Reaktorë me shtrat të fiksuar me tejzanor
- Përzierja dhe shpërndarja tejzanor aktivizon dhe intensifikon reaksionin katalitik në reaktorët me shtrat fiks.
- Sonication përmirëson transferimin e masës dhe rrit në këtë mënyrë efikasitetin, shkallën e konvertimit dhe rendimentin.
- Një përfitim shtesë është heqja e shtresave të ndotjes pasivizuese nga grimcat e katalizatorit me anë të kavitacionit tejzanor.
Katalizatorët e shtratit të fiksuar
Shtretërit fiks (nganjëherë i quajtur edhe shtrati i paketuar) zakonisht ngarkohen me fishekë katalizatorë, të cilët zakonisht janë granula me diametër nga 1-5 mm. Ato mund të ngarkohen në reaktor në formën e një shtrati të vetëm, si predha të veçanta ose në tuba. Katalizatorët bazohen kryesisht në metale të tilla si nikeli, bakri, osmiumi, platini dhe rodiumi.
Efektet e ultrazërit të fuqisë në reaksionet kimike heterogjene janë të njohura dhe përdoren gjerësisht për proceset katalitike industriale. Reaksionet katalitike në një reaktor me shtrat fiks mund të përfitojnë gjithashtu nga trajtimi me ultratinguj. Rrezatimi tejzanor i katalizatorit të shtratit fiks gjeneron sipërfaqe shumë reaktive, rrit transportin masiv midis fazës së lëngshme (reaktantët) dhe katalizatorit dhe heq veshjet pasivizuese (p.sh. shtresat okside) nga sipërfaqja. Fragmentimi tejzanor i materialeve të brishtë rrit sipërfaqen dhe kontribuon në rritjen e aktivitetit.
Përparësitë
- Efikasiteti i përmirësuar
- Reaktivitet i rritur
- Shkalla e rritur e konvertimit
- Rendiment më i lartë
- Riciklimi i katalizatorit
Intensifikimi tejzanor i reaksioneve katalitike
Përzierja dhe trazimi tejzanor përmirëson kontaktin midis grimcave të reaktantit dhe katalizatorit, krijon sipërfaqe shumë reaktive dhe fillon dhe/ose rrit reaksionin kimik.
Përgatitja e katalizatorit tejzanor mund të shkaktojë ndryshime në sjelljen e kristalizimit, shpërndarjen / deagglomerimin dhe vetitë e sipërfaqes. Për më tepër, karakteristikat e katalizatorëve të paraformuar mund të ndikohen nga heqja e shtresave sipërfaqësore pasivizuese, shpërndarja më e mirë, rritja e transferimit të masës.
Klikoni këtu për të mësuar më shumë rreth efekteve ultrasonike në reaksionet kimike (sonokimia)!
Shembuj
- Para-trajtimi tejzanor i katalizatorit Ni për reaksionet e hidrogjenizimit
- Katalizatori Raney Ni i sonikuar me acid tartarik rezulton në një enantioselektive shumë të lartë
- Katalizatorë Fischer-Tropsch të përgatitura me ultratinguj
- Katalizatorë pluhur amorfë të trajtuar në mënyrë sonokimike për rritjen e reaktivitetit
- Sono-sinteza e pluhurave të metaleve amorfe
Rimëkëmbja e katalizatorit me ultratinguj
Katalizatorët e ngurtë në reaktorët me shtrat fiks janë kryesisht në formën e rruazave sherike ose tubave cilindrikë. Gjatë reaksionit kimik, sipërfaqja e katalizatorit pasivohet nga një shtresë ndotëse duke shkaktuar humbje të aktivitetit katalitik dhe/ose selektivitetit me kalimin e kohës. Shkallët kohore për prishjen e katalizatorit ndryshojnë në mënyrë të konsiderueshme. Ndërsa, për shembull, vdekshmëria e katalizatorit të një katalizatori plasaritës mund të ndodhë brenda sekondave, një katalizator hekuri i përdorur në sintezën e amoniakut mund të zgjasë për 5-10 vjet. Megjithatë, çaktivizimi i katalizatorit mund të vërehet për të gjithë katalizatorët. Përderisa mund të vërehen mekanizma të ndryshëm (p.sh. kimik, mekanik, termik) të çaktivizimit të katalizatorit, ndotja është një nga llojet më të shpeshta të prishjes së katalizatorit. Fouling i referohet depozitimit fizik të specieve nga faza fluide në sipërfaqe dhe në poret e katalizatorit duke bllokuar kështu vendet reaktive. Mbyllja e katalizatorit me koks dhe karbon është një proces që ndodh me shpejtësi dhe dhe mund të rikthehet nga rigjenerimi (p.sh. trajtimi me ultratinguj).
Kavitacioni tejzanor është një metodë e suksesshme për të hequr shtresat e ndotjes pasivizuese nga sipërfaqja e katalizatorit. Rikuperimi i katalizatorit tejzanor zakonisht kryhet duke sonikuar grimcat në një lëng (p.sh. ujë të dejonizuar) për të hequr mbetjet e ndotjes (p.sh. platini/fibra silicë pt/SF, katalizatorët e nikelit).
sistemet tejzanor
Hielscher Ultrasonics ofron procesorë dhe variacione të ndryshme tejzanor për integrimin e ultrazërit të fuqisë në reaktorët me shtrat fiks. Sisteme të ndryshme tejzanor janë të disponueshme për t'u instaluar në reaktorë me shtrat fiks. Për llojet më komplekse të reaktorëve, ne ofrojmë tejzanor i personalizuar Zgjidhjet.
Për të testuar reaksionin tuaj kimik nën rrezatim tejzanor, jeni të mirëpritur të vizitoni laboratorin tonë të procesit tejzanor dhe qendrën teknike në Teltow!
Na kontaktoni sot! Kemi kënaqësinë të diskutojmë me ju për intensifikimin tejzanor të procesit tuaj kimik!
Tabela e mëposhtme ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikëve tanë:
Sistemi i rrjedhës tejzanor
- hidrogjenizimi
- Alcilimi
- Cianimi
- eterifikimi
- esterifikimi
- polimerizimi
- Alilimi
- Brominimi
(p.sh. katalizatorët Ziegler-Natta, metallocens)
Literatura/Referencat
- Argyle, MD; Bartholomew, CH (2015): Çaktivizimi dhe rigjenerimi i katalizatorit heterogjen: Një përmbledhje. Katalizatorët 2015, 5, 145-269.
- Oza, R.; Patel, S. (2012): Rikuperimi i nikelit nga katalizatorët e shpenzuar Ni/Al2O3 duke përdorur Acid Leaching, Chelation dhe Ultrasonication. Gazeta Kërkimore e Shkencave të Fundit Vol. 1; 2012. 434-443.
- Sana, S.; Rajanna, K.Ch.; Reddy, KR; Bhooshan, M.; Venkateswarlu, M.; Kumar, MS; Uppalaiah, K. (2012): Nitrimi rajonal selektiv i asistuar tejzanor i komponimeve aromatike në prani të kripërave të caktuara metalike të grupit V dhe VI. Kimi e gjelbër dhe e qëndrueshme, 2012, 2, 97-111.
- Suslick, KS; Skrabalak, SE (2008): “sonokataliza” Në: Handbook of Heterogeneous Catalysis, vëll. 4; Ertl, G.; Knözinger, H.; Schüth, F.; Weitkamp, J., (Eds.). Wiley-VCH: Weinheim, 2008. 2006-2017.
Fakte që ia vlen të dihen
Kavitacion tejzanor dhe Sonokimi
Lidhja e ultrazërit të fuqisë në lëngje rezulton në një slurries kavitacioni akustik. Kavitacioni akustik i referohet fenomenit të formimit të shpejtë, rritjes dhe kolapsit imploziv të zbrazëtirave të mbushura me avull. Kjo gjeneron "pika të nxehta" jetëshkurtër me maja ekstreme të temperaturës deri në 5000K, norma shumë të larta ngrohjeje/ftohjeje mbi 109Ks-1, dhe presione prej 1000atm me diferencialet përkatëse – të gjitha brenda jetëgjatësisë nanosekonda.
Fusha kërkimore e Sonokimia heton efektin e ultrazërit në formimin e kavitacionit akustik në lëngje, i cili fillon dhe/ose rrit aktivitetin kimik në një tretësirë.
Reaksionet katalitike heterogjene
Në kimi, kataliza heterogjene i referohet llojit të reaksionit katalitik ku fazat e katalizatorit dhe reaktantëve ndryshojnë nga njëra-tjetra. Në kontekstin e kimisë heterogjene, faza nuk përdoret vetëm për të dalluar ndërmjet të ngurtë, të lëngët dhe të gaztë, por i referohet gjithashtu lëngjeve të papërziershme, p.sh. vaji dhe uji.
Gjatë një reaksioni heterogjen, një ose më shumë reaktantë i nënshtrohen një ndryshimi kimik në një ndërfaqe, p.sh. në sipërfaqen e një katalizatori të ngurtë.
Shpejtësia e reagimit varet nga përqendrimi i reaktantëve, madhësia e grimcave, temperatura, katalizatori dhe faktorë të tjerë.
Përqendrimi i reaktantit: Në përgjithësi, një rritje e përqendrimit të një reaktanti rrit shpejtësinë e reaksionit për shkak të ndërfaqes më të madhe dhe në këtë mënyrë transferimit më të madh të fazës midis grimcave reaktante.
Madhësia e grimcave: Kur një nga reaktantët është një grimcë e ngurtë, atëherë ajo nuk mund të shfaqet në ekuacionin e shpejtësisë, pasi ekuacioni i shpejtësisë tregon vetëm përqendrime dhe trupat e ngurtë nuk mund të kenë një përqendrim pasi janë në një fazë tjetër. Megjithatë, madhësia e grimcave të lëndës së ngurtë ndikon në shpejtësinë e reagimit për shkak të sipërfaqes së disponueshme për transferimin e fazës.
Temperatura e reagimit: Temperatura lidhet me konstanten e shpejtësisë nëpërmjet ekuacionit Arrhenius: k = Ae-Ea/RT
Ku Ea është energjia e aktivizimit, R është konstanta universale e gazit dhe T është temperatura absolute në Kelvin. A është faktori Arrhenius (frekuenca). e-Ea/RT jep numrin e grimcave nën kurbë që kanë energji më të madhe se energjia e aktivizimit, Ea.
Katalizator: Në shumicën e rasteve, reaksionet ndodhin më shpejt me një katalizator, sepse ato kërkojnë më pak energji aktivizimi. Katalizatorët heterogjenë sigurojnë një sipërfaqe shabllon në të cilën ndodh reaksioni, ndërsa katalizatorët homogjenë formojnë produkte të ndërmjetme që lëshojnë katalizatorin gjatë një hapi pasues të mekanizmit.
Faktorë të tjerë: Faktorë të tjerë si drita mund të ndikojnë në disa reaksione (fotokimia).
Zëvendësimi nukleofilik
Zëvendësimi nukleofilik është një klasë themelore e reaksioneve në kiminë organike (dhe inorganike), në të cilën një nukleofili lidhet në mënyrë selektive në formën e një baze Lewis (si dhurues i çiftit elektronik) me një kompleks organik me ose sulmon pozitiven ose pjesërisht pozitive (+ve) ngarkesa e një atomi ose e një grupi atomesh për të zëvendësuar një grup që largohet. Atomi pozitiv ose pjesërisht pozitiv, i cili është pranuesi i çiftit elektronik, quhet elektrofil. I gjithë entiteti molekular i elektrofilit dhe grupit që largohet zakonisht quhet substrat.
Zëvendësimi nukleofilik mund të vërehet si dy rrugë të ndryshme – SN1 dhe SN2 reagim. Cila formë e mekanizmit të reagimit – sN1 ose SN2 – zhvillohet, varet nga struktura e përbërjeve kimike, nga lloji i nukleofilit dhe nga tretësi.
Llojet e çaktivizimit të katalizatorit
- Helmimi me katalizator është termi për kimisorbimin e fortë të specieve në vendet katalitike të cilat bllokojnë vendet për reaksion katalitik. Helmimi mund të jetë i kthyeshëm ose i pakthyeshëm.
- Fouling i referohet një degradimi mekanik të katalizatorit, ku speciet nga faza e lëngshme depozitohen në sipërfaqen katalitike dhe në poret e katalizatorit.
- Degradimi termik dhe sinterizimi rezulton në humbjen e sipërfaqes katalitike, zonës mbështetëse dhe reaksioneve aktive të mbështetjes së fazës.
- Formimi i avullit nënkupton një formë degradimi kimik, ku faza e gazit reagon me fazën e katalizatorit për të prodhuar komponime të paqëndrueshme.
- Reaksionet avull-ngurtë dhe të ngurtë-ngurtë rezultojnë në çaktivizimin kimik të katalizatorit. Avulli, mbështetësi ose promotori reagon me katalizatorin në mënyrë që të prodhohet një fazë joaktive.
- Fshirja ose shtypja e grimcave të katalizatorit rezulton në humbjen e materialit katalitik për shkak të gërryerjes mekanike. Sipërfaqja e brendshme e katalizatorit humbet për shkak të shtypjes mekanike të grimcave të katalizatorit.