Ultraskaņas intensificētie fiksētie gultas reaktori
- Ultraskaņas sajaukšana un dispersija aktivizē un pastiprina katalītisko reakciju stacionārās gultnes reaktoros.
- Ultraskaņu uzlabo masveida nodošanu un palielina tādējādi efektivitāti, konversijas likmi un ražu.
- Papildu ieguvums ir noņemšanas pasivējošiem nosēdumu slāņi no katalizatora daļiņas ar ultraskaņas kavitāciju.
Fiksētie gultas katalizatori
Fiksētie gultas (dažreiz sauc arī par iesaiņotiem gulta) parasti iekrauj katalizators granulas, kas parasti ir granulas ar diametriem no 1-5mm. Tos var iekraut reaktorā kā vienvietīgas gultas, atsevišķu čaulu veidā vai caurulēs. Katalizatori lielākoties balstās uz metāliem, piemēram, niķeļa, vara, Osmium, platīna un rodija.
Jaudas ultraskaņas ietekme uz heterogēnu ķīmisko reakciju ir labi zināma un plaši izmantota rūpniecisko katalītiskajiem procesiem. Katalītiskas reakcijas stacionārā gultnes reaktorā var gūt labumu arī no ultraskaņas apstrādes. Ultraskaņas apstarošana fiksētās gultnes katalizatoram rada ļoti reaģējošas virsmas, palielina masu transportu starp šķidro fāzi (reaģentus) un katalizatoru, kā arī noņem pasivātu pārklājumu (piemēram, oksīda slāņi) no virsmas. Ultraskaņas materiālu sadrumstalotība palielina virsmas laukumu un tādējādi veicina pastiprinātu aktivitāti.
Priekšrocības
- Uzlabota efektivitāte
- Pastiprināta reaktivitāte
- Palielināts konversijas likme
- lielāka raža
- Katalizatora otrreizējā pārstrāde
Ultraskaņas intensifikācija katalītisko reakciju
Ultraskaņas sajaukšana un uzbudinājums uzlabo saskari starp reakcionējošu un katalizatora daļiņām, rada ļoti reaģējošas virsmas un uzsāk un/vai uzlabo ķīmisko reakciju.
Ultraskaņas katalizatora preparāts var izraisīt izmaiņas kristalizācijas uzvedību, dispersijas/Deagglomeration un virsmas īpašības. Turklāt iepriekš formēto katalizatoru īpašības var ietekmēt noņemot pasivēšanas virsmas slāņus, labāk izkliedi, palielinot masveida pārvietošanu.
Uzklikšķināt šeit, lai uzzinātu vairāk par ultraskaņas ietekmi uz ķīmiskām reakcijām (Sonochemistry)!
Piemēri
- Ultraskaņas pirmapstrāde ni katalizators hidrogenēšanas reakcijas
- Sonicated Raney ni katalizators ar vīnskābi rada ļoti augstu enantioselektivitāti
- Ultraskaņas sagatavots Fišera-Tropsch katalizatori
- Sonoķīmiski apstrādāts amorfs pulvera katalizatori palielinātai reaktivitātei
- Amorfas metāla pulveru Sono sintēze
Ultraskaņas katalizators atgūšana
Cietie katalizatori stacionārās gultnes reaktoros lielākoties ir šerijas pērlītes vai cilindriskas caurules. Ķīmiskās reakcijas laikā katalizatora virsma ir ar aizsegi, radot katalītisku aktivitāti un/vai selektivitāti laika gaitā. Laika skalas katalizatora sabrukšanai ievērojami atšķiras. Lai gan, piemēram, katalizatora mirstība Krekinga Katalizatorā var rasties dažu sekunžu laikā, amonjaka sintēzē izmantotais dzelzs katalizators var ilgt 5 – 10 gadus. Tomēr katalizatora dezaktivēšanu var novērot visiem katalizatoriem. Lai gan var novērot dažādus mehānismus (piemēram, ķīmiskus, mehāniskus, termiskos) katalizatora atslēgšanu, piesārņošana ir viens no biežākajiem katalizatora sabrukšanas veidiem. Nosēdumi attiecas uz sugu fizisku nogulsnēšanos no plūstošās fāzes uz virsmas un katalizatora poras porās, līdz ar to reaktīvās vietas. Katalizatora nosēdšana ar koksu un oglekli ir ātrs process, un to var atcelt ar reģenerāciju (piemēram, ultraskaņas apstrāde).
Ultraskaņas kavitācija ir veiksmīga metode, lai atdalītu pasivējošiem nosēdumam slāņi no katalizatora virsmas. Ultraskaņas katalizatora reģenerāciju parasti veic, sonicējot daļiņas šķidrumā (piem., dejonizētu ūdeni), lai atdalītu nosēdtilpnes atliekas (piem., platīna/silīcija dioksīda šķiedras PT/SF, niķeļa katalizatoriem).
Ultraskaņas sistēmas
Hielscher Ultrasonics piedāvā dažādus ultraskaņas procesorus un variācijas par varas ultraskaņas integrēšanu fiksēto gultu reaktoros. Ir pieejamas dažādas ultraskaņas sistēmas, kas jāuzstāda fiksēto gultu reaktoros. Sarežģītākiem reaktoru veidiem mēs piedāvājam pielāgota ultraskaņas Risinājumus.
Lai testētu savu ķīmisko reakciju ar ultraskaņas starojumu, jūs esat laipni aicināti apmeklēt mūsu ultraskaņas procesa laboratoriju un tehnisko centru Teltow!
Sazinies ar mums jau šodien! Mēs priecājamies apspriest jūsu ķīmiskā procesa ultraskaņas intensifikāciju ar jums!
Zemāk redzamā tabula sniedz norādes par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu:
Ultraskaņas plūsmas sistēma
- Hidrogenēšanas
- Alcylācija
- Cianācija
- Ēterificējot
- Esterifikācijas
- Polimerizācijas
- Alkilēšana
- Brominācija
(piemēram, Ziegler-Natta katalizatori, metalloceni)
Literatūra / Literatūras saraksts
- Argyle, MD; Bartholomew, C.H. (2015): heterogēna katalizators deaktivēšana un reģenerācija: Review. Katalizatori 2015, 5, 145-269.
- No, R.; Patel, S. (2012): niķeļa atgūšana no izlietoti ni/Al2O3 katalizatoriem, izmantojot skābes izskalošanos, Helātēšana un ultrasonication. Pētniecības Vēstnesī jaunāko zinātņu Vol. 1; 2012.434-443.
- Sana, S.; Rajanna, K.Ch.; Reddy, K.R.; Bhooshan, M.; Vēzim, M.; Kumar, M.S.; Uppalaiah, K. (2012): ultrasonically Assisted Regioselektīvās Nitrātvielas aromātisko savienojumu klātbūtnē dažu V un VI metālu sāļi. Zaļā un ilgtspējīga ķīmija, 2012, 2, 97-111.
- Un, Skrabalaks, S. E. (2008): “Sonocatalīze” In: neviendabīgas Katalīzes rokasgrāmata, 4. Sējums; Ertls, G.; Cēzere, H.; , M.; Veitkamp, J. (EDS.). Wiley-VCH: Weinheim, 2008. 2006-2017.
Fakti ir vērts zināt
Ultraskaņas kavitācija un Sonochemistry
Sakabes jaudas ultraskaņa šķidrumos, kas izraisa akustiskā kavitācija. Akustiskā kavitācija attiecas uz parādību strauju veidošanos, augšanu un implosive sabrukumu tvaiku piepildīta tukšumu. Tas rada ļoti īsu pussabrukšanas "karstajiem punktiem" ar ekstremāliem temperatūras virsotnēm līdz 5000K, ļoti augstas apkures/dzesēšanas ātrumu virs 109Ks-1, un spiediens 1000atm ar attiecīgo diferenciāļiem – visā nanosecond kalpošanas laikā.
Pētniecības jomā Sonokīmija izmeklē ultraskaņas efektu, veidojot akustisko kavitāciju šķidrumos, kas ierosina un/vai uzlabo ķīmisko aktivitāti šķīdumā.
Neviendabīgas katalītiskas reakcijas
Ķīmijā neviendabīga katalīze attiecas uz katalītiskās reakcijas veidu, kad katalizatora un reakcionatoru fāzes atšķiras viena no otras. Heterogēnu ķīmijas kontekstā fāze tiek izmantota ne tikai, lai atšķirtu cietu, šķidru un gāzi, bet tā attiecas arī uz nesakopjamiem šķidrumiem, piemēram, eļļu un ūdeni.
Neviendabīgas reakcijas laikā vienam vai vairākiem reaģentiem ķīmiskajā reakcijā jāveic ķīmiskas izmaiņas, piemēram, uz cieta katalizatora virsmas.
Reakcijas ātrums ir atkarīgs no koncentrācijas reactants, daļiņu izmērs, temperatūra, katalizators un papildu faktorus.
Reactant koncentrācija: Kopumā reakcionāra koncentrācijas palielināšanās palielina reakcijas ātrumu lielākas saskarnes dēļ un tādējādi arī lielāku fāzes pārnešanai starp reaktīvās daļiņas.
Daļiņu izmērs: Ja viens no reaģenti ir cieta daļiņa, tad to nevar attēlot ar ātrumu vienādojumā, jo likmes vienādojums liecina, koncentrācijas un cietvielas nevar būt koncentrācija, jo ir citā fāzē. Tomēr cietvielas daļiņu izmērs ietekmē reakcijas ātrumu, jo ir pieejama virsmas laukuma fāzes pārnešanai.
Reakcijas temperatūra: Temperatūra ir saistīta ar ātrumu konstante ar Arrhenius vienādojums: k = AE-EA/RT
Kur EA ir aktivācijas enerģija, R ir universālā gāzes konstante un T ir absolūtā temperatūra Kelvin. A ir Arrhenius (FREQUENCY) faktors. E-EA/RT dod skaitu daļiņu zem līknes, kas ir enerģija lielāka tad aktivācijas enerģiju, EA.
Katalizators: Vairumā gadījumu reakcijas notiek ātrāk ar katalizatoru, jo tām nepieciešama mazāka aktivācijas enerģija. Heterogēni katalizatori nodrošina veidņu virsmu, pie kuras rodas reakcija, bet viendabīgi katalizatori veido starpproduktus, kas katalizatoru atbrīvo turpmākā mehānisma darbības laikā.
Citi faktori: Noteiktas reakcijas (fotoķīmija) var ietekmēt citus faktorus, piemēram, gaismu.
Nukleofilijas aizstāšana
Nukleofīlu aizstāšana ir fundamentāla reakciju klase organiskā (un neorganiskā) ķīmijā, kurā nukleophile selektīvi obligācijas veidā Lewis bāzes (kā elektronu pāris donator) ar organisku komplekss ar vai uzbrukumiem pozitīvo vai daļēji atoma vai atomu grupas (+ VE) maksu, lai aizstātu aizbraukšanas grupu. Pozitīvs vai daļēji pozitīvs atoms, kas ir elektronu pāra izpildītājs, sauc par electrophile. Visa molekulārā vienība no electrophile un atstājot grupu parasti sauc substrātu.
Nukleoffīna aizvietošanu var novērot kā divus atšķirīgus ceļus – SN1 un SN2 reakcija. Kāds reakcijas mehānisma veids – AsvN1 vai SN2 – atkarībā no ķīmisko savienojumu struktūras, nukleofīlu veida un šķīdinātāja.
Veidi Catalyst deaktivizācijas
- Katalizators saindēšanās ir termins spēcīgu chemisorption sugu katalītiskā vietas, kas bloķē vietu katalītisku reakciju. Saindēšanās var būt atgriezeniska vai neatgriezeniska.
- Nosēdumu attiecas uz katalizatora mehānisko degradāciju, kur sugas no šķidruma fāzes nogulas uz katalītiskās virsmas un katalizatora porās.
- Termiskā degradācija un viļņošanās izraisa katalītiskā virsmas laukuma, atbalsta zonas un aktīvas fāzes atbalsta reakciju zudumu.
- Tvaiku veidošanās ir ķīmiskā noārdīšanās forma, kur gāzes fāze reaģē ar katalizatora fāzi, lai radītu gaistošus savienojumus.
- Tvaiks – ciets un ciets – cietās reakcijas rada katalizatora ķīmisko atslēgšanu. Tvaiki, atbalsta vai promotoru reaģē ar katalizatoru, lai neaktīva fāze tiek ražota.
- Attrition vai sasmalcinot katalizatora daļiņas izraisa zudumu katalītiskā materiāla dēļ mehānisko nodiluma. Katalizatora iekšējā virsma tiek zaudēta mehāniskas katalizatora daļiņas saspiešanas dēļ.