Hielscher Ultrasonics
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Eficiência otimizada do reator químico por ultrassom de alta potência

A ultrassonografia é bem conhecida por intensificar e/ou iniciar reações químicas. Portanto, a integração do ultrassom de alto desempenho é considerada uma ferramenta confiável para promover reatores químicos para melhores resultados de reação. A Hielscher Ultrasonics oferece várias soluções de reatores para ajustar seu processo químico. Saiba como o ultrassom pode melhorar seu reator químico!

Vantagens dos reatores químicos intensificados por ultrassom

  • eficiência superior
  • Controle preciso
  • lote e em linha
  • aço inoxidável, vidro, hastelloy etc.
  • adaptabilidade
  • escalabilidade linear
  • Baixa manutenção
  • Operação simples e segura
  • Fácil adaptação
A ultrassonografia de alta intensidade é introduzida em reatores químicos para aumentar os rendimentos, melhorar a taxa de conversão e influenciar os sistemas químicos de forma benéfica.

Ultrassom de alta intensidade em um reator químico para melhorar a eficiência da reação. A imagem mostra o reator MSR-4 com 4x Ultrasonicators de 4000 watts (no total de ultrassom de potência de 16kW).

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Como o ultrassom de potência melhora os reatores químicos?

A integração de uma ou mais sondas ultrassônicas (sonotrodos) permite acoplar poderosas ondas de ultrassom ao reator químico. A ultrassonografia intensa de líquidos e lamas não apenas cria fortes turbulências devido à vibração acústica, mas é conhecida por múltiplos efeitos, que são definidos sob o termo "sonoquímica".

O que é Sonoquímica? Como isso promove reações?

Cavitação ultrassônica no ultrassônico UIP1000hdT (1kW) de HielscherHigh-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, pressões de até ∼1000 bar, bem como os respectivos diferenciais de temperatura e pressão. O líquido ou pasta é fortemente agitado por jatos de líquido e forças de cisalhamento.

O vídeo mostra a cavitação ultrassônica na água usando um homogeneizador ultrassônico (UP400S, Hielscher). Ao sonicar líquidos em altas intensidades, as ondas sonoras que se propagam para o meio líquido resultam em ciclos alternados de alta pressão (compressão) e baixa pressão (rarefação), com taxas dependendo da frequência. Durante o ciclo de baixa pressão, as ondas ultrassônicas de alta intensidade criam pequenas bolhas de vácuo ou vazios no líquido. Quando as bolhas atingem um volume no qual não podem mais absorver energia, elas colapsam violentamente durante um ciclo de alta pressão. Esse fenômeno é denominado cavitação.

Cavitação ultrassônica em líquidos

Miniatura do vídeo

Os efeitos químicos (por exemplo, a formação de espécies radicais, flexão de moléculas, etc.) e os efeitos físicos/físico-mecânicos da sonoquímica são aplicados com sucesso a inúmeras reações químicas, como catálise orgânica, reações organocatalíticas, Reações de transferência de fase, síntese de nanopartículas, Precipitação / Cristalização, reações sol-gel, Acoplamento Suzuki, Reações de Diels-Alder, Reações de Mannich, Michael Adição, Acoplamento tipo Wurtz e muitos outros. As reações promovidas sonoquimicamente geralmente mostram uma taxa de conversão significativamente aumentada, rendimentos mais altos, reação acelerada, reação mais completa, podem ser usadas com solventes mais suaves em condições ambientais, criam subprodutos menos indesejados e contribuem devido à sua alta eficiência para a química verde.

Aplicações de reatores sonoquímicos

  • Química Heterogênea
  • Catálise de transferência de fase
  • química orgânica
  • Química de Polímeros
  • síntese
  • Reações homogêneas
  • Bioquímica (reatores enzimáticos sonicados)
  • Extração
  • Precipitação / Cristalização
  • eletroquímica
  • Remediação Ambiental
  • Piroquímica
UIP2000hdT - um ultrassônico de alto desempenho de 2000W com reator de batelada química para processamento intenso.

Ultrassônico UIP2000hdT com sono-reator para processamento intenso.

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Reatores de batelada química acionados por ultrassom

Reator agitado por ultrassom para aplicações sonoquímicas, incluindo síntese de nanopartículas de baixo para cima, reações catalíticas e muitas outras.A integração de ultrasonicadores em reatores de batelada aberta ou fechada é uma técnica comumente aplicada para acelerar reações em laboratórios, plantas piloto e instalações de produção. Dependendo do tamanho do vaso, geometria e sistema de reação química, um ou vários sonotrodos podem ser integrados ao reator em batelada. A ultrassonografia também é frequentemente usada para melhorar reatores continuamente agitados (CSTR).

Reatores ultrassônicos semi-batelada: Obviamente, a sonicação também pode ser integrada em reatores semi-batelada. Para sistemas de semi-batelada, um reagente químico é carregado no reator, enquanto um segundo produto químico é adicionado a uma taxa de fluxo contínuo (por exemplo, em uma alimentação lenta para evitar reações colaterais) sendo combinado no ponto quente ultrassônico. Alternativamente, um produto de uma reação química, que resulta da reação no reator, é continuamente removido, por exemplo, precipitados ou cristais sintetizados, ou um intermediário do produto final que pode ser removido devido à separação de fases.

Reator de fluxo químico agitado por ultrassom

Em um reator de fluxo contínuo, também conhecido como célula de fluxo ou reator em linha, os reagentes são alimentados através de uma ou várias portas de alimentação na câmara de reação, onde ocorre a reação química. Após um certo tempo de retenção necessário para que ocorra uma reação específica, o meio é continuamente descarregado do reator. As células de fluxo ultrassônico e os reatores em linha permitem uma produção ininterrupta de produto, que depende apenas do fornecimento contínuo dos reagentes.

As reações de sonicação e sonoquímica podem ser executadas em reatores em batelada, bem como em reatores de células de fluxo contínuo.

A imagem mostra o Ultrassônico UIP1000hdT com reator de batelada (esquerda) e com reator de célula de fluxo para processamento em linha (direita).

Reator ultrassônico em batelada para processos industriais.

O reator de batelada fechada feito de aço inoxidável é equipado com o ultrassônico UIP2000hdT (2kW, 20kHz).

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Ultrarreatores químicos de alto desempenho

A Hielscher Ultrasonics é o seu fabricante confiável de reatores sonoquímicos e equipamentos ultrassônicos de alto desempenho que podem melhorar de forma confiável sua reação química. A linha de produtos Hielscher Ultrasonics inclui vários tipos e classes de sonorreatores de laboratório e industriais de grande escala para modo de batelada e fluxo. Com a ultrassonografia do tipo sonda de alto desempenho Hielscher, vários avanços – como taxa de reação aprimorada, conversão mais completa, rendimentos mais altos, controle preciso da reação e excelente eficiência geral – são alcançados de forma confiável em reatores em batelada e de fluxo. Projetados para alto desempenho e robustez, os ultrasonicadores e sono-reatores Hielscher podem ser instalados para uso com produtos químicos agressivos, em ambientes exigentes e aplicações pesadas.
Os reatores ultrassônicos Hielscher são projetados com foco em uma irradiação ultrassônica uniforme do meio para que o campo de pressão acústica possa se expandir uniformemente. Atender a esse requisito melhora a eficiência geral da reação sonoquímica, pois o ultrassom atinge a maior intensificação do processo.

A Hielscher Ultrasonics projeta reatores sonoquímicos considerando todos os principais fatores de influência para resultados de reação ideais.

Visão esquemática dos fenômenos que ocorrem em um reator sonoquímico.
Imagem e estudo: ©Dahlem et al., 1999.

A gama de produtos abrange ultrassônicos de laboratório compactos para R&D, potentes sistemas ultrassônicos de bancada e piloto, bem como equipamentos de nível totalmente industrial para produção em grande volume. Isso permite testes de viabilidade sem riscos em pequena escala e o subsequente aumento de escala completamente linear para volumes maiores.

Controle preciso de sonicação

Os ultrassônicos Hielscher podem ser controlados remotamente por meio do controle do navegador. Os parâmetros de sonicação podem ser monitorados e ajustados com precisão aos requisitos do processo.O display digital colorido e o software inteligente com controle remoto do navegador e protocolo automático de dados em um cartão SD integrado permitem uma configuração e monitoramento sofisticados dos parâmetros ultrassônicos no reator sonoquímico.
A beleza das reações conduzidas sonoquimicamente é a eficiência que pode ser alcançada de forma confiável por meio da otimização do processo. A amplitude ultrassônica ideal, a entrada de energia do ultrassom, a temperatura e a pressão podem ser determinadas para cada reação particular. Isso permite encontrar os parâmetros de sonicação ideais para que os melhores resultados de reação e eficiência sejam alcançados.

Controle de temperatura

Todos os nossos ultrassônicos digitais são equipados com um sensor de temperatura conectável para monitoramento contínuo da temperatura, que pode ser inserido no líquido para medição constante da temperatura a granel. O software sofisticado permite a configuração de uma faixa de temperatura. Quando o limite de temperatura é excedido, o ultrassônico pausa automaticamente até que a temperatura no líquido diminua para um determinado ponto de ajuste e comece a sonicar automaticamente novamente. Todas as medições de temperatura, bem como outros dados importantes do processo ultrassônico, são registrados automaticamente em um cartão SD integrado e podem ser revisados facilmente para controle do processo.
Os reatores sonoquímicos da Hielscher estão disponíveis com camisas de resfriamento. Além disso, trocadores de calor e unidades de resfriamento podem ser conectados para garantir a temperatura desejada do processo.

Componentes prontamente disponíveis para montar o reator químico ideal

Reator sonoquímico para processamento em linha.O grande portfólio de dispositivos ultrassônicos prontamente disponíveis, sondas (sonotrodos), chifres de reforço, reatores de batelada e células de fluxo, bem como vários acessórios adicionais, permitem configurar o reator químico ultrassônico ideal (sono-reator) para o seu processo específico.
Todos os equipamentos já estão otimizados para distribuição uniforme de cavitação acústica e padrões de fluxo estáveis, que são os aspectos de projeto mais importantes para obter resultados homogêneos e confiáveis em um reator químico agitado por ultrassom.
A oxidação indesejada pode ser evitada purgando o reator com um gás inerte, por exemplo, manta de nitrogênio.

Soluções personalizadas para o seu reator químico

Embora a Hielscher ofereça várias soluções de reator em lote e em linha em vários tamanhos e geometrias, feitas de aço inoxidável ou vidro, temos o prazer de fabricar seu vaso de reator químico especial, considerando os fundamentos de análise e projeto de seus requisitos específicos de processo. Com uma equipe experiente de engenheiros e desenvolvedores técnicos, projetamos seu reator químico atendendo às suas demandas. Por exemplo, tamanho, material, geometria, portas de alimentação e descarga, número de sondas ultrassônicas, etc., podem ser projetados para criar o reator químico promovido por ultrassom ideal para o seu processo químico.

Vantagens dos reatores químicos Hielscher

  • reatores em batelada e em linha
  • Grau industrial
  • Operação 24/7/365 sob carga total
  • para qualquer volume e vazão
  • Vários projetos de vasos de reator
  • com temperatura controlada
  • pressurizável
  • Fácil de limpar
  • Fácil de instalar
  • Seguro de operar
  • robustez + baixa manutenção
  • opcionalmente automatizado

A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos:

Volume do lote Vazão Dispositivos recomendados
1 a 500mL 10 a 200mL/min UP100H
10 a 2000mL 20 a 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 a 20L 0.2 a 4L/min UIP2000hdT
10 a 100L 2 a 10L/min UIP4000hdT
n.a. 10 a 100L/min UIP16000
n.a. maior cluster de UIP16000

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Os homogeneizadores ultrassônicos de alto cisalhamento são usados em laboratório, bancada, piloto e processamento industrial.

A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração em escala laboratorial, piloto e industrial.


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de labrador Para tamanho industrial.

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