Optimizarea eficienței reactorului chimic prin ultrasonication de mare putere

Ultrasonication este bine cunoscut pentru a intensifica și / sau de a iniția reacții chimice. Prin urmare, integrarea ultrasunetelor de înaltă performanță este considerată un instrument fiabil pentru promovarea reactoarelor chimice pentru rezultate îmbunătățite ale reacției. Hielscher Ultrasonics oferă diverse soluții reactor pentru a modifica procesul chimic. Aflați cum ultrasunetele vă pot îmbunătăți reactorul chimic!

Cum îmbunătățește ultrasunetele de putere reactoarele chimice?

Integrarea uneia sau mai multor sonde cu ultrasunete (sonotrodes) permite cuplarea undelor puternice cu ultrasunete în reactorul chimic. Ultrasonication intense de lichide și suspensii nu numai că creează turbulențe puternice datorită vibrațiilor acustice, dar este cunoscut pentru efecte multiple, care sunt definite sub termenul "sonochimie".

Ce este sonochimia? Cum promovează reacțiile?

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^-1, presiuni de până la ∼1000 bar, precum și diferențele respective de temperatură și presiune. Lichidul sau suspensia este puternic agitată de jeturile lichide și forțele de forfecare.

Efectele chimice (de exemplu, formarea speciilor radicale, flexarea moleculelor etc.) și efectele fizice / fizico-mecanice ale sonochimiei sunt aplicate cu succes la numeroase reacții chimice, cum ar fi cataliza organică, reacții organocatalitice, Reacții de transfer de fază, Sinteza nanoparticulelor, precipitații / cristalizare, Reacții sol-gel, Cuplaj Suzuki, Reacții Diels-Alder, Reacții Mannich, Michael Adăugare, cuplaj de tip Wurtz și multe altele. Reacțiile promovate sonochimic prezintă adesea o rată de conversie semnificativ crescută, randamente mai mari, reacție accelerată, reacție mai completă, pot fi utilizate cu solvenți mai blânzi în condiții ambientale, creează mai puține produse secundare nedorite și contribuie datorită eficienței sale ridicate la chimia verde.

Reactoare chimice cu ultrasunete

Integrarea ultrasonicators în reactoare lot deschis sau închis este o tehnică frecvent aplicată pentru a accelera reacțiile în laboratoare, instalații pilot și facilități de producție. În funcție de dimensiunea vasului, geometria și sistemul de reacție chimică, unul sau mai multe sonotrodes pot fi integrate în reactorul lot. Ultrasonication este, de asemenea, adesea folosit pentru a îmbunătăți reactoare agitate continuu (CSTR).

Reactoare semi-lot cu ultrasunete: Desigur, sonicare poate fi, de asemenea, integrat în reactoare semi-lot. Pentru sistemele semi-lot, un reactant chimic este încărcat în reactor, în timp ce un al doilea produs chimic este adăugat la un debit continuu (de exemplu, la o alimentare lentă pentru a preveni reacțiile secundare) combinându-se în punctul fierbinte cu ultrasunete. Alternativ, un produs al unei reacții chimice, care rezultă din reacția din reactor, este îndepărtat continuu, de exemplu, precipitate sau cristale sintetizate sau un intermediar de produs final care poate fi îndepărtat datorită separării fazelor.

Ultrasonically-agitat chimice flow-through reactor

Într-un reactor de curgere, cunoscut și sub numele de celulă de flux sau reactor în linie, reactanții sunt alimentați prin unul sau mai multe porturi de alimentare în camera de reacție, unde are loc reacția chimică. După un anumit timp de retenție necesar pentru ca o anumită reacție să aibă loc, mediul este evacuat continuu din reactor. Celulele de flux cu ultrasunete și reactoarele inline permit o producție neîntreruptă de produs, care depinde numai de alimentarea continuă a reactivilor.

Imaginea arată Ultrasonicator UIP1000hdT cu reactor în lot (stânga) și cu reactor cu celule de flux pentru prelucrare în linie (dreapta).

Sonoreactoare chimice de înaltă performanță

Hielscher Ultrasonics este producătorul dumneavoastră de încredere pentru reactoare sono-chimice și echipamente cu ultrasunete de înaltă performanță, care pot îmbunătăți în mod fiabil reacția chimică. Hielscher Ultrasonics gama de produse include diferite tipuri și clase de laborator și industriale sonoreactori la scară largă pentru lot și modul de curgere. Cu Hielscher sondă de înaltă performanță tip ultrasonication, progrese multiple – cum ar fi rata de reacție îmbunătățită, conversia mai completă, randamentele mai mari, controlul precis al reacției și eficiența generală excelentă – sunt realizate în mod fiabil în reactoare discontinue și de curgere. Proiectat pentru înaltă performanță și robustețe, ultrasonicators Hielscher și sono-reactoare pot fi instalate pentru utilizarea cu substanțe chimice dure, în medii solicitante și aplicații grele.
Hielscher reactoare cu ultrasunete sunt proiectate cu focalizarea unei iradieri cu ultrasunete uniforme a mediului, astfel încât câmpul de presiune acustică se poate extinde uniform. Îndeplinirea acestei cerințe îmbunătățește eficiența generală a reacției sonochimice, deoarece ultrasunetele ating cea mai mare intensificare a procesului.

Vedere schematică a fenomenelor care au loc într-un reactor sonochimic.
Imagine și studiu: ©Dahlem et al., 1999.

Gama de produse acoperă ultrasonicators compacte de laborator pentru R&D, sisteme puternice de banc-top și pilot cu ultrasunete, precum și echipamente complet industriale pentru producția de volum mare. Acest lucru permite testarea fezabilității fără riscuri la scară mică și extinderea ulterioară complet liniară la volume mai mari.

Control precis sonicare

Afișajul color digital și software-ul inteligent cu control de la distanță al browserului și protocolare automată a datelor pe un card SD integrat permit setarea sofisticată și monitorizarea parametrilor ultrasonici în reactorul sono-chimic.
Frumusețea reacțiilor conduse sonochimic este eficiența care poate fi obținută în mod fiabil prin optimizarea procesului. Amplitudinea ultrasonică optimă, puterea de intrare cu ultrasunete, temperatura și presiunea pot fi determinate pentru fiecare reacție particulară. Acest lucru permite găsirea parametrilor ideali sonicare, astfel încât să se obțină rezultate optime de reacție și eficiență.

controlul temperaturii

Toate ultrasonicators noastre digitale sunt echipate cu un senzor de temperatură pluggable pentru monitorizarea continuă a temperaturii, care pot fi introduse în lichid pentru măsurarea constantă a temperaturii în vrac. Software-ul sofisticat permite setarea unui interval de temperatură. Când limita de temperatură este depășită, ultrasonicator se întrerupe automat până când temperatura din lichid a scăzut la un anumit punct de referință și începe automat sonicare din nou. Toate măsurătorile de temperatură, precum și alte date importante de proces cu ultrasunete sunt înregistrate automat pe un card SD încorporat și pot fi revizuite cu ușurință pentru controlul procesului.
Reactoarele sonochimice de la Hielscher sunt disponibile cu mantale de răcire. În plus, schimbătoarele de căldură și unitățile de răcire pot fi conectate pentru a asigura temperatura dorită a procesului.

Componente ușor disponibile pentru asamblarea reactorului chimic ideal

Portofoliul mare de dispozitive cu ultrasunete ușor disponibile, sonde (sonotrodes), coarne boostere, reactoare lot și celule de flux, precum și numeroase accesorii suplimentare permit configurarea reactorului ideal cu ultrasunete-chimice (sono-reactor) pentru procesul dumneavoastră specific.
Toate echipamentele sunt deja optimizate pentru distribuirea uniformă a cavitației acustice și a modelelor stabile de curgere, care sunt cele mai importante aspecte de proiectare pentru a obține rezultate omogene și fiabile într-un reactor chimic agitat ultrasonically.
Oxidarea nedorită poate fi evitată prin purjarea reactorului cu un gaz inert, de exemplu pătură de azot.

Soluții personalizate pentru reactorul dvs. chimic

În timp ce Hielscher oferă diferite soluții de reactor lot și în linie în diferite dimensiuni și geometrii, realizate din oțel inoxidabil sau sticlă, suntem bucuroși să fabricăm vasul reactorului chimic special, având în vedere analiza și fundamentele de proiectare ale cerințelor specifice ale procesului. Cu o echipă de ingineri și dezvoltatori tehnici cu experiență îndelungată, proiectăm reactorul dvs. chimic care să răspundă cerințelor dvs. De exemplu, dimensiunea, materialul, geometria, porturile de alimentare și descărcare, numărul de sonde cu ultrasunete etc. pot fi proiectate pentru a face reactorul chimic ideal promovat ultrasonically pentru procesul chimic.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre: