Ultrasoon geluid staat erom bekend chemische reacties te intensiveren en/of op gang te brengen. Daarom wordt de integratie van krachtig ultrageluid beschouwd als een betrouwbaar instrument om chemische reactoren te bevorderen voor betere reactieresultaten. Hielscher Ultrasonics biedt diverse reactoroplossingen om uw chemisch proces te verfijnen. Ontdek hoe ultrageluid uw chemische reactor kan verbeteren!

Hoe kan ultrageluid chemische reactoren verbeteren?

De integratie van een of meer ultrasone sondes (sonotrodes) maakt het mogelijk krachtige ultrasone golven in de chemische reactor te koppelen. Intensieve ultrasoonbehandeling van vloeistoffen en slurries veroorzaakt niet alleen sterke turbulenties als gevolg van akoestische trillingen, maar staat ook bekend om talrijke effecten, die worden gedefinieerd onder de term "sonochemie".

Wat is Sonochemie? Hoe bevordert het reacties?

Ultrasoon geluid van hoge intensiteit/hoog vermogen wordt toegepast op chemische systemen om reacties op gang te brengen en/of te bevorderen, de omzettingssnelheid en het rendement te verbeteren of om reactietrajecten om te schakelen. Het fysische verschijnsel dat verantwoordelijk is voor sonochemische effecten is akoestische cavitatie. Wanneer ultrageluidsgolven met hoge intensiteit in een vloeibaar medium worden gekoppeld, bewegen de golven door de vloeistof en creëren afwisselend lage druk- (rarefactie) en hoge druk- (compressie) cycli. Tijdens de lage druk / rarefactie ontstaan minuscule vacuümbelletjes in de vloeistof, die gedurende verscheidene drukcycli groeien totdat de vacuümbel een punt bereikt waarop hij geen energie meer kan absorberen. Op het punt van maximale belgroei implodeert de bel gewelddadig tijdens een hogedrukcyclus. Tijdens de implosieve belcollaps kan het fenomeen van cavitatie worden waargenomen. Ultrasone cavitatie creëert zogenaamde "hete plekken", die worden gekenmerkt door extreme omstandigheden zoals een temperatuur tot ∼5000 K met zeer hoge opwarmings-/afkoelsnelheden van > 1000 K s^-1druk tot ∼1000 bar, alsmede de respectieve temperatuur- en drukverschillen. De vloeistof of slurry wordt hevig geroerd door vloeistofstralen en afschuifkrachten.

De chemische effecten (b.v. de vorming van radicale soorten, buiging van moleculen, enz.) en de fysische / fysisch-mechanische effecten van de sonochemie worden met succes toegepast op talrijke chemische reacties, zoals organische katalyse, organokatalytische reacties, Faseovergangsreacties, synthese van nanodeeltjes, precipitatie / kristallisatie, sol-gel reacties, Suzuki koppeling, Diels-Alder-reacties, Mannich reacties, Michael toevoeging, koppeling van het Wurtz-type en vele andere. Sonochemisch gestimuleerde reacties vertonen vaak een aanzienlijk verhoogde omzettingssnelheid, hogere opbrengsten, een versnelde reactie, een completere reactie, kunnen worden gebruikt met mildere oplosmiddelen in omgevingsomstandigheden, doen minder ongewenste bijproducten ontstaan en dragen door hun hoge efficiëntie bij tot groene chemie.

Door ultrageluid aangedreven chemische batchreactoren

De integratie van ultrasone apparaten in open of gesloten batchreactoren is een veel toegepaste techniek om reacties te versnellen in laboratoria, proeffabrieken en productiefaciliteiten. Afhankelijk van de grootte van het vat, de geometrie en het chemische reactiesysteem, kunnen één of meerdere sonotroden in de batchreactor worden geïntegreerd. Ultrasoonbehandeling wordt ook vaak gebruikt om continu geroerde reactoren (CSTR).

ultrasone half-batch reactoren: Uiteraard kan sonicatie ook worden geïntegreerd in semi-batch reactoren. Bij semi-batch systemen wordt één chemisch reagens in de reactor geladen, terwijl een tweede chemisch product met een continue stroomsnelheid wordt toegevoegd (bijvoorbeeld bij een langzame toevoer om nevenreacties te voorkomen) en wordt gecombineerd in de ultrasone hotspot. Als alternatief wordt een product van een chemische reactie, dat het resultaat is van de reactie in de reactor, continu verwijderd, bijvoorbeeld gesynthetiseerde precipitaten of kristallen, of een tussenproduct of eindproduct dat kan worden verwijderd als gevolg van fasescheiding.

Ultrasoon-gereguleerde chemische doorstroomreactor

In een doorstroomreactor, ook wel doorstroomcel of inline-reactor genoemd, worden de reagentia via één of meer voedingspoorten in de reactiekamer gebracht, waar de chemische reactie plaatsvindt. Na een bepaalde verblijftijd die nodig is om een specifieke reactie te laten plaatsvinden, wordt het medium continu uit de reactor afgevoerd. Ultrasone flowcellen en inline reactoren maken een ononderbroken produktie van het produkt mogelijk, die alleen afhankelijk is van de continue toevoer van de reagentia.

Krachtige chemische Sono-reactoren

Hielscher Ultrasonics is uw vertrouwde fabrikant voor sono-chemische reactoren en hoogwaardige ultrasone apparatuur die uw chemische reactie op betrouwbare wijze kan verbeteren. Het productassortiment van Hielscher Ultrasonics omvat diverse soorten en klassen sonoreactoren op grote schaal voor laboratorium- en industrieel gebruik, voor batch- en doorstroommodus. Met Hielscher high-performance sonde-type ultrasoon, meerdere vorderingen – zoals een hogere reactiesnelheid, een vollediger omzetting, hogere opbrengsten, een nauwkeurige reactiecontrole en een uitstekend algemeen rendement – worden op betrouwbare wijze bereikt in batch- en doorstroomreactoren. Hielscher ultrasoonapparaten en sonoreactoren zijn ontworpen voor hoge prestaties en robuustheid en kunnen worden geïnstalleerd voor gebruik met agressieve chemicaliën, in veeleisende omgevingen en in zware toepassingen.
Hielscher ultrasone reactoren zijn ontworpen met het oog op een uniforme ultrasone bestraling van het medium, zodat het akoestische drukveld zich gelijkmatig kan uitbreiden. Door aan deze eis te voldoen wordt de algehele efficiëntie van de sonochemische reactie verbeterd, aangezien met het ultrageluid de hoogste procesintensiteit wordt bereikt.

Het productassortiment omvat compacte ultrasoonapparaten voor laboratoria voor R&D, krachtige ultrasone systemen voor werktafels en proefopstellingen, alsmede volledig industriële apparatuur voor de productie van grote volumes. Dit maakt risicovrije haalbaarheidstests op kleine schaal mogelijk en de daaropvolgende volledig lineaire opschaling naar grotere volumes.

Nauwkeurige Sonicatie Controle

Het digitale kleurendisplay en de slimme software met browsercontrole op afstand en automatische gegevensprotocollering op een geïntegreerde SD-kaart maken een geavanceerde instelling en bewaking van de ultrasone parameters in de sonochemische reactor mogelijk.
Het mooie van sonochemisch gestuurde reacties is de efficiëntie die via procesoptimalisatie op betrouwbare wijze kan worden bereikt. De optimale ultrasone amplitude, het toegevoerde ultrasone vermogen, de temperatuur en de druk kunnen voor elke specifieke reactie worden bepaald. Dit maakt het mogelijk de ideale sonicatieparameters te vinden zodat optimale reactieresultaten en efficiëntie worden bereikt.

temperatuurregeling

Al onze digitale ultrasoonapparaten zijn uitgerust met een insteekbare temperatuursensor voor continue temperatuurbewaking, die in de vloeistof kan worden gestoken voor een constante meting van de bulktemperatuur. Met geavanceerde software kan een temperatuurbereik worden ingesteld. Wanneer de temperatuurlimiet wordt overschreden, pauzeert de ultrasoonmachine automatisch totdat de temperatuur in de vloeistof tot een bepaald instelpunt is gedaald en begint dan automatisch weer met soniceren. Alle temperatuurmetingen en andere belangrijke ultrasone procesgegevens worden automatisch geregistreerd op een ingebouwde SD-kaart en kunnen eenvoudig worden herzien voor procescontrole.
Sonochemische reactoren van Hielscher zijn verkrijgbaar met koelmantels. Daarnaast kunnen warmtewisselaars en koelmachines worden aangesloten om de gewenste procestemperatuur te waarborgen.

Direct beschikbare onderdelen om de ideale chemische reactor samen te stellen

Het grote aanbod van direct beschikbare ultrasone apparaten, sondes (sonotrodes), boosters hoorns, batch reactoren en flowcellen, alsmede tal van aanvullende accessoires maken het mogelijk de ideale ultrasoon-chemische reactor (sonoreactor) voor uw specifieke proces te configureren.
Alle apparatuur is reeds geoptimaliseerd voor een uniforme verdeling van akoestische cavitatie en stabiele stromingspatronen, de belangrijkste ontwerpaspecten voor het verkrijgen van homogene, betrouwbare resultaten in een ultrasoon geagiteerde chemische reactor.
Ongewenste oxidatie kan worden voorkomen door de reactor te spoelen met een inert gas, b.v. een stikstofdeken.

Oplossingen op maat voor uw chemische reactor

Hielscher biedt verschillende batch- en inline-reactoroplossingen in verschillende maten en geometrieën, gemaakt van roestvrij staal of glas. Wij vervaardigen echter ook graag uw speciale chemische reactorvat, rekening houdend met de analyse- en ontwerpbeginselen van uw specifieke procesvereisten. Met een ervaren team van ingenieurs en technische ontwikkelaars ontwerpen wij uw chemische reactor die aan uw eisen voldoet. Bijvoorbeeld, kunnen de grootte, het materiaal, de geometrie, het voeden en het lossen havens, aantal ultrasone sondes enz. worden ontworpen om de ideale ultrasoon-bevorderde chemische reactor voor uw chemisch proces te maken.

Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators: