Hielscher Ultrasonics
We bespreken graag uw proces.
Bel ons: +49 3328 437-420
Mail ons: info@hielscher.com

Ultrasoon versterkt vast bed reactoren

  • Ultrasoon mengen en dispergeren activeert en intensiveert de katalytische reactie in reactoren met een vast bed.
  • De sonicatie verbetert de massaoverdracht en verhoogt daardoor de efficiëntie, omzettingssnelheid en opbrengst.
  • Een bijkomend voordeel is de verwijdering van passiverende foulinglagen van de katalysatordeeltjes door ultrasone cavitatie.

Katalysatoren met vast bed

Vaste bedden (soms ook wel gepakte bedden genoemd) worden meestal geladen met katalysatorpellets, wat meestal korrels zijn met een diameter van 1-5 mm. Ze kunnen in de reactor worden geladen in de vorm van een enkel bed, als afzonderlijke schalen of in buizen. De katalysatoren zijn meestal gebaseerd op metalen zoals nikkel, koper, osmium, platina en rhodium.
De effecten van ultrageluid op heterogene chemische reacties zijn bekend en worden veel gebruikt voor industriële katalytische processen. Katalytische reacties in een vastbedreactor kunnen ook profiteren van ultrasone behandeling. Ultrasone bestraling van de vastbedkatalysator genereert zeer reactieve oppervlakken, verhoogt het massatransport tussen vloeibare fase (reactanten) en katalysator en verwijdert passiverende coatings (bijv. oxidelagen) van het oppervlak. Ultrasone versplintering van brosse materialen vergroot de oppervlakte en draagt zo bij tot een verhoogde activiteit.

Ultrasoon behandelde deeltjesVoordelen

  • Verbeterde efficiëntie
  • Verhoogde reactiviteit
  • Verhoogde conversie
  • Hogere opbrengst
  • Recycling van katalysator
Ultrasone dispersie van silica

Informatieaanvraag




Let op onze privacybeleid.




Ultrasone intensivering van katalytische reacties

Ultrasoon mengen en agiteren verbetert het contact tussen de reactant en katalysatordeeltjes, creëert zeer reactieve oppervlakken en initieert en/of versterkt de chemische reactie.
Ultrasone katalysatorvoorbereiding kan veranderingen veroorzaken in kristallisatiegedrag, dispersie / deagglomeratie en oppervlakte-eigenschappen. Bovendien kunnen de eigenschappen van voorgevormde katalysatoren worden beïnvloed door passiverende oppervlaktelagen te verwijderen, de dispersie te verbeteren en de massaoverdracht te verhogen.
Klik hier voor meer informatie over de ultrasone effecten op chemische reacties (sonochemie)!

Voorbeelden

  • Ultrasone voorbehandeling van nikkelkatalysatoren voor hydrogeneringsreacties
  • Sonische Raney Ni katalysator met wijnsteenzuur resulteert in een zeer hoge enantioselectiviteit
  • Ultrasoon geprepareerde Fischer-Tropsch-katalysatoren
  • Sonochemisch behandelde amorfe poederkatalysatoren voor verhoogde reactiviteit
  • Sonosynthese van amorfe metaalpoeders

Ultrasoon katalysatorherstel

Vaste katalysatoren in vastbedreactoren hebben meestal de vorm van sherische korrels of cilindrische buizen. Tijdens de chemische reactie wordt het katalysatoroppervlak gepassiveerd door een foulinglaag, waardoor de katalytische activiteit en/of selectiviteit na verloop van tijd afneemt. Tijdschalen voor katalysatorverval variëren aanzienlijk. Terwijl bijvoorbeeld katalysatorsterfte van een kraakkatalysator binnen enkele seconden kan optreden, kan een ijzerkatalysator die in ammoniaksynthese wordt gebruikt 5-10 jaar meegaan. Deactivatie van de katalysator kan echter voor alle katalysatoren worden waargenomen. Hoewel verschillende mechanismen (bv. chemisch, mechanisch, thermisch) van katalysatordeactivatie kunnen worden waargenomen, is aangroei een van de meest voorkomende vormen van katalysatordeactivatie. Fouling verwijst naar de fysieke afzetting van stoffen uit de vloeistoffase op het oppervlak en in de poriën van de katalysator, waardoor de reactieve sites worden geblokkeerd. Katalysatorvervuiling met cokes en koolstof is een snel proces en kan worden omgekeerd door regeneratie (bv. ultrasone behandeling).
Ultrasone cavitatie is een succesvolle methode om passiverende foulinglagen van het katalysatoroppervlak te verwijderen. Het ultrasone katalysatorherstel wordt typisch uitgevoerd door de deeltjes in een vloeistof (bv. gedeïoniseerd water) te sonificeren om de aangroeiresten te verwijderen (bv. platina/silicavezel pt/SF, nikkelkatalysatoren).

ultrasone systemen

Power ultrasonics wordt toegepast op katalysatoren en katalytische reacties. (Klik om te vergroten!)Hielscher Ultrasonics biedt verschillende ultrasone processors en variaties voor de integratie van power ultrasound in reactoren met vast bed. Er zijn verschillende ultrasone systemen beschikbaar voor installatie in reactoren met vast bed. Voor complexere reactortypes bieden we aangepaste ultrasone oplossingen.
Om uw chemische reactie onder ultrasone straling te testen, bent u van harte welkom in ons ultrasoon proceslaboratorium en technisch centrum in Teltow!
Neem vandaag nog contact met ons op! We bespreken graag de ultrasone intensivering van uw chemische proces met u!
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:

Batchvolume Debiet Aanbevolen apparaten
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 UIP4000
n.v.t. 10 tot 100 l/min UIP16000
n.v.t. groter cluster van UIP16000
Inline verwerking met ultrasone processors met 7kW vermogen (Klik om te vergroten!)

Ultrasoon stromingssysteem

Ultrasonisch versterkte reacties

  • hydrogenering
  • Alcylatie
  • Cyanatie
  • ethervorming
  • verestering
  • polymerisatie
  • (bijv. Ziegler-Natta katalysatoren, metallocens)

  • Allylatie
  • Bromering

Neem contact met ons op! / Vraag het ons!

Gebruik het onderstaande formulier als u meer informatie wilt over ultrasoon homogeniseren. We bieden u graag een ultrasoon systeem dat aan uw eisen voldoet.









Let op onze privacybeleid.




Literatuur/referenties



Wetenswaardigheden

Ultrasone cavitatie en sonochemie

Het koppelen van ultrageluid in vloeistoffen en slurries resulteert in Akoestische cavitatie. Akoestische cavitatie verwijst naar het fenomeen van de snelle vorming, groei en implosieve instorting van met damp gevulde holtes. Dit genereert zeer kortstondige "hot spots" met extreme temperatuurpieken tot 5000K, zeer hoge opwarmings- en afkoelsnelheden van meer dan 109Ks-1en drukken van 1000atm met respectieve verschillen – allemaal binnen een levensduur van een nanoseconde.
Het onderzoeksgebied van sonochemie onderzoekt het effect van ultrageluid bij de vorming van akoestische cavitatie in vloeistoffen, die de chemische activiteit in een oplossing initieert en/of versterkt.

Heterogene katalytische reacties

In de chemie verwijst heterogene katalyse naar het type katalytische reactie waarbij de fasen van de katalysator en de reactanten van elkaar verschillen. In de context van heterogene chemie wordt fase niet alleen gebruikt om onderscheid te maken tussen vast, vloeibaar en gas, maar het verwijst ook naar niet-mengbare vloeistoffen, zoals olie en water.
Tijdens een heterogene reactie ondergaan een of meer reactanten een chemische verandering op een grensvlak, bijvoorbeeld op het oppervlak van een vaste katalysator.
De reactiesnelheid is afhankelijk van de concentratie van de reactanten, de deeltjesgrootte, de temperatuur, de katalysator en andere factoren.
Concentratie van de reactant: Over het algemeen verhoogt een verhoging van de concentratie van een reactant de reactiesnelheid door het grotere grensvlak en daardoor een grotere faseoverdracht tussen de reactordeeltjes.
Deeltjesgrootte: Als een van de reactanten een vast deeltje is, dan kan dit niet worden weergegeven in de snelheidsvergelijking, omdat de snelheidsvergelijking alleen concentraties weergeeft en vaste stoffen geen concentratie kunnen hebben omdat ze in een andere fase zitten. De deeltjesgrootte van de vaste stof beïnvloedt echter de reactiesnelheid vanwege het beschikbare oppervlak voor faseoverdracht.
Reactietemperatuur: Temperatuur is gerelateerd aan de snelheidsconstante via de vergelijking van Arrhenius: k = Ae-Ea/RT
Waarbij Ea de activeringsenergie is, R de universele gasconstante en T de absolute temperatuur in Kelvin. A is de Arrhenius (frequentie)factor. e-Ea/RT geeft het aantal deeltjes onder de curve die een energie hebben die groter is dan de activeringsenergie, Ea.
Katalysator: In de meeste gevallen verlopen reacties sneller met een katalysator omdat er minder activeringsenergie nodig is. Heterogene katalysatoren bieden een sjabloonoppervlak waarop de reactie plaatsvindt, terwijl homogene katalysatoren tussenproducten vormen die de katalysator vrijmaken tijdens een volgende stap van het mechanisme.
Andere factoren: Andere factoren zoals licht kunnen bepaalde reacties beïnvloeden (fotochemie).

Nucleofiele substitutie

Nucleofiele substitutie is een fundamentele klasse van reacties in de organische (en anorganische) chemie, waarin een nucleofiel selectief bindt in de vorm van een Lewis base (als elektronenpaar donator) met een organisch complex met of valt de positieve of gedeeltelijk positieve (+ve) lading van een atoom of een groep atomen aan om een vertrekkende groep te vervangen. Het positieve of gedeeltelijk positieve atoom dat het elektronenpaar accepteert, wordt een elektrofiel genoemd. De hele moleculaire entiteit van het elektrofiel en de vertrekkende groep wordt meestal het substraat genoemd.
De nucleofiele substitutie kan worden waargenomen als twee verschillende routes – de SN1 en SN2 reactie. Welke vorm van reactiemechanisme – sN1 of SN2 – plaatsvindt, is afhankelijk van de structuur van de chemische verbindingen, het type nucleofiel en het oplosmiddel.

Soorten katalysatordeactivering

  • Katalysatorvergiftiging is de term voor de sterke chemisorptie van stoffen op katalytische sites die sites voor katalytische reactie blokkeren. Vergiftiging kan reversibel of irreversibel zijn.
  • Fouling verwijst naar een mechanische degradatie van de katalysator, waarbij soorten uit de vloeistoffase neerslaan op het katalytische oppervlak en in katalysatorporiën.
  • Thermische degradatie en sinteren resulteert in het verlies van katalytisch oppervlak, ondersteuningsgebied en actieve fase-ondersteuningsreacties.
  • Dampvorming betekent een chemische afbraakvorm waarbij de gasfase reageert met de katalysatorfase om vluchtige verbindingen te produceren.
  • Damp-vaste en vaste stof-vaste reacties resulteren in de chemische deactivering van de katalysator. Damp, drager of promotor reageert met de katalysator zodat er een inactieve fase ontstaat.
  • Attrutie of pletten van de katalysatordeeltjes resulteert in het verlies van katalytisch materiaal door mechanische slijtage. Het interne oppervlak van de katalysator gaat verloren door het mechanisch pletten van de katalysatordeeltjes.

We bespreken graag uw proces.

Let's get in contact.