Geoptimaliseerde chemische reactorefficiëntie door ultrasoonbehandeling met hoog vermogen
Het is bekend dat ultrasone trillingen chemische reacties kunnen intensiveren en/of initiëren. Daarom wordt de integratie van ultrageluid met hoge prestaties beschouwd als een betrouwbaar hulpmiddel om chemische reactoren te stimuleren voor betere reactieresultaten. Hielscher Ultrasonics biedt diverse reactoroplossingen om uw chemische proces te verbeteren. Ontdek hoe ultrageluid uw chemische reactor kan verbeteren!
- superieure efficiëntie
- nauwkeurige regeling
- Batch en inline
- roestvrij staal, glas, hastelloy enz.
- aanpassingsvermogen
- lineaire schaalbaarheid
- gering onderhoud
- eenvoudige, veilige bediening
- eenvoudige installatie achteraf
Hoe kan ultrageluid chemische reactoren verbeteren?
De integratie van een of meer ultrasone sondes (sonotrodes) maakt het mogelijk om krachtige ultrasone geluidsgolven te koppelen aan de chemische reactor. Intense ultrasone behandeling van vloeistoffen en slurries creëert niet alleen sterke turbulenties door akoestische trillingen, maar staat ook bekend om meerdere effecten die worden gedefinieerd onder de term "sonochemie".
Wat is Sonochemie? Hoe bevordert het reacties?
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-1druk tot ∼1000 bar en de bijbehorende temperatuur- en drukverschillen. De vloeistof of slurry wordt hevig geroerd door vloeistofstralen en schuifkrachten.
De chemische effecten (bijv. de vorming van radicale soorten, buigen van moleculen etc.) en fysische / fysisch-mechanische effecten van sonochemie worden met succes toegepast op talloze chemische reacties zoals organische katalyse, organokatalytische reacties, Faseovergangsreacties, synthese van nanodeeltjes, neerslag / kristallisatie, sol-gel reacties, Suzuki Koppeling, Diels-Alder reacties, Mannich reacties, Michael ToevoegingWurtz-type koppeling en vele andere. Sonochemisch gestimuleerde reacties vertonen vaak een significant hogere omzettingssnelheid, hogere opbrengsten, versnelde reactie, completere reactie, kunnen worden gebruikt met mildere oplosmiddelen onder omgevingsomstandigheden, creëren minder ongewenste bijproducten en dragen door hun hoge efficiëntie bij aan groene chemie.
- Heterogene chemie
- katalyse van faseoverdracht
- organische chemie
- Polymeerchemie
- synthese
- Homogene reacties
- Biochemie (sonische enzymreactoren)
- Extractie
- neerslag / kristallisatie
- elektrochemie
- Milieusanering
- Pyrochemie
Ultrasoon 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. Ultrasoontechniek wordt ook vaak gebruikt om continu geroerde reactoren (CSTR).
Ultrasone semi-batchreactoren: Natuurlijk kan sonificatie ook worden geïntegreerd in semi-batchreactoren. Voor semi-batchsystemen wordt één chemisch reagens in de reactor geladen, terwijl een tweede chemisch product wordt toegevoegd met een continu debiet (bijvoorbeeld met 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 verwijderd kan worden door fasescheiding.
Ultrasoon geactiveerde chemische doorstroomreactor
In een doorstroomreactor, ook bekend als doorstroomcel of inline-reactor, worden de reactanten via één of meerdere voedingspoorten in de reactiekamer gebracht, waar de chemische reactie plaatsvindt. Na een bepaalde retentietijd die nodig is voor een specifieke reactie, wordt het medium continu uit de reactor afgevoerd. Ultrasone flowcellen en inline reactoren maken een ononderbroken productie van het product mogelijk, die alleen afhankelijk is van de continue toevoer van de reagentia.
Krachtige chemische sonoreactoren
Hielscher Ultrasonics is uw vertrouwde fabrikant voor sonoreactoren en hoogwaardige ultrasone apparatuur die uw chemische reactie betrouwbaar kunnen verbeteren. Het productassortiment van Hielscher Ultrasonics omvat verschillende soorten en klassen laboratorium- en industriële grootschalige sonoreactoren voor batch- en doorstroomtoepassingen. Met Hielscher's hoogwaardige ultrasoonapparatuur van het probe-type, kunnen veelvuldige vorderingen – zoals verbeterde reactiesnelheid, volledigere conversie, hogere opbrengsten, nauwkeurige reactiecontrole en uitstekende algemene efficiëntie – worden betrouwbaar bereikt in batch- en doorstroomreactoren. Hielscher ultrasone en sonoreactoren zijn ontworpen voor hoge prestaties en robuustheid en kunnen worden geïnstalleerd voor gebruik met agressieve chemicaliën, in veeleisende omgevingen en zware toepassingen.
Hielscher ultrasone reactoren zijn ontworpen met de focus op een uniforme ultrasone bestraling van het medium, zodat het akoestische drukveld zich gelijkmatig kan uitbreiden. Als aan deze eis wordt voldaan, verbetert de algehele efficiëntie van de sonochemische reactie omdat het ultrageluid de hoogste procesintensiteit bereikt.
Het productassortiment omvat compacte ultrasone laboratoriumapparaten voor R&D, krachtige tafelmodel en pilot ultrasone systemen en 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 Sonication-regeling
Het digitale kleurendisplay en de slimme software met browserbesturing 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 aangedreven reacties is de efficiëntie die betrouwbaar kan worden bereikt via procesoptimalisatie. De optimale ultrasone amplitude, ultrasoon vermogen, temperatuur en druk kunnen voor elke specifieke reactie worden bepaald. Dit maakt het mogelijk om de ideale sonicatieparameters te vinden zodat optimale reactieresultaten en efficiëntie worden bereikt.
temperatuurregeling
Al onze digitale ultrasoonmeters 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 ultrasone sensor automatisch tot de temperatuur in de vloeistof is gedaald tot een bepaald instelpunt en begint dan weer automatisch te sonificeren. Alle temperatuurmetingen en andere belangrijke ultrasone procesgegevens worden automatisch opgeslagen 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 garanderen.
Gemakkelijk verkrijgbare onderdelen om de ideale chemische reactor samen te stellen
Het grote aanbod aan direct beschikbare ultrasone apparaten, sondes (sonotrodes), boosters, batchreactoren en flowcellen en talloze aanvullende accessoires maken het mogelijk om de ideale ultrasoon-chemische reactor (sonoreactor) voor uw specifieke proces te configureren.
Alle apparatuur is al geoptimaliseerd voor een uniforme verdeling van akoestische cavitatie en stabiele stromingspatronen, wat de belangrijkste ontwerpaspecten zijn voor het verkrijgen van homogene, betrouwbare resultaten in een ultrasoon geroerde chemische reactor.
Ongewenste oxidatie kan worden voorkomen door de reactor door te spoelen met een inert gas, bijvoorbeeld 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. We maken ook graag uw speciale chemische reactorvat op basis van de analyse en het ontwerp van uw specifieke procesvereisten. Met een langdurig ervaren team van ingenieurs en technische ontwikkelaars ontwerpen we uw chemische reactor die aan uw eisen voldoet. Zo kunnen bijvoorbeeld grootte, materiaal, geometrie, toevoer- en afvoeropeningen, aantal ultrasone sondes enz. worden ontworpen om de ideale ultrasoon gestimuleerde chemische reactor voor uw chemische proces te maken.
- batch- en inline-reactoren
- industriële kwaliteit
- 24/7/365 werking onder volledige belasting
- voor elk volume en debiet
- verschillende reactorvaten
- temperatuurgeregeld
- onder druk te zetten
- eenvoudig te reinigen
- eenvoudig te installeren
- veilig te bedienen
- robuustheid + weinig onderhoud
- optioneel geautomatiseerd
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:
Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
---|---|---|
1 tot 500 ml | 10 tot 200 ml/min | UP100H |
10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000hdT |
n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000 |
n.v.t. | groter | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Vraag het ons!
Literatuur / Referenties
- Meroni, Daniela; Djellabi Ridha;, Ashokkumar, Muthupandian; Bianchi, Claudia L.; Boffit, Daria C. (2021): Sonoprocessing: From Concepts to Large-Scale Reactors. Chemical Reviews ACS 2021.
- Mason, Timothy (2000): Large Scale Sonochemical Processing: Aspiration and Actuality. Ultrasonics Sonochemistry 7, 2000. 145-149.
- Mason, Timothy (2003): Sonochemistry and sonoprocessing: The link, the trends and (probably) the future. Ultrasonics Sonochemistry 10, 2003. 175-179.