A ultrassônica 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. Hielscher Ultrasonics oferece várias soluções de reator para ajustar seu processo químico. Saiba como o ultrassom pode melhorar seu reator químico!

Como o ultrassom de energia melhora os reatores químicos?

A integração de uma ou mais sondas ultrassônicas (sonotrodes) permite acoplar poderosas ondas de ultrassom no reator químico. A ultrassonização intensa de líquidos e pastas não só 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 promove reações?

Ultrassom de alta intensidade / ultrassom de alta potência é aplicado a sistemas químicos a fim de iniciar e/ou promover reações, melhorar a taxa de conversão e rendimentos ou mudar as vias de reação. O fenômeno físico responsável pelos efeitos sonológicos é a cavitação acústica. Quando ondas de ultrassom de alta intensidade são acoplado a um meio líquido, as ondas viajam através do líquido criando ciclos alternados de baixa pressão (rarefação) e alta pressão (compressão). Durante a baixa pressão / rarefação, surgem bolhas de vácuo minúsculas no líquido, que crescem ao longo de vários ciclos de pressão até que a bolha de vácuo chegue a um ponto onde não pode absorver mais energia. No ponto de crescimento máximo da bolha, a bolha implode violentamente durante um ciclo de alta pressão. Durante o colapso da bolha implosiva, o fenômeno da cavitação pode ser observado. A cavitação ultrassônica cria os chamados "pontos quentes", que são caracterizados por condições extremas como temperatura de até ∼5000 K com taxas de aquecimento/resfriamento muito altas de > 1000 K s^{-1 de}, pressões de até ∼1000 bar, bem como respectivos diferenciais de temperatura e pressão. O líquido ou chorume é fortemente agitado por jatos líquidos e forças de tesoura.

Os efeitos químicos (por exemplo, a formação de espécies radicais, a flexão de moléculas etc.) e os efeitos físicos/físico-mecânicos da sonoquímica são aplicados com sucesso a inúmeras reações químicas, como a catálise orgânica, reações organocáticas, Reações de transferência de fase, síntese de nanopartículas, precipitação / cristalização, reações sol-gel, Acoplamento suzuki, Reações de Diels-Alder, Reações de Mannich, Adição michael, acoplamento do tipo Wurtz e muitos outros. Reações sonoramente promovidas muitas vezes mostram uma taxa de conversão significativamente aumentada, maiores rendimentos, reação acelerada, reação mais completa, podem ser usados com solventes mais suaves em condições ambientais, criam subprodutos menos indesejados e contribuem devido à sua alta eficiência à química verde.

Reatores de lote químico acionados por ultrassom

A integração dos ultrassonicadores em reatores de lote aberto ou fechado é uma técnica comumente aplicada para acelerar reações em laboratórios, plantas piloto e instalações de produção. Dependendo do tamanho do vaso, geometria e do sistema de reação química, um ou vários ultrassoms podem ser integrados ao reator de lote. A ultrassônica também é frequentemente usada para melhorar reatores continuamente agitados (CSTR).

Reatores ultrassônicos de semi-lote: Claro, a sônica também pode ser integrada em reatores semi-lotes. Para sistemas semi-lotes, um reagente químico é carregado no reator, enquanto um segundo produto químico é adicionado a uma taxa de fluxo contínua (por exemplo, em uma alimentação lenta para evitar reações laterais) sendo combinado no ponto de acesso 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 de produto final que pode ser removido devido à separação de fase.

Reator de fluxo químico ultrasonicamente agitado

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

A imagem mostra o ultrassônico UIP1000hdT com reator em lote (esquerda) e com reator de célula de fluxo para processamento inline (à direita).

Sono-Reatores químicos de alto desempenho

Hielscher Ultrasonics é o seu fabricante confiável para reatores sono-químicos 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 sonoreatores de laboratório e industrial em larga escala para o modo de lote e fluxo. Com hielscher de alto desempenho tipo sonda ultrassônica, múltiplos avanços – como melhor taxa de reação, conversão mais completa, maiores rendimentos, controle preciso de reação e excelente eficiência geral – são realizados de forma confiável em reatores em lote e fluxo através. Projetados para alto desempenho e robustez, ultrassonicadores hielscher e sono-reatores podem ser instalados para uso com produtos químicos severos, em ambientes exigentes e aplicações pesadas.
Os reatores ultrassônicos hielscher são projetados com foco de uma irradiação ultrassônica uniforme do meio para que o campo de pressão acústica possa se expandir uniformemente. Atender a essa exigência melhora a eficiência geral da reação sonoquímica, uma vez que o ultrassom atinge a maior intensificação do processo.

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

A gama de produtos abrange ultrassonicadores de laboratório compactos para R&D, poderosos sistemas ultrassônicos de bancada e piloto, bem como equipamentos de grau totalmente industrial para produção de grandes volumes. Isso permite testes de viabilidade sem riscos em pequena escala e a escala completamente linear subsequente para volumes maiores.

Controle preciso de sonicação

A tela de cores digitais e o software inteligente com controle remoto do navegador e protocolos automáticos de dados em um cartão SD integrado permitem a configuração e monitoramento sofisticados dos parâmetros ultrassônicos no reator sono-químico.
A beleza das reações sonorachemicamente impulsionadas é a eficiência que pode ser alcançada de forma confiável através da otimização de processos. Amplitude ultrassônica ideal, entrada de alimentação de ultrassom, temperatura e pressão podem ser determinadas para cada reação específica. Isso permite encontrar os parâmetros ideais de sônica para que os melhores resultados de reação e eficiência sejam alcançados.

controle de temperatura

Todos os nossos ultrassonicadores digitais são equipados com um sensor de temperatura plugável para monitoramento contínuo da temperatura, que pode ser inserido no líquido para medição constante da temperatura a granel. Software sofisticado permite a definição de uma faixa de temperatura. Quando o limite de temperatura é excedido, o ultrassônico pausa automaticamente até que a temperatura no líquido tenha baixado para um certo ponto de ajuste e comece a sonicar automaticamente novamente. Todas as medições de temperatura, bem como outros dados importantes do processo ultrassônico são automaticamente registrados em um cartão SD embutido e podem ser revisados facilmente para controle de processos.
Reatores sonográficos de Hielscher estão disponíveis com jaquetas de resfriamento. Além disso, trocadores de calor e unidades de refrigerador podem ser conectados para garantir a temperatura do processo desejada.

Componentes prontamente disponíveis para montar o reator químico ideal

O grande portfólio de dispositivos ultrassônicos prontamente disponíveis, sondas (sonotrodes), chifres de propulsores, reatores em lote e células de fluxo, bem como inúmeros acessórios adicionais permitem configurar o reator ultrassônico-químico ideal (sono-reator) para o seu processo específico.
Todos os equipamentos já são otimizados para distribuição uniforme de cavitação acústica e padrões de fluxo estáveis, que são os aspectos de design mais importantes para obter resultados homogêneos e confiáveis em um reator químico ultrasonicamente agitado.
A oxidação indesejada pode ser evitada purgando o reator com um gás inerte, por exemplo, cobertor de nitrogênio.

Soluções personalizadas para seu reator químico

Enquanto a Hielscher oferece várias soluções de reator em lote e inline em vários tamanhos e geometrias, feitas de aço inoxidável ou vidro, estamos felizes em fabricar sua embarcação especial de reator químico considerando os fundamentos de análise e design de seus requisitos específicos de processo. Com uma equipe experiente de engenheiros e desenvolvedores técnicos de longa data, projetamos seu reator químico atendendo às suas demandas. Por exemplo, tamanho, material, geometria, alimentação e descarregamento de portas, número de sondas ultrassônicas etc. podem ser projetados para fazer o reator químico ultrasonicamente promovido ideal para o seu processo químico.

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators: