Ultrasonically intensificate reactoare cu pat fix
- Amestecarea și dispersia cu ultrasunete activează și intensifică reacția catalitică în reactoarele cu pat fix.
- sonicare îmbunătățește transferul de masă și crește, prin urmare, eficiența, rata de conversie și randamentul.
- Un beneficiu suplimentar este îndepărtarea straturilor pasivante de murdărire din particulele catalizatorului prin cavitație cu ultrasunete.
Catalizatori cu pat fix
Paturile fixe (uneori numite și paturi ambalate) sunt încărcate în mod obișnuit cu pelete catalizatoare, care sunt de obicei granule cu diametre de la 1-5 mm. Acestea pot fi încărcate în reactor sub formă de pat unic, sub formă de cochilii separate sau în tuburi. Catalizatorii se bazează în mare parte pe metale precum nichel, cupru, osmiu, platină și rodiu.
Efectele ultrasunetelor de putere asupra reacțiilor chimice eterogene sunt bine cunoscute și utilizate pe scară largă pentru procesele catalitice industriale. Reacțiile catalitice într-un reactor cu pat fix pot beneficia și de tratamentul cu ultrasunete. Iradierea cu ultrasunete a catalizatorului cu pat fix generează suprafețe foarte reactive, crește transportul de masă între faza lichidă (reactanți) și catalizator și îndepărtează acoperirile pasivante (de exemplu, straturile de oxid) de pe suprafață. Fragmentarea cu ultrasunete a materialelor fragile mărește suprafețele și contribuie astfel la o activitate crescută.
Avantaje- Eficiență îmbunătățită
- Reactivitate crescută
- Creșterea ratei de conversie
- Randament mai mare
- Reciclarea catalizatorului
Intensificarea cu ultrasunete a reacțiilor catalitice
Amestecarea cu ultrasunete și agitare îmbunătățește contactul dintre reactant și particule catalizator, creează suprafețe foarte reactive și inițiază și / sau îmbunătățește reacția chimică.
Pregătirea catalizatorului cu ultrasunete poate provoca modificări ale comportamentului de cristalizare, dispersie / dezaglomerare și proprietăți de suprafață. În plus, caracteristicile catalizatorilor preformați pot fi influențate prin îndepărtarea straturilor de suprafață pasivante, o mai bună dispersie, creșterea transferului de masă.
Click aici pentru a afla mai multe despre efectele cu ultrasunete asupra reacțiilor chimice (sonochemistry)!
Exemple
- Pre-tratarea cu ultrasunete a catalizatorului Ni pentru reacții de hidrogenare
- Sonicated Raney Ni catalizator cu acid tartric are ca rezultat o enantioselectivitate foarte mare
- Catalizatori Fischer-Tropsch pregătiți cu ultrasunete
- Catalizatori pulberi amorfe tratați sonochimic pentru o reactivitate crescută
- Sono-sinteza pulberilor metalice amorfe
Recuperarea catalizatorului cu ultrasunete
Catalizatorii solizi din reactoarele cu pat fix sunt în mare parte sub formă de mărgele sferice sau tuburi cilindrice. În timpul reacției chimice, suprafața catalizatorului este pasivizată de un strat de murdărire, cauzând pierderea activității catalitice și/sau selectivitatea în timp. Intervalele de timp pentru dezintegrarea catalizatorului variază considerabil. În timp ce, de exemplu, mortalitatea catalizatorului unui catalizator de cracare poate apărea în câteva secunde, un catalizator de fier utilizat în sinteza amoniacului poate dura 5-10 ani. Cu toate acestea, dezactivarea catalizatorului poate fi observată pentru toți catalizatorii. În timp ce pot fi observate diferite mecanisme (de exemplu, chimice, mecanice, termice) de dezactivare a catalizatorului, murdărirea este unul dintre cele mai frecvente tipuri de dezintegrare a catalizatorului. Depunerile se referă la depunerea fizică a speciilor din faza fluidă pe suprafața și în porii catalizatorului, blocând astfel locurile reactive. Murdărirea catalizatorului cu cocs și carbon este un proces rapid și poate fi inversat prin regenerare (de exemplu, tratamentul cu ultrasunete).
Cavitația cu ultrasunete este o metodă de succes pentru a îndepărta straturile pasivante de murdărire de pe suprafața catalizatorului. Recuperarea catalizatorului cu ultrasunete se realizează de obicei prin sonicarea particulelor într-un lichid (de exemplu, apă deionizată) pentru a îndepărta reziduurile de murdărire (de exemplu, platină / fibră de siliciu pt / SF, catalizatori de nichel).
Sisteme cu ultrasunete
Hielscher Ultrasonics oferă diverse procesoare cu ultrasunete și variații pentru integrarea ultrasunetelor de putere în reactoare cu pat fix. Diverse sisteme cu ultrasunete sunt disponibile pentru a fi instalate în reactoare cu pat fix. Pentru tipuri de reactoare mai complexe, oferim personalizat cu ultrasunete Soluţii.
Pentru a testa reacția chimică sub radiații ultrasonice, sunteți binevenit să vizitați laboratorul nostru de proces cu ultrasunete și centrul tehnic din Teltow!
Contactați-ne astăzi! Suntem bucuroși să discutăm despre intensificarea cu ultrasunete a procesului chimic cu tine!
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:
Sistem de curgere cu ultrasunete
- Hidrogenare
- Alcilare
- Cianare
- eterificare
- Esterificare
- polimerizare
- Alilare
- Bromurare
(de exemplu, catalizatori Ziegler-Natta, metalocenți)
Literatură/Referințe
- Argyle, MD; Bartolomeu, C.H. (2015): Dezactivarea și regenerarea eterogenă a catalizatorului: o revizuire. Catalizatori 2015, 5, 145-269.
- Oza, R.; Patel, S. (2012): Recuperarea nichelului din catalizatorii Ni/Al2O3 uzați folosind leșierea acidă, chelarea și ultrasonication. Jurnalul de cercetare a științelor recente Vol. 1; 2012. 434-443.
- Sana, S .; Rajanna, K.Ch.; Reddy, K.R.; Bhooshan, M.; Venkateswarlu, M.; Kumar, MS; Uppalaiah, K. (2012): Nitrarea regioselectivă asistată ultrasonically a compușilor aromatici în prezența anumitor săruri metalice din grupa V și VI. Chimie verde și durabilă, 2012, 2, 97-111.
- Suslick, K. S .; Skrabalak, S. E. (2008): “sonocataliză” În: Manual de cataliză eterogenă, vol. 4; Ertl, G.; Knözinger, H.; Schüth, F.; Weitkamp, J., (Eds.). Wiley-VCH: Weinheim, 2008. 2006-2017.
Fapte care merită știute
Cavitație cu ultrasunete și sonochimia
Cuplarea ultrasunetelor de alimentare în lichide și suspensii are ca rezultat cavitație acustică. Cavitația acustică se referă la fenomenul formării rapide, creșterii și colapsului imploziv al golurilor umplute cu vapori. Acest lucru generează "puncte fierbinți" de foarte scurtă durată, cu vârfuri extreme de temperatură de până la 5000K, rate foarte mari de încălzire / răcire de peste 109Ks-1și presiuni de 1000atm cu diferențialele respective – toate într-o durată de viață de nanosecunde.
Domeniul de cercetare al Sonochimie investighează efectul ultrasunetelor în formarea cavitației acustice în lichide, care inițiază și / sau îmbunătățește activitatea chimică într-o soluție.
Reacții catalitice eterogene
În chimie, cataliza eterogenă se referă la tipul de reacție catalitică în care fazele catalizatorului și reactanții diferă una de cealaltă. În contextul chimiei eterogene, faza nu este utilizată doar pentru a distinge între solid, lichid și gaz, ci se referă și la lichide nemiscibile, de exemplu petrol și apă.
În timpul unei reacții eterogene, unul sau mai mulți reactanți suferă o modificare chimică la o interfață, de exemplu pe suprafața unui catalizator solid.
Rata de reacție depinde de concentrația reactanților, dimensiunea particulelor, temperatura, catalizatorul și alți factori.
Concentrația reactantului: În general, o creștere a concentrației unui reactant crește rata de reacție datorită interfeței mai mari și, prin urmare, a transferului de fază mai mare între particulele reactante.
Dimensiunea particulelor: Când unul dintre reactanți este o particulă solidă, atunci nu poate fi afișat în ecuația vitezei, deoarece ecuația ratei arată doar concentrațiile, iar solidele nu pot avea o concentrație deoarece se află într-o fază diferită. Cu toate acestea, dimensiunea particulelor solidului afectează viteza de reacție datorită suprafeței disponibile pentru transferul de fază.
Temperatura de reacție: Temperatura este legată de constanta vitezei prin ecuația Arrhenius: k = Ae-EA/RT
Unde Ea este energia de activare, R este constanta universală a gazului și T este temperatura absolută în grade Kelvin. A este factorul Arrhenius (frecvență). e-EA/RT dă numărul de particule de sub curbă care au energie mai mare decât energia de activare, Ea.
Catalizator: În cele mai multe cazuri, reacțiile apar mai repede cu un catalizator, deoarece necesită mai puțină energie de activare. Catalizatorii eterogeni oferă o suprafață șablon la care are loc reacția, în timp ce catalizatorii omogeni formează produse intermediare care eliberează catalizatorul în timpul unei etape ulterioare a mecanismului.
Alți factori: Alți factori, cum ar fi lumina, pot afecta anumite reacții (fotochimie).
Substituție nucleofilă
Substituția nucleofilă este o clasă fundamentală de reacții în chimia organică (și anorganică), în care un nucleofil se leagă selectiv sub forma unei baze Lewis (ca donator de perechi de electroni) cu un complex organic cu sau atacă sarcina pozitivă sau parțial pozitivă (+ve) a unui atom sau a unui grup de atomi pentru a înlocui un grup care pleacă. Atomul pozitiv sau parțial pozitiv, care este acceptorul perechii de electroni, se numește electrofil. Întreaga entitate moleculară a electrofilului și a grupului care pleacă este de obicei numită substrat.
Substituția nucleofilă poate fi observată ca două căi diferite – Modelul SN1 și SN2 reacție. Ce formă de mecanism de reacție – sN1 sau SN2 – are loc, depinde de structura compușilor chimici, tipul de nucleofil și solventul.
Tipuri de dezactivare catalizator
- Otrăvirea cu catalizator este termenul pentru chemizorpția puternică a speciilor pe site-urile catalitice care blochează locurile de reacție catalitică. Otrăvirea poate fi reversibilă sau ireversibilă.
- Depunerile se referă la o degradare mecanică a catalizatorului, în care speciile din faza fluidă se depun pe suprafața catalitică și în porii catalizatorului.
- Degradarea termică și sinterizarea au ca rezultat pierderea suprafeței catalitice, a zonei de suport și a reacțiilor active de susținere a fazei.
- Formarea vaporilor înseamnă o formă de degradare chimică, în care faza gazoasă reacționează cu faza catalizatorului pentru a produce compuși volatili.
- Reacțiile vapori-solid și solid-solid au ca rezultat dezactivarea chimică a catalizatorului. Vaporii, suportul sau promotorul reacționează cu catalizatorul, astfel încât se produce o fază inactivă.
- Uzura sau zdrobirea particulelor catalizatorului duce la pierderea materialului catalitic din cauza abraziunii mecanice. Suprafața internă a catalizatorului se pierde din cauza zdrobirii mecanice a particulei catalizatorului.