Оптимизована ефикасност хемијског реактора применом ултразвучне обраде велике снаге

Добро је познато да ултразвучна обрада интензивира и/или покреће хемијске реакције. Стога се интеграција ултразвука високих перформанси сматра поузданим средством за унапређење рада хемијских реактора ради постизања бољих исхода реакција. Hielscher Ultrasonics нуди различита реакторска решења за фино подешавање вашег хемијског процеса. Сазнајте како ултразвук може да унапреди ваш хемијски реактор!

Како ултразвук велике снаге унапређује хемијске реакторе?

Интеграција једне или више ултразвучних сонди (сонотрода) омогућава пренос снажних ултразвучних таласа у хемијски реактор. Интензивна ултразвучна обрада течности и суспензија не само да ствара снажну турбуленцију услед акустичких вибрација већ је позната и по вишеструким ефектима који су обухваћени појмом „сонохемија“.

Шта је сонохемија? Како подстиче реакције?

Ултразвук високог интензитета / ултразвук велике снаге примењује се на хемијске системе ради покретања и/или подстицања реакција, побољшања степена конверзије и приноса или промене реакционих путева. Физичка појава одговорна за сонохемијске ефекте јесте акустичка кавитација. Када се ултразвучни таласи високог интензитета пренесу у течни медијум, таласи путују кроз течност стварајући наизменичне циклусе ниског притиска (разређивања) и високог притиска (сабијања). Током ниског притиска / разређивања у течности настају сићушни вакуумски мехурићи, који расту током више циклуса притиска све док вакуумски мехурић не достигне тачку у којој више не може да апсорбује енергију. Када достигне максималну величину, мехурић снажно имплодира током циклуса високог притиска. Током имплозивног колапса мехурића може се уочити појава кавитације. Ултразвучна кавитација ствара такозване „вруће тачке“, које карактеришу екстремни услови, као што су температуре до ∼5000 K са веома великим брзинама загревања/хлађења од > 1000 K s^-1, притисци до ∼1000 bar, као и одговарајуће разлике у температури и притиску. Млазеви течности и силе смицања снажно мешају течност или суспензију.

Хемијски ефекти (нпр. настанак радикалских врста, савијање молекула итд.) и физички / физичко-механички ефекти сонохемије успешно се примењују у бројним хемијским реакцијама, као што су органска катализа, органокаталитичке реакције, реакције фазног преноса, синтеза наночестица, таложење / кристализација, сол-гел реакције, Сузукијево купловање, Дилс–Алдерове реакције, Манихове реакције, Михаелова адиција, купловање Вурцовог типа и многе друге. Реакције подстакнуте сонохемијом често показују знатно повећан степен конверзије, веће приносе, брже и потпуније одвијање реакције, могу се спроводити са блажим растварачима у амбијенталним условима, стварају мање нежељених нуспроизвода и захваљујући својој високој ефикасности доприносе зеленој хемији.

Хемијски шаржни реактори са ултразвучним погоном

Уградња ултразвучних уређаја у отворене или затворене шаржне реакторе представља често примењивану технику за убрзавање реакција у лабораторијама, пилот-постројењима и производним погонима. У зависности од величине посуде, геометрије и система хемијске реакције, у шаржни реактор може се уградити једна или више сонотрода. Ултразвучна обрада се такође често користи за побољшање рада реактора са континуалним мешањем (CSTR).

Ултразвучни полушаржни реактори: Наравно, ултразвучна обрада може се интегрисати и у полушаржне реакторе. У полушаржним системима, један хемијски реактант уноси се у реактор, док се друга хемикалија додаје при сталном протоку (на пример, спорим дозирањем ради спречавања споредних реакција), при чему се оне спајају у ултразвучној врућој тачки. Алтернативно, производ хемијске реакције која се одвија у реактору континуално се уклања, нпр. синтетисани талози или кристали, или међупроизвод крајњег производа који се може уклонити услед раздвајања фаза.

Проточни хемијски реактор са ултразвучним мешањем

У проточном реактору, познатом и као проточна ћелија или линијски реактор, реактанти се доводе кроз један или више улазних прикључака у реакциону комору, где се одвија хемијска реакција. Након одређеног времена задржавања потребног за одвијање конкретне реакције, медијум се континуално испушта из реактора. Ултразвучне проточне ћелије и линијски реактори омогућавају непрекидну производњу производа, која зависи само од континуалног снабдевања реагенсима.

На слици је приказан ултразвучни уређај UIP1000hdT са шаржним реактором (лево) и са реактором са проточном ћелијом за линијску обраду (десно).

Хемијски сонореактори високих перформанси

Hielscher Ultrasonics је ваш поуздан произвођач сонохемијских реактора и ултразвучне опреме високих перформанси која може поуздано побољшати вашу хемијску реакцију. Асортиман производа компаније Hielscher Ultrasonics обухвата различите типове и класе лабораторијских и индустријских сонореактора великог капацитета за шаржни и проточни режим рада. Уз Hielscher ултразвучну обраду високих перформанси помоћу сонде, у шаржним и проточним реакторима поуздано се постижу бројна побољшања – као што су већа брзина реакције, потпунија конверзија, већи приноси, прецизна контрола реакције и одлична укупна ефикасност. Пројектовани за високе перформансе и робусност, Hielscher ултразвучни уређаји и сонореактори могу се инсталирати за рад са агресивним хемикалијама, у захтевним окружењима и за примене у тешким условима рада.
Hielscher ултразвучни реактори пројектовани су са нагласком на равномерном ултразвучном озрачивању медијума, како би поље акустичког притиска могло равномерно да се шири. Испуњавање овог захтева побољшава укупну ефикасност сонохемијске реакције, јер ултразвук постиже највећу интензификацију процеса.

Шематски приказ појава које се одвијају у сонохемијском реактору.
Слика и студија: ©Dahlem et al., 1999.

Асортиман производа обухвата компактне лабораторијске ултразвучне уређаје за истраживање и развој, снажне стоне и пилотске ултразвучне системе, као и опрему у потпуности индустријског квалитета за производњу великих запремина. То омогућава испитивање изводљивости у малом обиму без ризика и накнадно потпуно линеарно повећање размера на веће запремине.

Прецизна контрола ултразвучне обраде

Дигитални екран у боји и паметни софтвер са даљинским управљањем преко прегледача и аутоматским бележењем података на уграђену SD картицу омогућавају напредно подешавање и праћење ултразвучних параметара у сонохемијском реактору.
Предност сонохемијски покренутих реакција јесте ефикасност која се може поуздано постићи оптимизацијом процеса. За сваку појединачну реакцију могу се одредити оптимална ултразвучна амплитуда, улазна ултразвучна снага, температура и притисак. То омогућава проналажење идеалних параметара ултразвучне обраде како би се постигли оптимални резултати реакције и ефикасност.

Контрола температуре

Сви наши дигитални ултразвучни процесори опремљени су прикључним температурним сензором за непрекидно праћење температуре, који се може уронити у течност ради сталног мерења температуре у њеној маси. Напредни софтвер омогућава подешавање температурног опсега. Када се прекорачи гранична температура, ултразвучни процесор аутоматски паузира док температура течности не падне на одређену задату вредност, а затим аутоматски поново започиње ултразвучну обраду. Сва мерења температуре, као и други важни подаци о ултразвучном процесу, аутоматски се бележе на уграђеној SD картици и могу се лако прегледати ради контроле процеса.
Сонохемијски реактори компаније Hielscher доступни су са расхладним плаштовима. Поред тога, могу се прикључити измењивачи топлоте и расхладне јединице како би се обезбедила жељена температура процеса.

Лако доступне компоненте за састављање идеалног хемијског реактора

Широк асортиман лако доступних ултразвучних уређаја, сонди (сонотрода), појачивача амплитуде, шаржних реактора и проточних ћелија, као и бројног додатног прибора, омогућава конфигурисање идеалног ултразвучног хемијског реактора (сонореактора) за ваш специфични процес.
Сва опрема је већ оптимизована за равномерну расподелу акустичне кавитације и стабилне обрасце струјања, што су најважнији аспекти пројектовања за постизање хомогених, поузданих резултата у хемијском реактору са ултразвучним мешањем.
Нежељена оксидација може се избећи продувавањем реактора инертним гасом, нпр. стварањем азотне заштитне атмосфере.

Прилагођена решења за ваш хемијски реактор

Поред тога што Hielscher нуди различита решења за шаржне и линијске реакторе различитих величина и геометрија, израђене од нерђајућег челика или стакла, радо ћемо израдити вашу посебну посуду хемијског реактора, узимајући у обзир анализу и основе пројектовања у складу са специфичним захтевима вашег процеса. Са тимом инжењера и стручњака за технички развој са дугогодишњим искуством, пројектујемо ваш хемијски реактор тако да испуни ваше захтеве. На пример, величина, материјал, геометрија, доводни и одводни прикључци, број ултразвучних сонди итд. могу се пројектовати тако да се добије идеалан хемијски реактор са ултразвучним поспешивањем за ваш хемијски процес.

Табела у наставку даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних процесора: