Оптимизована ефикасност хемијског реактора ултразвуком велике снаге

Познато је да ултразвук интензивира и/или покреће хемијске реакције. Стога се интеграција ултразвука високих перформанси сматра поузданим алатом за промовисање хемијских реактора за побољшане резултате реакције. Хиелсцхер Ултрасоницс нуди различита реакторска решења за подешавање вашег хемијског процеса. Сазнајте како ултразвук може побољшати ваш хемијски реактор!

Како моћни ултразвук побољшава хемијске реакторе?

Интеграција једне или више ултразвучних сонди (сонотрода) омогућава спајање моћних ултразвучних таласа у хемијски реактор. Интензивна ултразвучна обрада течности и суспензије не само да ствара јаке турбуленције услед акустичне вибрације, већ је позната по вишеструким ефектима који се дефинишу под термином „сонохемија“.

Шта је сонохемија? Како подстиче реакције?

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, притисци до ∼1000 бара као и одговарајуће разлике температуре и притиска. Течност или суспензија се јако мешају млазом течности и силама смицања.

Хемијски ефекти (нпр. формирање радикалних врста, савијање молекула итд.) и физички/физичко-механички ефекти сонохемије се успешно примењују на бројне хемијске реакције као што су органска катализа, органокаталитичке реакције, Реакције преноса фазе, синтеза наночестица, Преципитација / Кристализација, сол-гел реакције, Сузуки спојница, Диелс-Алдерове реакције, Маннихове реакције, Мицхаел Аддитион, спојница типа Вуртз и многе друге. Сонохемијски промовисане реакције често показују значајно повећану стопу конверзије, веће приносе, убрзану реакцију, потпунију реакцију, могу се користити са блажим растварачима у амбијенталним условима, стварају мање нежељених нуспроизвода и доприносе због своје високе ефикасности зеленој хемији.

Хемијски реактори на бази ултразвука

Интеграција ултрасоникатора у отворене или затворене шаржне реакторе је уобичајена техника за убрзавање реакција у лабораторијама, пилот постројењима и производним објектима. У зависности од величине посуде, геометрије и система хемијске реакције, једна или више сонотрода могу бити интегрисане у шаржни реактор. Ултрасоницатион се такође често користи за побољшање реактори који се непрекидно мешају (ЦСТР).

Ултразвучни полусеријски реактори: Наравно, соникација се такође може интегрисати у полусеријске реакторе. За полусеријске системе, један хемијски реактант се убацује у реактор, док се друга хемикалија додаје континуираним протоком (на пример, при спором уносу да би се спречиле нуспојаве) комбинујући се у ултразвучној врућој тачки. Алтернативно, производ хемијске реакције, који је резултат реакције у реактору, се континуирано уклања, нпр. синтетисани преципитати или кристали, или интермедијер крајњег производа који се може уклонити услед раздвајања фаза.

Ултразвучно агитирани хемијски проточни реактор

У проточном реактору, такође познатом као проточна ћелија или инлине реактор, реактанти се уносе кроз један или више улаза за напајање у реакциону комору, где се дешава хемијска реакција. После одређеног времена задржавања које је потребно да би се јавила одређена реакција, медијум се непрекидно испушта из реактора. Ултразвучне проточне ћелије и инлине реактори омогућавају непрекидну производњу производа, која зависи само од континуираног снабдевања реагенсима.

На слици је приказано Ултрасоницатор УИП1000хдТ са шаржним реактором (лево) и са реактором проточне ћелије за инлине обраду (десно).

Хемијски сонореактори високих перформанси

Хиелсцхер Ултрасоницс је ваш поуздани произвођач соно-хемијских реактора и ултразвучне опреме високих перформанси која може поуздано побољшати вашу хемијску реакцију. Асортиман производа Хиелсцхер Ултрасоницс укључује различите типове и класе лабораторијских и индустријских великих сонореактора за серијски и проточни режим. Са Хиелсцхер ултразвучном сондом високих перформанси, вишеструки напредак – као што су побољшана брзина реакције, потпунија конверзија, већи приноси, прецизна контрола реакције и одлична укупна ефикасност – се поуздано постижу у шаржним и проточним реакторима. Дизајнирани за високе перформансе и робусност, Хиелсцхер ултрасоникатори и соно-реактори могу се инсталирати за употребу са јаким хемикалијама, у захтевним окружењима и апликацијама за тешке услове рада.
Хиелсцхер ултразвучни реактори су дизајнирани са фокусом на једнолично ултразвучно зрачење медија тако да се поље акустичног притиска може равномерно проширити. Испуњавање овог захтева побољшава укупну ефикасност сонохемијске реакције јер ултразвук постиже највеће интензивирање процеса.

Шематски приказ појава које се дешавају у сонохемијском реактору.
Слика и студија: ©Дахлем ет ал., 1999.

Асортиман производа обухвата компактне лабораторијске ултразвучне апарате за Р&Д, моћни стони и пилот ултразвучни системи, као и потпуно индустријска опрема за производњу великих количина. Ово омогућава тестирање изводљивости без ризика на малом нивоу и накнадно потпуно линеарно повећање на веће количине.

Прецизна контрола соникације

Дигитални дисплеј у боји и паметни софтвер са даљинском контролом претраживача и аутоматским протоколом података на интегрисаној СД картици омогућавају софистицирано подешавање и праћење ултразвучних параметара у сонохемијском реактору.
Лепота сонохемијски вођених реакција је ефикасност која се може поуздано постићи оптимизацијом процеса. Оптимална ултразвучна амплитуда, улазна снага ултразвука, температура и притисак могу се одредити за сваку појединачну реакцију. Ово омогућава проналажење идеалних параметара соникације тако да се постижу оптимални резултати реакције и ефикасност.

контрола температуре

Сви наши дигитални ултрасоникатори су опремљени температурним сензором који се може прикључити за континуирано праћење температуре, који се може уметнути у течност за константно мерење основне температуре. Софистицирани софтвер омогућава подешавање температурног опсега. Када се прекорачи граница температуре, ултрасоникатор аутоматски паузира док се температура у течности не спусти на одређену задату тачку и поново почне аутоматски да врши соникацију. Сва мерења температуре као и други важни ултразвучни процесни подаци се аутоматски снимају на уграђену СД картицу и могу се лако ревидирати ради контроле процеса.
Сонохемијски реактори из Хиелсцхер-а су доступни са расхладним омотима. Додатно, измењивачи топлоте и расхладне јединице се могу повезати како би се обезбедила жељена температура процеса.

Лако доступне компоненте за састављање идеалног хемијског реактора

Велики портфељ лако доступних ултразвучних уређаја, сонде (сонотроде), бустер хорни, шаржни реактори и проточне ћелије, као и бројни додатни прибор омогућавају конфигурисање идеалног ултразвучно-хемијског реактора (соно-реактора) за ваш специфичан процес.
Сва опрема је већ оптимизована за уједначену дистрибуцију акустичне кавитације и стабилне обрасце протока, што су најважнији аспекти дизајна за добијање хомогених, поузданих резултата у ултразвучном хемијском реактору.
Нежељена оксидација се може избећи прочишћавањем реактора инертним гасом, нпр. азотним покривачем.

Прилагођена решења за ваш хемијски реактор

Док Хиелсцхер нуди различита шаржна и инлине реакторска решења у различитим величинама и геометријама, направљена од нерђајућег челика или стакла, драго нам је да произведемо вашу специјалну посуду за хемијски реактор с обзиром на анализу и основе дизајна ваших специфичних захтева процеса. Са дугогодишњим искусним тимом инжењера и техничких програмера, ми дизајнирамо ваш хемијски реактор који испуњава ваше захтеве. На пример, величина, материјал, геометрија, портови за довод и пражњење, број ултразвучних сонди итд. могу бити дизајнирани да би се направио идеалан ултразвучно промовисан хемијски реактор за ваш хемијски процес.

Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата: