Ultrazvukom je dobre známe, že zintenzívniť a / alebo iniciovať chemické reakcie. Preto sa integrácia vysokovýkonného ultrazvuku považuje za spoľahlivý nástroj na podporu chemických reaktorov pre lepšie reakčné výsledky. Hielscher Ultrasonics ponúka rôzne reaktorové riešenia na vyladenie chemického procesu. Zistite, ako ultrazvuk môže zlepšiť váš chemický reaktor!

Ako výkon ultrazvuk zlepšuje chemické reaktory?

Integrácia jednej alebo viacerých ultrazvukových sond (sonotród) umožňuje spojiť silné ultrazvukové vlny do chemického reaktora. Intenzívna ultrazvukom kvapalín a kalov nielenže vytvára silné turbulencie v dôsledku akustických vibrácií, ale je známa viacerými účinkami, ktoré sú definované pod pojmom "sonochemistry".

Čo je Sonochemistry? Ako podporuje reakcie?

Ultrazvuk s vysokou intenzitou / vysokovýkonný ultrazvuk sa aplikuje na chemické systémy s cieľom iniciovať a / alebo podporovať reakcie, zlepšiť mieru konverzie a výnosy alebo zmeniť reakčné dráhy. Fyzikálny jav zodpovedný za sonchemické účinky je akustická kavitácia. Keď sú ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou spojené do kvapalného média, vlny prechádzajú kvapalinou a vytvárajú striedavý nízky tlak (rarefaction) a vysokotlakové (kompresné) cykly. Počas nízkeho tlaku / zriedkavého vztlaku vznikajú v kvapaline minútové vákuové bubliny, ktoré rastú počas niekoľkých tlakových cyklov, až kým vákuová bublina nedosiahne bod, kde nemôže absorbovať žiadnu ďalšiu energiu. V bode maximálneho rastu bubliny bublina prudko exploduje počas vysokotlakového cyklu. Počas zrútenia implosívnej bubliny možno pozorovať fenomén kavitácie. Ultrazvuková kavitácia vytvára takzvané "horúce miesta", ktoré sa vyznačujú extrémnymi podmienkami, ako je teplota až ∼ 5000 K s veľmi vysokou rýchlosťou vykurovania / chladenia > 1000 K s^-1., tlaky do ∼1000 bar, ako aj príslušné teplotné a tlakové diferenciály. Kvapalina alebo kal je silne rozrušená kvapalnými tryskami a šmykovými silami.

Chemické účinky (napr. tvorba radikálnych druhov, ohýbanie molekúl atď.) a fyzikálne / fyzikálno-mechanické účinky sonochemistry sa úspešne aplikujú na početné chemické reakcie, ako je organická katalýza, organokatalytické reakcie, Reakcie na prenos fázy, syntéza nanočastíc, zrážky / kryštalizácia, sol-gélové reakcie, Suzuki spojka, Diels-Alder reakcie, Mannichove reakcie, Michaelov dodatok, Spojenie typu Wurtz a mnoho ďalších. Sonochemicale podporované reakcie často vykazujú výrazne zvýšenú mieru konverzie, vyššie výnosy, zrýchlenú reakciu, úplnejšiu reakciu, môžu byť použité s miernejšími rozpúšťadlami v okolitých podmienkach, vytvárajú menej nežiaducich vedľajších produktov a prispievajú vďaka svojej vysokej účinnosti k zelenej chémii.

Ultrazvukom riadené chemické dávkové reaktory

Integrácia ultrasonicators do otvorených alebo uzavretých dávkových reaktorov je bežne používaná technika na urýchlenie reakcií v laboratóriách, pilotných závodoch a výrobných zariadeniach. V závislosti od veľkosti nádoby, geometrie a systému chemickej reakcie môže byť do dávkového reaktora integrovaný jeden alebo viacero sonotród. Ultrazvukom sa tiež často používa na zlepšenie nepretržite miešané reaktory (CSTR).

Ultrazvukové polosériové reaktory: Samozrejme, ultrazvukom môže byť tiež integrovaná do polosásmových reaktorov. Pre polosárové systémy sa do reaktora naloží jeden chemický reaktant, zatiaľ čo druhá chemikália sa pridáva pri nepretržitom prietoku (napríklad pri pomalom krmive, aby sa zabránilo vedľajším reakciám) v ultrazvukovom horúcom mieste. Alternatívne sa nepretržite odstraňuje produkt chemickej reakcie, ktorý je výsledkom reakcie v reaktore, napr. syntetizované vyzrážači alebo kryštály, alebo medziprodukt konečného produktu, ktorý možno odstrániť v dôsledku fázového oddelenia.

Rozpúšťadle-miešaný chemický prietokový reaktor

V prietokovom reaktore, tiež známom ako prietoková bunka alebo inline reaktor, sa reaktanty dodávajú cez jeden alebo viac kŕmnych portov do reakčnej komory, kde dochádza k chemickej reakcii. Po určitom retenčnej dobe, ktorá je potrebná na to, aby došlo ku konkrétnej reakcii, sa médium neustále vypúšťa z reaktora. Ultrazvukové prietokové bunky a inline reaktory umožňujú nepretržitú výrobu produktu, ktorý závisí len od nepretržitého zásobovania činidiel.

Na obrázku je znázornené Ultrasonicator UIP1000hdT dávkovým reaktorom (vľavo) a reaktorom prietokových buniek na inline spracovanie (vpravo).

Vysokovýkonné chemické sono-reaktory

Hielscher Ultrasonics je váš dôveryhodný výrobca pre sono-chemické reaktory a vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia, ktoré môžu spoľahlivo zlepšiť vašu chemickú reakciu. Hielscher Ultrasonics produktový rad zahŕňa rôzne typy a triedy laboratórnych a priemyselných veľkých sonoreaktorov pre dávkový a prietokový režim. S Hielscher vysokovýkonné sondy-typ ultrazvukom, viac pokrokov – ako je zlepšená reakčná rýchlosť, úplnejšia konverzia, vyššie výnosy, presná kontrola reakcie a vynikajúca celková účinnosť – sú spoľahlivo dosiahnuté v dávkových a prietokových reaktoroch. Navrhnuté pre vysoko výkonné a robustnosť, Hielscher ultrasonicators a sono-reaktory môžu byť inštalované pre použitie s drsnými chemikáliami, v náročných prostrediach a ťažkých aplikáciách.
Hielscher ultrazvukové reaktory sú navrhnuté so zameraním rovnomerné ultrazvukové ožarovanie média tak, že akustické tlakové pole sa môže rovnomerne rozšíriť. Splnenie tejto požiadavky zlepšuje celkovú účinnosť sonchemickej reakcie, pretože ultrazvuk dosahuje najvyššiu inteštenzifikáciu procesu.

Schematický pohľad na javy, ktoré sa odohrávajú v sonchemickom reaktore.
Obrázok a štúdia: ©Dahlem et al., 1999.

Sortiment výrobkov pokrýva kompaktné laboratórne ultrasonicators pre R&D, výkonné stolové a pilotné ultrazvukové systémy, ako aj plne priemyselné zariadenia pre veľkoobjemovú výrobu. To umožňuje bezrizikové testovanie uskutočniteľnosti v malom meradle a následné úplne lineárne škály až po väčšie objemy.

Presné ovládanie ultrazvukom

Digitálny farebný displej a inteligentný softvér so vzdialeným ovládaním prehliadača a automatickým protokolovaním údajov na integrovanej SD karte umožňujú sofistikované nastavenie a monitorovanie ultrazvukových parametrov v sonochemickej reaktore.
Krása sonchemicky riadených reakcií je účinnosť, ktorú možno spoľahlivo dosiahnuť optimalizáciou procesu. Optimálna ultrazvuková amplitúda, ultrazvukový príkon, teplota a tlak môžu byť určené pre každú konkrétnu reakciu. To umožňuje nájsť ideálne ultrazvukom parametre tak, aby sa dosiahli optimálne reakčné výsledky a účinnosť.

ovládanie teploty

Všetky naše digitálne ultrasonicators sú vybavené pripojiteľným snímačom teploty pre nepretržité monitorovanie teploty, ktorý môže byť vložený do kvapaliny na neustále meranie sypkých teplôt. Sofistikovaný softvér umožňuje nastavenie teplotného rozsahu. Keď je prekročený teplotný limit, ultrasonicator sa automaticky pozastaví, kým teplota v kvapaline nezníži na určitý nastavený bod a začne automaticky znova ultrazvukom. Všetky merania teploty, ako aj ďalšie dôležité ultrazvukové procesné údaje sa automaticky zaznamenávajú na vstavanej SD karte a môžu byť ľahko revidované na kontrolu procesu.
Sonochemical reaktory od Hielscher sú k dispozícii s chladiacimi bundami. Okrem toho môžu byť pripojené výmenníky tepla a chladiace jednotky, aby sa zabezpečila požadovaná teplota procesu.

Ľahko dostupné komponenty na montáž ideálneho chemického reaktora

Veľké portfólio ľahko dostupných ultrazvukových zariadení, sond (sonotród), posilňovačov rohov, dávkových reaktorov a prietokových buniek, ako aj početné ďalšie príslušenstvo umožňujú konfigurovať ideálny ultrazvukovo-chemický reaktor (sono-reaktor) pre váš konkrétny proces.
Všetky zariadenia sú už optimalizované pre rovnomernú distribúciu akustickej kavitácie a stabilných prietokových vzorov, ktoré sú najdôležitejšími konštrukčnými aspektmi na dosiahnutie homogénnych a spoľahlivých výsledkov v rozpúšťadle rozrušenom chemickom reaktore.
Neželanej oxidácii sa dá vyhnúť vyčistením reaktora inertným plynom, napr. dusíkovou prikrývkou.

Prispôsobené riešenia pre váš chemický reaktor

Zatiaľ čo Hielscher ponúka rôzne dávkové a inline reaktorové riešenie v rôznych veľkostiach a geometriách, vyrobené z nehrdzavejúcej ocele alebo skla, sme radi, že vyrábame vašu špeciálnu chemickú reaktorovú nádobu vzhľadom na analýzu a konštrukčné základy vašich špecifických požiadaviek na proces. S dlhoročným skúseným tímom inžinierov a technických vývojárov navrhujeme váš chemický reaktor, ktorý spĺňa vaše požiadavky. Napríklad veľkosť, materiál, geometria, napájacie a vypúšťacie porty, počet ultrazvukových sond atď. Môže byť navrhnutý tak, aby bol ideálny rozpúšťadle podporovaný chemický reaktor pre váš chemický proces.

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov: