Ultraljud Intensifierad fast bädd reaktorer
- Ultraljud blandning och spridning aktiverar och intensifierar den katalytiska reaktionen i fasta sängar reaktorer.
- Ultraljudsbehandling förbättrar Mass överföring och ökar därmed effektivitet, omvandlings frekvens och avkastning.
- En ytterligare fördel är avlägsnande av passivera påväxt lager från katalysator partiklarna genom ultraljud kavitation.
Fast bädd katalysatorer
Fasta sängar (ibland även kallad packad säng) är vanligen laddade med katalysator pellets, som vanligt vis granulat med dia metrar från 1-5mm. De kan lastas i reaktorn i form av som en Enkels äng, som separata skal, eller i rör. Katalysatorer är mesta dels baserade på metaller som nickel, koppar, osmium, platina, och rodium.
Effekterna av effekt ultraljud på heterogena kemiska reaktioner är välkända och används ofta för industriella katalytiska processer. Katalytiska reaktioner i en fast bädd reaktor kan dra nytta av ultraljud behandling, alltför. Ultraljud bestrålning av den fasta sängen katalysator genererar mycket reaktiva ytor, ökar Mass transporten mellan flytande fas (reaktanter) och katalysator, och tar bort passive ring beläggningar (t. ex. oxid lager) från ytan. Ultraljuds-splittring av spröda material förhöjningar som ytarealerna und bidrar därmed till en ökande aktivitet.
Fördelar
- Förbättrad effektivitet
- Ökad reaktivitet
- Ökad konverterings grad
- högre utbyte
- Återvinning av katalysator
Ultraljud intensifiering av katalytiska reaktioner
Ultraljud blandning och agitation förbättrar kontakten mellan reaktant och katalysator partiklar, skapar mycket reaktiva ytor och initierar och/eller förstärker den kemiska reaktionen.
Ultraljud katalysator förberedelse kan orsaka förändringar i kristalliserings beteende, dispersion/deagglomeration och ytaktiva egenskaper. Dessutom kan egenskaperna hos pre-formade katalysatorer påverkas av att ta bort passivera ytskikt, bättre spridning, ökande Mass överföring.
Klicka här för att läsa mer om ultraljud effekter på kemiska reaktioner (sonochemistry)!
Exempel
- Ultraljud förbehandling av ni katalysator för Hydro Gene ring reaktioner
- Sonicated Raney ni katalysator med vinsyra resulterar i en mycket hög enantioselektivitet
- Ultraljud beredd Fischer-Tropsch katalysatorer
- Sonochemically behandlat amorft pulver katalysatorer för ökad reaktivitet
- Sono-syntes av amorft metall pulver
Ultraljud Catalyst återhämtning
Fasta katalysatorer i fasta bädd reaktorer är mesta dels i form av sherical pärlor eller cylindriska rör. Under den kemiska reaktionen passiveras katalysatorns yta av ett påväxt skikt som orsakar förlust av katalytisk aktivitet och/eller selektivitet över tid. Tids skalor för katalysator förfall varierar avsevärt. Medan till exempel katalysator dödlighet av en sprickbildning katalysator kan inträffa inom några sekunder, en järn katalysator som används i ammoniak syntes kan pågå i 5-10 år. Katalysator avaktivering kan dock observeras för alla katalysatorer. Även om olika mekanismer (t. ex. kemisk, mekanisk, termisk) av katalysator avaktivering kan observeras, påväxt är en av de mest frekventa typer av katalysator förfall. Fouling hänvisar till den fysiska nedfallet av arter från vätskan fasen på ytan och i porerna i katalysatorn blockerar därmed reaktiva platser. Katalysator påväxt med koks och kol är en snabbt förekommande process och kan återföras genom regenerering (t. ex. Ultraljuds behandling).
Ultraljud kavitation är en framgångs rik metod för att ta bort passivera påväxt lager från katalysatorns yta. Ultraljud katalysatorn återhämtning utförs vanligt vis genom att sonicera partiklarna i en vätska (t. ex. avjoniserat vatten) för att avlägsna påväxt rester (t. ex. platina/kiseldioxid fiber PT/SF, nickel katalysatorer).
Ultraljud system
Hielscher Ultrasonics erbjuder olika ultraljud processorer och variationer för integrationen av makt ultraljud i fasta sängen reaktorer. Olika ultraljud system finns att installera i fasta sängen reaktorer. För mer komplexa reaktor typer erbjuder vi skräddarsydda ultraljud Lösningar.
För att testa din kemiska reaktion under ultraljud strålning, är du välkommen att besöka vår ultraljud process Lab och tekniskt centrum i Teltow!
Kontakta oss idag! Vi är glada att diskutera ultraljud intensifiering av din kemiska process med dig!
Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera:
Ultraljud flödes system
- Hydrogenering
- Alcylation
- Cyanering
- Etherification
- Esterification
- Polymerisation
- Allylation
- Bromering
(t. ex. Ziegler-Natta katalysatorer, metallocens)
Litteratur / Referenser
- Argyle, MD; Bartholomew, C.H. (2015): heterogena Catalyst DEACTIVATION och regeneration: en översyn. Katalysatorer 2015, 5, 145-269.
- OZA, R.; Patel, S. (2012): återvinning av nickel från tillbringade ni/Al2O3 katalysatorer med Acid urlakning, chelation och ultraljud. Forskning tidning senaste Sciences Vol. 1; 2012.434-443.
- Hans, S.; Rajanna, K.Ch.; Reddy, K.R.; Bhooshan, M.; Venkateswarlu, M.; Mikael; Uppalaja, K. (2012): ultraljud assisterad Regioselective nitrering av aromatiska föreningar i närvaro av vissa grupp V och VI metallsalter. Grön och hållbar kemi, 2012, 2, 97-111.
- Suslick, K. S.; Skrabalak, S. E. (2008): “Sonocatalysis” I: hand bok av heterogena katalys, Vol. 4; Ertl, G.; Knözinger, H.; Schüth, F.; Weitkamp J., (eds.). Wiley-VCH: Weinheim, 2008. på 2006-2017.
Fakta Värt att veta
Ultraljud kavitation och sonochemistry
Koppling effekt ultraljud i vätskor en slam resulterar i akustisk kavitation. Akustisk kavitation hänvisar till fenomenet med den snabba bildandet, tillväxt och implosiva kollaps av ånga fyllda håligheter. Detta genererar mycket kortlivade "hot spots" med extrema temperatur toppar på upp till 5000K, mycket hög värme/kyla priser på över 109Ks-1och tryck på 1000atm med respektive differentialer – inom nanosekundslängden.
Forsknings området för sonochemistry undersöker effekten av ultraljud i att bilda akustisk kavitation i vätskor, som initierar och/eller förstärker den kemiska aktiviteten i en lösning.
Heterogena katalytiska reaktioner
I kemi, heterogen katalys hänvisar till den typ av katalytisk reaktion där faserna av katalysatorn och reaktanter skiljer sig från varandra. I samband med heterogen kemi används fas inte bara för att skilja mellan fast, flytande och gas, utan den hänvisar också till icke blandbara vätskor, till exempel olja och vatten.
Under en heterogen reaktion genomgår en eller flera reaktanter en kemisk förändring vid ett gränssnitt, till exempel på ytan av en solid katalysator.
Reaktions hastigheten beror på koncentrationen av reaktanter, partikel storlek, temperatur, katalysator och ytterligare faktorer.
Reaktant koncentration: I allmänhet ökar en ökning av koncentrationen av en reaktant reaktions hastigheten på grund av det större gränssnittet och därmed större fas överföring mellan reaktant partiklar.
Partikelstorlek: När en av reaktanterna är en solid partikel, då det inte kan visas i hastigheten ekvationen, eftersom hastigheten ekvationen visar endast koncentrationer och fasta ämnen kan inte ha en koncentration sedan befinna sig i en annan fas. Men partikel storleken på det fasta påverkar reaktions hastigheten på grund av den tillgängliga ytan för fas överföring.
Reaktions temperatur: Temperaturen är relaterad till räntekonstanten via Arrhenius ekvation: k = AE-EA/RT
Där EA är Aktiverings energin är R den universella gaskonstanten och T är den absoluta temperaturen i Kelvin. A är Arrhenius (frekvens) faktorn. E-EA/RT ger antalet partiklar under kurvan som har energi större än Aktiverings energin, EA.
Katalysator: I de flesta fall uppstår reaktioner snabbare med en katalysator eftersom de kräver mindre aktiverings energi. Heterogena katalysatorer ger en mallyta vid vilken reaktion uppstår, medan homogena katalysatorer bildar mellanprodukter som frigör katalysatorn under ett efterföljande steg av mekanismen.
Andra faktorer: Andra faktorer såsom ljus kan påverka vissa reaktioner (Foto kemi).
Nukleofilisk substitution
Nukleofil substitution är en grundläggande klass av reaktioner i organisk (och oorganiska) kemi, där en nukleofil selektivt obligationer i form av en Lewis bas (som elektron par donator) med en organisk komplex med eller angriper den positiva eller delvis positiv (+ ve) laddning av en atom eller en grupp av atomer för att ersätta en lämna grupp. Den positiva eller delvis positiva Atom, som är elektron par Acceptor, kallas en elektrophile. Den hela molekyl ära enheten av electrophilen och den lämna gruppen kallas vanligt substraten.
Den nukleofila substitutionen kan observeras som två olika vägar – den SN1 och SN2 reaktioner. Vilken form av Reaktionsmekanism – SN1 eller SN2 – sker, beror på strukturen av de kemiska föreningarna, vilken typ av nukleofil och spädnings vätskan.
Typer av Catalyst-avaktivering
- Katalysator förgiftning är termen för den starka kemisorption av arter på katalytiska platser som blockerar platser för katalytisk reaktion. Förgiftning kan vara reversibel eller oåterkallelig.
- Fouling avser en mekanisk nedbrytning av katalysatorn, där arter från vätske fas Deposite på den katalytiska ytan och i katalysator porer.
- Termisk nedbrytning och sintring resulterar i förlust av katalytisk yta, stöd område, och aktiva fas-stöd reaktioner.
- Ångbildning innebär en kemisk nedbrytning form, där gas fasen reagerar med katalysatorns fas för att producera flyktiga föreningar.
- Vapor-solid och solid-solida reaktioner resultera i kemisk Deaktivering av katalysatorn. Ånga, stöd eller promotor reagerar med katalysatorn så att en inaktiv fas produceras.
- Attrition eller krossning av katalysator partiklarna resulterar i förlust av katalytiskt material på grund av mekanisk nötning. Den inre ytan av katalysatorn är förlorad på grund av mekanisk-inducerad krossning av katalysator partikel.