로 제거된다.

초음파 교반 화학 유동 반응기

플로우 셀 또는 인라인 반응기라고도 하는 플로우 스루 반응기에서 반응물은 하나 또는 여러 개의 공급 포트를 통해 반응 챔버로 공급되어 화학 반응이 발생합니다. 특정 반응이 발생하는 데 필요한 특정 머무름 시간이 지나면 매체는 반응기에서 지속적으로 배출됩니다. 초음파 플로우 셀과 인라인 반응기는 제품의 중단 없는 생산을 가능하게 하며, 이는 시약의 지속적인 공급에만 의존합니다.

그림은 보여줍니다 초음파기 UIP1000hdT 배치 반응기(왼쪽)와 인라인 처리를 위한 플로우 셀 반응기(오른쪽).

고성능 화학 소노반응기

Hielscher 초음파는 화학 반응을 안정적으로 개선 할 수있는 소노 화학 반응기 및 고성능 초음파 장비에 대한 신뢰할 수있는 제조업체입니다. Hielscher 초음파 제품 범위에는 배치 및 플로우 스루 모드를위한 다양한 유형과 등급의 실험실 및 산업용 대규모 초음파 탐지기가 포함됩니다. Hielscher 고성능 프로브 형 초음파를 사용하면 여러 가지 발전이 있습니다 – 향상된 반응 속도, 보다 완전한 변환, 더 높은 수율, 정밀한 반응 제어 및 우수한 전체 효율성과 같은 – 배치 및 플로우 스루 반응기에서 안정적으로 달성됩니다. 고성능 및 견고성을 위해 설계된 Hielscher 초음파 발생기 및 소노 반응기는 까다로운 환경 및 중장비 응용 분야에서 가혹한 화학 물질과 함께 사용하도록 설치할 수 있습니다.
Hielscher 초음파 반응기는 음압 필드가 균일하게 확장 될 수 있도록 매체의 균일 한 초음파 조사에 초점을 맞추도록 설계되었습니다. 이 요구 사항을 충족하면 초음파가 가장 높은 공정 강화를 달성하기 때문에 초음파 화학 반응의 전반적인 효율성이 향상됩니다.

초음파 화학 반응기에서 발생하는 현상의 개략도.
그림 및 연구: ©Dahlem et al., 1999.

제품 범위는 R 용 소형 실험실 초음파를 포함합니다&D, 강력한 벤치 탑 및 파일럿 초음파 시스템뿐만 아니라 대량 생산을위한 완전 산업용 등급 장비. 이를 통해 소규모에서 위험 없는 타당성 테스트를 수행할 수 있으며 이후 더 큰 볼륨으로 완전히 선형적으로 확장할 수 있습니다.

정확한 초음파 처리 제어

디지털 컬러 디스플레이와 통합 SD 카드의 원격 브라우저 제어 및 자동 데이터 프로토콜링 기능이 있는 스마트 소프트웨어를 통해 소노 화학 반응기의 초음파 매개변수를 정교하게 설정하고 모니터링할 수 있습니다.
초음파 화학 유도 반응의 장점은 공정 최적화를 통해 안정적으로 달성할 수 있는 효율성입니다. 최적의 초음파 진폭, 초음파 전원 입력, 온도 및 압력은 각 특정 반응에 대해 결정될 수 있습니다. 이를 통해 최적의 반응 결과와 효율성을 얻을 수 있도록 이상적인 초음파 처리 매개 변수를 찾을 수 있습니다.

온도 제어

당사의 모든 디지털 초음파기에는 지속적인 온도 모니터링을 위한 플러그형 온도 센서가 장착되어 있으며, 벌크 온도를 지속적으로 측정하기 위해 액체에 삽입할 수 있습니다. 정교한 소프트웨어를 통해 온도 범위를 설정할 수 있습니다. 온도 한계를 초과하면 액체의 온도가 특정 설정 점까지 내려갈 때까지 초음파기가 자동으로 일시 중지되고 자동으로 다시 초음파 처리가 시작됩니다. 모든 온도 측정 및 기타 중요한 초음파 공정 데이터는 내장 SD 카드에 자동으로 기록되며 공정 제어를 위해 쉽게 수정할 수 있습니다.
Hielscher의 Sonochemical 반응기는 냉각 재킷과 함께 사용할 수 있습니다. 또한 열교환기와 냉각 장치를 연결하여 원하는 공정 온도를 보장할 수 있습니다.

이상적인 화학 반응기를 조립하기 위해 쉽게 사용할 수 있는 구성 요소

쉽게 구할 수 있는 초음파 장치, 프로브(소노트로드), 부스터 혼, 배치 반응기 및 플로우 셀의 광범위한 포트폴리오와 수많은 추가 액세서리를 통해 특정 공정에 이상적인 초음파 화학 반응기(소노 반응기)를 구성할 수 있습니다.
모든 장비는 음향 캐비테이션의 균일한 분포와 안정적인 흐름 패턴을 위해 이미 최적화되어 있으며, 이는 초음파 교반 화학 반응기에서 균일하고 신뢰할 수 있는 결과를 얻기 위한 가장 중요한 설계 측면입니다.
원치 않는 산화는 불활성 가스(예: 질소 블랭킷)로 반응기를 퍼지하여 방지할 수 있습니다.

화학 반응기를 위한 맞춤형 솔루션

Hielscher는 스테인레스 스틸 또는 유리로 만든 다양한 크기와 형상의 다양한 배치 및 인라인 반응기 솔루션을 제공하지만, 특정 공정 요구 사항의 분석 및 설계 기본 사항을 고려하여 특수 화학 반응기 용기를 제조하게되어 기쁩니다. 오랜 경험을 쌓은 엔지니어 및 기술 개발자 팀과 함께 귀하의 요구 사항을 충족하는 화학 반응기를 설계합니다. 예를 들어, 크기, 재료, 형상, 공급 및 배출 포트, 초음파 프로브의 수 등을 설계하여 화학 공정에 이상적인 초음파 촉진 화학 반응기를 만들 수 있습니다.

아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.