Optimerad kemisk reaktoreffektivitet genom ultraljud med hög effekt

Ultraljud är välkänt för att intensifiera och/eller initiera kemiska reaktioner. Därför anses integrationen av högpresterande ultraljud som ett tillförlitligt verktyg för att främja kemiska reaktorer för förbättrade reaktionsresultat. Hielscher Ultrasonics erbjuder olika reaktorlösningar för att finjustera din kemiska process. Lär dig hur ultraljud kan förbättra din kemiska reaktor!

Hur förbättrar power ultraljud kemiska reaktorer?

Integrationen av en eller flera ultraljud sonder (sonotrodes) gör det möjligt att koppla kraftfulla ultraljud vågor i den kemiska reaktorn. Intensiv ultraljud av vätskor och slam skapar inte bara starka turbulenser på grund av akustisk vibration men är känd för flera effekter, som definieras under termen "sonochemistry".

Vad är Sonochemistry? Hur främjar det reaktioner?

Högintensiv ultraljud / hög effekt ultraljud appliceras på kemiska system för att initiera och / eller främja reaktioner, förbättra konverteringsfrekvens och utbyten eller för att byta reaktionsvägar. Det fysiska fenomenet som är ansvarigt för sonochemical effekter är akustisk kavitation. När högintensiva ultraljudsvågor är kopplade till ett flytande medium färdas vågorna genom vätskan och skapar alternerande lågtryckscykler (rarefaction) och högtryckscykler (komprimering). Under lågtrycket / rarefaction uppstår minutvakuumbubblor i vätskan, som växer över flera tryckcykler tills vakuumbubblan når en punkt där den inte kan absorbera ytterligare energi. Vid punkten för maximal bubbeltillväxt imploderar bubblan våldsamt under en högtryckscykel. Under den implosiva bubbla kollapsen kan fenomenet kavitation observeras. Ultraljud kavitation skapar så kallade "hot spots", som kännetecknas av extrema förhållanden som temperatur upp till ∼5000 K med mycket höga uppvärmnings- / kylhastigheter på > 1000 K s^-1, tryck på upp till ∼1000 bar samt respektive temperatur- och tryckskillnader. Vätskan eller slammet är kraftigt upprört av flytande jetstrålar och skjuvningskrafter.

De kemiska effekterna (t.ex. bildandet av radikala arter, böjning av molekyler etc.) och fysiska /fysikalisk-mekaniska effekter av sonochemistry tillämpas framgångsrikt på många kemiska reaktioner såsom organisk katalys, organokatalytiska reaktioner, Fasöverföringsreaktioner, syntes av nanopartiklar, nederbörd / kristallisering, solgel reaktioner, Suzuki koppling, Diels-Alder reaktioner, Mannich reaktioner, Michael tillägg, Wurtz-typ koppling och många andra. Sonochemically främjade reaktioner visar ofta en betydligt ökad konverteringsfrekvens, högre utbyten, accelererad reaktion, mer fullständig reaktion, kan användas med mildare lösningsmedel under omgivningsförhållanden, skapa mindre oönskade biprodukter och bidra på grund av dess höga effektivitet till grön kemi.

Ultraljudsdrivna kemiska batchreaktorer

Integrationen av ultraljud i öppna eller slutna batch reaktorer är en allmänt tillämpad teknik för att påskynda reaktioner i laboratorier, pilotanläggningar och produktionsanläggningar. Beroende på kärlets storlek, geometri och kemiska reaktionssystem kan en eller flera sonotrodes integreras i batchreaktorn. Ultraljud används också ofta för att förbättra kontinuerligt omrörda reaktorer (CSTR).

Ultraljud semi-batch reaktorer: Naturligtvis kan ultraljudsbehandling också integreras i halvpartireaktorer. För semi-batch system, en kemisk reaktant laddas i reaktorn, medan en andra kemikalie tillsätts med en kontinuerlig flödeshastighet (till exempel vid en långsam matning för att förhindra sidoreaktioner) kombineras i ultraljud hot spot. Alternativt avlägsnas en produkt av en kemisk reaktion, som är resultatet av reaktionen i reaktorn, t.ex. syntetiserade fällningar eller kristaller, eller en mellanprodukt som kan avlägsnas på grund av fasseparation.

Ultraljud-agiterad kemisk genomflödesreaktor

I en genomflödesreaktor, även känd som flödescell eller inline-reaktor, matas reaktanterna genom en eller flera matarportar in i reaktionskammaren, där den kemiska reaktionen sker. Efter en viss retentionstid som behövs för att en specifik reaktion ska uppstå släpps mediet kontinuerligt ut från reaktorn. Ultraljud flödesceller och inline reaktorer möjliggör en oavbruten produktion av produkten, som endast är beroende av kontinuerlig leverans av reagenser.

Bilden visar ultraljud UIP1000hdT med batchreaktor (vänster) och med flödescellreaktor för inline-bearbetning (höger).

Högpresterande kemiska Sono-reaktorer

Hielscher Ultrasonics is your trusted manufacturer for sono-chemical reactors and high-performance ultrasonic equipment that can reliably improve your chemical reaction. Hielscher Ultrasonics product range includes various types and classes of laboratory and industrial large-scale sonoreactors for batch and flow-through mode. With Hielscher high-performance probe-type ultrasonication, multiple advances – såsom förbättrad reaktionshastighet, mer fullständig konvertering, högre avkastning, exakt reaktionskontroll och utmärkt total effektivitet – uppnås på ett tillförlitligt sätt i batch- och genomflödesreaktorer. Hielscher ultrasonicators och sono-reaktorer är utformade för hög prestanda och robusthet och kan installeras för användning med starka kemikalier, i krävande miljöer och krävande applikationer.
Hielscher ultraljud reaktorer är utformade med fokus på en enhetlig ultraljud bestrålning av mediet så att det akustiska tryckfältet kan expandera jämnt. Att uppfylla detta krav förbättrar den totala effektiviteten av sonochemical reaktionen eftersom ultraljud uppnår högsta process intensifiering.

Schematisk syn på de fenomen som äger rum i en sonokemisk reaktor.
Bild och studie: ©dahlem et al., 1999.

Produktsortimentet omfattar kompakta laboratorie ultraljudsapparater för R&D, kraftfulla bänk-top och pilot ultraljud system samt helt industriell kvalitet utrustning för stor volym produktion. Detta möjliggör riskfri genomförbarhetsprövning i liten skala och efterföljande helt linjär uppskalning till större volymer.

Exakt ultraljudsbehandlingskontroll

Den digitala färgdisplayen och den smarta programvaran med fjärrwebbläsare och automatisk dataprotokollering på ett integrerat SD-kort möjliggör sofistikerad inställning och övervakning av ultraljudsparametrarna i den sonokemiska reaktorn.
Det fina med sonokemiskt drivna reaktioner är den effektivitet som på ett tillförlitligt sätt kan uppnås genom processoptimering. Optimal ultraljud amplitud, ultraljud kraftinmatning, temperatur och tryck kan bestämmas för varje enskild reaktion. Detta gör det möjligt att hitta de idealiska ultraljudsbehandling parametrarna så att optimala reaktion resultat och effektivitet uppnås.

temperaturkontroll

Alla våra digitala ultraljudsapparater är utrustade med en pluggbar temperatursensor för kontinuerlig temperaturövervakning, som kan sättas in i vätskan för konstant mätning av bulktemperaturen. Sofistikerad programvara gör det möjligt att ställa in ett temperaturområde. När temperaturgränsen överskrids pausar ultraljudsatorn automatiskt tills temperaturen i vätskan har sänkts till en viss börspunkt och börjar automatiskt ljuda igen. Alla temperaturmätningar samt andra viktiga ultraljud processdata registreras automatiskt på ett inbyggt SD-kort och kan enkelt revideras för processkontroll.
Sonochemical reaktorer från Hielscher finns med kyljackor. Dessutom kan värmeväxlare och kylaggregat anslutas för att säkerställa önskad processtemperatur.

Lätt tillgängliga komponenter för montering av den ideala kemiska reaktorn

Den stora portföljen av lättillgängliga ultraljudsenheter, sonder (sonotrodes), boosters horn, batch reaktorer och flödesceller samt många ytterligare tillbehör gör det möjligt att konfigurera den idealiska ultraljud-kemiska reaktorn (sono-reactor) för din specifika process.
All utrustning är redan optimerad för enhetlig fördelning av akustisk kavitation och stabila flödesmönster, som är de viktigaste designaspekterna för att få homogena, tillförlitliga resultat i en ultraljudsrörlig kemisk reaktor.
Oönskad oxidation kan undvikas genom att reaktorn renas med en inert gas, t.ex.

Skräddarsydda lösningar för din kemiska reaktor

Medan Hielscher erbjuder olika batch- och inline-reaktorlösningar i olika storlekar och geometrier, tillverkade av rostfritt stål eller glas, är vi glada att tillverka ditt speciella kemiska reaktorkärl med tanke på analys- och designgrunderna i dina specifika processkrav. Med ett långvarigt erfaret team av ingenjörer och tekniska utvecklare designar vi din kemiska reaktor som uppfyller dina krav. Till exempel, storlek, material, geometri, utfodring och urladdning portar, antal ultraljud sonder etc. kan utformas för att göra den idealiska ultraljud-främjade kemiska reaktorn för din kemiska process.

Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera: