Ултразвучно појачани реактори са фиксним слојем
- Ултразвучно мешање и дисперзија активира и интензивира каталитичку реакцију у реакторима са фиксним слојем.
- Соникација побољшава пренос масе и тиме повећава ефикасност, стопу конверзије и принос.
- Додатна предност је уклањање пасивизирајућих слојева запрљања са честица катализатора ултразвучном кавитацијом.
Катализатори са фиксним слојем
Фиксни слојеви (понекад се називају и збијени слој) обично су напуњени пелетима катализатора, које су обично грануле пречника од 1-5 мм. Могу се убацити у реактор у облику једног кревета, као одвојене шкољке или у цевима. Катализатори су углавном засновани на металима као што су никл, бакар, осмијум, платина и родијум.
Ефекти ултразвука снаге на хетерогене хемијске реакције су добро познати и широко се користе у индустријским каталитичким процесима. Каталитичке реакције у реактору са фиксним слојем такође могу имати користи од ултразвучног третмана. Ултразвучно зрачење катализатора са фиксним слојем ствара високо реактивне површине, повећава транспорт масе између течне фазе (реактаната) и катализатора и уклања пасивирајуће превлаке (нпр. оксидне слојеве) са површине. Ултразвучна фрагментација крхких материјала повећава површину и тиме доприноси повећању активности.
Предности
- Побољшана ефикасност
- Повећана реактивност
- Повећана стопа конверзије
- Већи принос
- Рециклирање катализатора
Ултразвучно интензивирање каталитичких реакција
Ултразвучно мешање и мешање побољшава контакт између честица реактаната и катализатора, ствара високо реактивне површине и покреће и/или појачава хемијску реакцију.
Ултразвучна припрема катализатора може изазвати промене у понашању кристализације, дисперзији/деагломерацији и својствима површине. Штавише, на карактеристике претходно формираних катализатора може се утицати уклањањем пасивизирајућих површинских слојева, бољом дисперзијом, повећањем преноса масе.
Кликните овде да сазнате више о ултразвучним ефектима на хемијске реакције (сонохемија)!
Примери
- Ултразвучни предтретман Ни катализатора за реакције хидрогенације
- Соницирани Ранеи Ни катализатор са винском киселином даје веома високу енантиоселективност
- Ултразвучно припремљени Фисцхер-Тропсцх катализатори
- Сонохемијски третирани аморфни катализатори у праху за повећану реактивност
- Соно-синтеза прахова аморфних метала
Ултразвучни опоравак катализатора
Чврсти катализатори у реакторима са фиксним слојем су углавном у облику шеричких перли или цилиндричних цеви. Током хемијске реакције, површина катализатора је пасивизирана слојем загађивања што доводи до губитка каталитичке активности и/или селективности током времена. Временске скале за распад катализатора значајно варирају. Док се, на пример, смртност катализатора катализатора пуцања може десити у року од неколико секунди, гвоздени катализатор који се користи у синтези амонијака може трајати 5-10 година. Међутим, деактивација катализатора се може приметити за све катализаторе. Док се могу уочити различити механизми (нпр. хемијски, механички, термички) деактивације катализатора, зарастање је један од најчешћих типова распада катализатора. Загађивање се односи на физичко таложење врста из течне фазе на површину иу поре катализатора блокирајући тиме реактивна места. Загађивање катализатора коксом и угљеником је процес који се брзо дешава и може се поништити регенерацијом (нпр. ултразвучни третман).
Ultrasonic cavitation is a successful method to remove passivating fouling layers from the catalyst’s surface. The ultrasonic catalyst recovery is typically carried out by sonicating the particles in a liquid (e.g. deionized water) to remove the fouling residues (e.g. platinum/ silica fibre pt/SF, nickel catalysts).
ултразвучни системи
Хиелсцхер Ултрасоницс нуди различите ултразвучне процесоре и варијације за интеграцију ултразвука снаге у реакторе са фиксним лежајем. Доступни су различити ултразвучни системи за уградњу у реакторе са фиксним слојем. За сложеније типове реактора нудимо прилагођени ултразвучни решења.
Да бисте тестирали своју хемијску реакцију под ултразвучним зрачењем, добродошли сте да посетите нашу лабораторију за ултразвучни процес и технички центар у Телтову!
Контактирајте нас данас! Драго нам је да са вама разговарамо о ултразвучном интензивирању вашег хемијског процеса!
Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата:
Ултразвучни систем протока
- хидрогенација
- Алцилација
- Цијанација
- етерификација
- естерификација
- полимеризација
- Алилација
- Бромирање
(нпр. Зиеглер-Натта катализатори, металоценс)
Литература/Референце
- Аргиле, МД; Бартхоломев, ЦХ (2015): Хетерогена деактивација и регенерација катализатора: преглед. Цаталистс 2015, 5, 145-269.
- Оза, Р.; Пател, С. (2012): Опоравак никла из истрошених Ни/Ал2О3 катализатора коришћењем киселог лужења, хелације и ултразвучне обраде. Ресеарцх Јоурнал оф Рецент Сциенцес Вол. 1; 2012. 434-443.
- Сана, С.; Рајана, К.Цх.; Редди, КР; Бхоосхан, М.; Венкатесварлу, М.; Кумар, МС; Уппалаиах, К. (2012): Ултразвучно потпомогнута региоселективна нитрација ароматичних једињења у присуству одређених металних соли групе В и ВИ. Зелена и одржива хемија, 2012, 2, 97-111.
- Суслицк, КС; Скрабалак, СЕ (2008): “сонокатализа” У: Хандбоок оф Хетерогенеоус Цаталисис, вол. 4; Ертл, Г.; Кнозингер, Х.; Сцхутх, Ф.; Веиткамп, Ј., (Едс.). Вилеи-ВЦХ: Веинхеим, 2008. 2006-2017.
Чињенице које вреди знати
Ултразвучна кавитација и сонохемија
Спајање ултразвука снаге у течности до којих долази до каше акустична кавитација. Acoustic cavitation refers to the phenomenon of the rapid formation, growth, and implosive collapse of vapor filled voids. This generates very short-lived “жаришта” with extreme temperature peaks of up to 5000K, very high heating? cooling rates of above 109Кс-1, и притисци од 1000 атм са одговарајућим диференцијалима – све у наносекундном животном веку.
Област истраживања Соноцхемистри истражује ефекат ултразвука на формирање акустичне кавитације у течностима, која покреће и/или појачава хемијску активност у раствору.
Хетерогене каталитичке реакције
У хемији, хетерогена катализа се односи на тип каталитичке реакције где се фазе катализатора и реактаната разликују једна од друге. У контексту хетерогене хемије, фаза се не користи само за разликовање чврсте материје, течности и гаса, већ се односи и на течности које се не мешају, нпр. уље и воду.
Током хетерогене реакције, један или више реактаната пролазе кроз хемијску промену на интерфејсу, нпр. на површини чврстог катализатора.
Брзина реакције зависи од концентрације реактаната, величине честица, температуре, катализатора и других фактора.
Концентрација реактаната: Уопштено говорећи, повећање концентрације реактанта повећава брзину реакције због већег интерфејса и тиме већег преноса фазе између честица реактаната.
Величине честица: Када је један од реактаната чврста честица, онда се не може приказати у једначини брзине, пошто једначина брзине показује само концентрације, а чврсте материје не могу имати концентрацију пошто су у другој фази. Међутим, величина честица чврсте супстанце утиче на брзину реакције због расположиве површине за пренос фазе.
Температура реакције: Температура је повезана са константом брзине преко Аррениусове једначине: к = Ае-Еа/РТ
Где је Еа енергија активације, Р је универзална гасна константа, а Т је апсолутна температура у Келвинима. А је Аррхениус (фреквенцијски) фактор. е-Еа/РТ даје број честица испод криве које имају енергију већу од енергије активације, Еа.
катализатор: У већини случајева, реакције се дешавају брже са катализатором јер захтевају мање енергије активације. Хетерогени катализатори обезбеђују површину шаблона на којој се дешава реакција, док хомогени катализатори формирају међупроизводе који ослобађају катализатор током следећег корака механизма.
Остали фактори: Други фактори као што је светлост могу утицати на одређене реакције (фотохемија).
Нуклеофилна супституција
Нуклеофилна супституција је основна класа реакција у органској (и неорганској) хемији, у којој се нуклеофил селективно везује у облику Луисове базе (као донатор електронског пара) са органским комплексом са или напада позитивно или делимично позитивно (+ве) набој атома или групе атома да замени одлазећу групу. Позитиван или делимично позитиван атом, који је акцептор електронског пара, назива се електрофил. Цео молекуларни ентитет електрофила и одлазеће групе обично се назива супстрат.
Нуклеофилна супституција се може посматрати као два различита пута – СН1 и СН2 реакција. Који облик реакционог механизма – сН1 или СН2 – одвија, зависи од структуре хемијских једињења, типа нуклеофила и растварача.
Врсте деактивације катализатора
- Тровање катализатором је израз за снажну хемисорпцију врста на каталитичким местима која блокирају места за каталитичку реакцију. Тровање може бити реверзибилно или неповратно.
- Прљање се односи на механичку деградацију катализатора, где се врсте из течне фазе таложе на каталитичку површину иу поре катализатора.
- Термичка деградација и синтеровање резултирају губитком каталитичке површине, површине носача и активних фаза-носних реакција.
- Формирање паре означава облик хемијске деградације, где гасна фаза реагује са фазом катализатора да би се произвела испарљива једињења.
- Реакције пара–чврста материја и чврсто–чврсто стање резултирају хемијском деактивацијом катализатора. Пара, носач или промотер реагују са катализатором тако да настаје неактивна фаза.
- Трешење или дробљење честица катализатора доводи до губитка каталитичког материјала услед механичке абразије. Унутрашња површина катализатора се губи услед механичког дробљења честица катализатора.