เครื่องปฏิกรณ์ทางเคมีที่ได้รับการปรับปรุงด้วยคลื่นเสียง – ประเภท, การออกแบบ และกลไก
เครื่องปฏิกรณ์ทางเคมีเป็นแกนหลักของเคมีอุตสาหกรรม การสังเคราะห์วัสดุ การผลิตเคมีภัณฑ์ชนิดพิเศษ การผลิตยา และการบำบัดสิ่งแวดล้อม เนื่องจากอุตสาหกรรมต่างๆ ต้องการกระบวนการที่รวดเร็ว สะอาด และมีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากขึ้น การโซนิเคชัน หรือที่รู้จักกันในชื่อการประมวลผลด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง จึงกลายเป็นวิธีการที่มีความสำคัญมากขึ้นสำหรับการเพิ่มความเข้มข้นของเครื่องปฏิกรณ์ เทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกกำลังเปลี่ยนแปลงกระบวนการทางเคมีด้วยการปรับปรุงการผสม การถ่ายโอนมวล อัตราการเกิดปฏิกิริยา และปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาแบบไม่สม่ำเสมอในระบบเครื่องปฏิกรณ์แบบแบทช์และแบบต่อเนื่อง
วิธีการที่การโซนิเคชันช่วยปรับปรุงเครื่องปฏิกรณ์ทางเคมี
โดยการนำคลื่นเสียงความถี่สูงกำลังสูงเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ทางเคมี วิศวกรสามารถสร้างการไหลแบบสั่นสะเทือนด้วยคลื่นเสียงและการเกิดโพรงอากาศเชิงอะคูสติกภายในตัวกลางปฏิกิริยา กลไกเหล่านี้ช่วยเพิ่มการสัมผัสระหว่างสารตั้งต้น เร่งการถ่ายโอนมวล และอาจเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา ความเลือกจำเพาะ และปริมาณผลผลิต การโซนิเคชันมีประสิทธิภาพเป็นพิเศษในระบบของแข็ง-ของเหลว เช่น การเร่งปฏิกิริยาแบบไม่สม่ำเสมอ และในระบบของเหลว-ของเหลว เช่น การทำอิมัลชัน การสกัด และการเกิดปฏิกิริยาสองเฟส การใช้งานในระบบก๊าซ-ของเหลวมีน้อยกว่าเนื่องจากเกิดการเกิดโพรงเสียงในของเหลวที่มีปริมาณก๊าซสูงได้น้อยกว่า
ในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์โซโนเคมีสมัยใหม่ ของเหลวจะถูกกวนด้วยการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกและการเกิดโพรงอากาศ โดยทั่วไปจะใช้แอมพลิจูดในช่วง 10 ถึง 200 ไมโครเมตร วิธีนี้ทำให้เกิดผลการผสมในระดับจุลภาคที่ทรงพลัง ซึ่งยากที่จะบรรลุได้ด้วยการกวนทางกลแบบดั้งเดิมเพียงอย่างเดียว
เครื่องโซนิเคเตอร์แบบอินไลน์ UIP4000hdT พร้อมเซลล์ไหลสำหรับการเร่งปฏิกิริยาเคมี
ทำไมการสั่นสะเทือนทางเสียงจึงทำให้เครื่องปฏิกรณ์ทางเคมีทำงานได้เข้มข้นขึ้น
ความสำคัญทางอุตสาหกรรมของการใช้คลื่นเสียงความถี่สูงอยู่ที่ความสามารถในการส่งผลต่อปรากฏการณ์การขนส่งทางเคมีและทางกายภาพในระดับไมโครและเมโซ ซึ่งแตกต่างจากการกวนแบบดั้งเดิม คลื่นเสียงความถี่สูงไม่ได้เพียงแค่เคลื่อนย้ายของเหลวในปริมาณมากเท่านั้น แต่ยังสร้างคลื่นความดัน การเคลื่อนไหวแบบสั่นสะเทือน ฟองคาวิเทชัน และบริเวณที่มีพลังงานสูงเฉพาะจุดอีกด้วย
เมื่อฟองอากาศคาวิเทชันทางเสียงเกิดขึ้น เติบโต และยุบตัวลง จะสร้างสภาพแวดล้อมขนาดเล็กที่มีความเข้มข้นสูง เหตุการณ์เหล่านี้สามารถก่อให้เกิด:
- แรงเฉือนในท้องถิ่นสูง
- ไมโครเจ็ทใกล้พื้นผิวของแข็ง
- คลื่นกระแทก
- การผสมขนาดเล็กอย่างรวดเร็ว
- การกระจายตัวของอนุภาคที่เพิ่มขึ้น
- การติดต่อผิวหน้าที่ดีขึ้น
- การถ่ายโอนมวลและความร้อนที่เร่งขึ้น
- ผลของการทำความสะอาดพื้นผิวและการกระตุ้นตัวเร่งปฏิกิริยา
ปรากฏการณ์เหล่านี้ทำให้การสั่นสะเทือนด้วยคลื่นเสียงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อปฏิกิริยาถูกจำกัดโดยการแพร่ การสัมผัสระหว่างเฟสที่ไม่ดี การอุดตันของตัวเร่งปฏิกิริยา หรือการผสมที่ไม่เพียงพอ
การโซนิเคชันในถังปฏิกรณ์แบบแบตช์
เครื่องปฏิกรณ์แบบแบทช์ถูกใช้อย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการ โรงงานนำร่อง และการผลิตสารเคมีเฉพาะทาง มีความยืดหยุ่น ใช้งานง่าย และเหมาะสำหรับการคัดกรองปฏิกิริยา การสังเคราะห์ในปริมาณน้อย และผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูง
เมื่อใช้การโซนิเคชันกับถังปฏิกรณ์แบบแบตช์ สามารถปรับปรุงการผสมและความสม่ำเสมอของการเกิดปฏิกิริยาได้อย่างมีนัยสำคัญ โพรบอัลตราโซนิก เซลล์ไหล หรือทรานสดิวเซอร์ที่ติดตั้งภายนอกสามารถนำพลังงานเสียงเข้าไปในตัวกลางปฏิกิริยาโดยตรง
ในระบบแบตช์ การสั่นด้วยคลื่นเสียงมีความสำคัญเป็นพิเศษสำหรับ:
- ตัวเร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน
- การสังเคราะห์อนุภาคนาโน
- การควบคุมการตกผลึก
- อิมัลชัน
- การสกัด
- พอลิเมอไรเซชัน
- การละลายและการกระจายตัวของของแข็ง
สำหรับปฏิกิริยาระหว่างของแข็งกับของเหลว คลื่นเสียงความถี่สูงสามารถป้องกันการจับตัวเป็นก้อนของอนุภาคและปรับปรุงการเข้าถึงพื้นผิวที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหรือพื้นผิวที่เกิดปฏิกิริยาได้ ในระบบของเหลว-ของเหลว การใช้อัลตราซาวนด์สามารถสร้างอิมัลชันที่ละเอียดและเพิ่มพื้นที่ผิวระหว่างเฟสที่ไม่สามารถผสมกันได้ ซึ่งมักนำไปสู่การเกิดปฏิกิริยาที่เร็วขึ้น
เครื่องปฏิกรณ์แบบไหลผ่านสำหรับการประมวลผลโซโนเคมีแบบต่อเนื่อง
เครื่องปฏิกรณ์แบบไหลผ่านเป็นหนึ่งในรูปแบบที่สำคัญที่สุดสำหรับการทำโซนิเคชันในอุตสาหกรรม แทนที่จะทำการบำบัดของเหลวในปริมาตรคงที่ ส่วนผสมของปฏิกิริยาจะไหลผ่านห้องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกอย่างต่อเนื่อง
การออกแบบนี้มีความน่าสนใจอย่างมากสำหรับการขยายขนาด เนื่องจากช่วยให้วิศวกรสามารถควบคุมระยะเวลาการพักอยู่ อัตราการไหล อุณหภูมิ ความดัน และพลังงานอัลตราโซนิกที่ป้อนเข้าได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น ปฏิกิริยาเคมีด้วยคลื่นเสียงแบบไหลผ่านมักถูกใช้เมื่อต้องการคุณภาพผลิตภัณฑ์ที่สม่ำเสมอและการทำงานอย่างต่อเนื่อง
ข้อได้เปรียบหลักของเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลผ่านที่มีการสั่นสะเทือนด้วยคลื่นเสียง ได้แก่:
- ความสามารถในการผลิตอย่างต่อเนื่อง
- การปรับปรุงความสามารถในการทำซ้ำของกระบวนการ
- การควบคุมอุณหภูมิที่ดีกว่า
- การกระจายตัวของเวลาพักที่ควบคุม
- การผสานรวมเข้ากับสายการผลิตอุตสาหกรรมได้ง่ายขึ้น
- สถาปัตยกรรมเครื่องปฏิกรณ์ที่สามารถปรับขนาดได้
ในระบบเหล่านี้ การผสมแบบการไหลที่มีการสั่นสะเทือนด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงสามารถเพิ่มการผสมในแนวรัศมีและแนวแกน ลดความชันของความเข้มข้น และปรับปรุงการปฏิสัมพันธ์ของสารตั้งต้นได้ สิ่งนี้มีคุณค่าอย่างยิ่งในกระบวนการที่ประสิทธิภาพของการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับการสัมผัสระหว่างเฟสอย่างรวดเร็วหรือการกระจายตัวอย่างรวดเร็ว
อุปกรณ์แทรกเซลล์วัดการไหลแบบอัลตราโซนิก MultiPhaseCavitator
MultiPhaseCavitator Insert-MPC48 เป็นอุปกรณ์เสริมเฉพาะสำหรับเครื่องปฏิกรณ์แบบเซลล์ไหลของ Hielscher ที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการของเหลว/ของเหลวและของเหลว/ก๊าซโดยตรงในโซนคาวิเทชันของอัลตราโซนิก โดยการฉีดเฟสของเหลวหรือเฟสแก๊สที่สองผ่านท่อขนาดเล็ก 48 ท่อเข้าไปในกระแสของเหลวหลัก MultiPhaseCavitator จะสร้างหยดของเหลวหรือฟองแก๊สขนาดเล็กมากที่มีพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูง สิ่งนี้ทำให้มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษสำหรับการทำอิมัลซิฟิเคชันด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง ซึ่งเฟสที่ไม่สามารถผสมกันได้จะถูกกระจายเป็นอิมัลชันละเอียด และสำหรับการเกิดปฏิกิริยาแก๊สแบบเร่งปฏิกิริยา ซึ่งเฟสแก๊สที่ฉีดเข้าไปจะถูกกระจายอย่างรวดเร็วและสัมผัสใกล้ชิดกับเฟสของเหลว สารตั้งต้นที่ละลายอยู่ หรือตัวเร่งปฏิกิริยาที่แขวนลอยอยู่ การเกิดแรงเฉือนจากการเกิดโพรงอากาศ การผสมในระดับจุลภาค และการถ่ายเทมวลที่เพิ่มขึ้น สามารถปรับปรุงจลนศาสตร์ปฏิกิริยา การสัมผัสที่ขอบเขตเฟส และประสิทธิภาพของกระบวนการในการทำงานแบบไหลต่อเนื่องหรือแบบแบทช์
เครื่องโซนิคเตอร์ UIP2000hdT ด้วยเครื่องปฏิกรณ์เคมีแบบแบทช์
การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ทางเคมีและประโยชน์ของการใช้คลื่นเสียง
| ประเภทของเครื่องปฏิกรณ์ | การใช้งานทั่วไป | ผลกระทบหลักของการโซนิค | ความเกี่ยวข้องทางเทคนิค |
|---|---|---|---|
| ถังปฏิกิริยาแบบของเหลวข้น | การเร่งปฏิกิริยาแบบไม่สม่ำเสมอโดยใช้อนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นของแข็งแขวนลอยในเฟสของเหลว; ใช้ในการไฮโดรจีเนชัน ออกซิเดชัน การเปลี่ยนรูปชีวมวล กระบวนการแบบฟิสเชอร์-ทรอปช์ การเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง และการบำบัดน้ำเสีย | การโซนิเคชันช่วยปรับปรุงการกระจายตัวของตัวเร่งปฏิกิริยา การแยกกลุ่มของอนุภาค การลดชั้นขอบเขต การฟื้นฟูพื้นผิว การถ่ายโอนมวลของของเหลว-ของแข็ง การทำความสะอาดพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา และการลดการอุดตัน | มีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษเนื่องจากปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาในเฟสของเหลวที่มีลักษณะเป็นของเหลวแบบสลับซับซ้อนหลายชนิดถูกจำกัดโดยประสิทธิภาพในการที่สารตั้งต้นสามารถเข้าถึงตำแหน่งที่เกิดปฏิกิริยาได้ การเกิดโพรงอากาศด้วยเสียงช่วยเพิ่มการสัมผัสที่ผิวหน้าของตัวเร่งปฏิกิริยากับของเหลว และสามารถปรับปรุงอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้ |
| ถังปฏิกรณ์แบบกวนต่อเนื่อง (CSTRs) | ปฏิกิริยาต่อเนื่องในสถานะของเหลว, การอิมัลซิฟิเคชัน, ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา, การตกตะกอน, การตกผลึก, ปฏิกิริยาพอลิเมอร์ และสารแขวนลอยของแข็งในของเหลว | อัลตราซาวด์ช่วยเพิ่มการผสมระดับจุลภาค การแขวนลอยของอนุภาค การอิมัลซิฟิเคชัน การกระจายตัว และการป้อนพลังงานเฉพาะจุด สามารถใช้ร่วมกับเครื่องกวนเชิงกลเพื่อปรับปรุงทั้งการผสมระดับมหภาคและการผสมระดับจุลภาค | ถังปฏิกิริยาแบบชั้นเดียวที่มีการกระตุ้นด้วยคลื่นเสียง (Sonicated CSTRs) มีประโยชน์เมื่อใบพัดแบบดั้งเดิมไม่สามารถกำจัดโซนที่ไม่มีปฏิกิริยา (dead zones) การกระจายตัวที่ไม่ดี หรือข้อจำกัดการถ่ายเทมวลในบริเวณเฉพาะได้อย่างสมบูรณ์ คลื่นเสียงช่วยสนับสนุนสภาวะปฏิกิริยาที่สม่ำเสมอมากขึ้นและช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการ |
| เครื่องปฏิกรณ์แบบเตียงคงที่ | เตียงตัวเร่งปฏิกิริยาแบบอยู่กับที่ที่ใช้ในการไฮโดรจีเนชัน ออกซิเดชัน การเร่งปฏิกิริยาทางสิ่งแวดล้อม การแปรรูปปิโตรเคมี และการเร่งปฏิกิริยาแบบไม่สม่ำเสมอในเฟสของเหลว | การโซนิเคชันสามารถปรับปรุงการเปียกของตัวเร่งปฏิกิริยา การเคลื่อนที่ของของเหลวผ่านชั้นตัวกลาง การลดชั้นขอบเขต การทำความสะอาดพื้นผิว การลดการอุดตัน และการถ่ายโอนมวลไปยังตำแหน่งที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา | ประสิทธิภาพของเตียงคงที่มักถูกจำกัดโดยการไหลเป็นช่องทางเดียว การเปียกไม่ดี ความต้านทานการแพร่ และการก่อตัวของตะกอน การเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงสามารถปรับปรุงการใช้ประโยชน์จากตัวเร่งปฏิกิริยาและความสม่ำเสมอของปฏิกิริยาได้ |
| เตาปฏิกรณ์แบบเตียงไหล | เตียงไดนามิกของอนุภาคแขวนลอยที่ใช้ในกระบวนการเร่งปฏิกิริยา การประมวลผลอนุภาค การเคลือบ การพอลิเมอร์ไรเซชัน การอบแห้ง และปฏิกิริยาระหว่างของแข็งกับของเหลว | การกระตุ้นด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสามารถปรับปรุงการกระจายตัวของอนุภาค ลดการจับตัวเป็นก้อน เพิ่มการสัมผัสระหว่างของเหลวกับของแข็ง ทำให้สารแขวนลอยมีเสถียรภาพ และเพิ่มการเข้าถึงพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา | การโซนิเคชันมีประสิทธิภาพเป็นพิเศษในเตียงของเหลว-ของแข็งแบบฟลูอิดาไลซ์ ซึ่งสามารถสร้างการเกิดโพรงอากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในระบบที่มีก๊าซมาก การเกิดโพรงอากาศจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่า ทำให้อัลตราซาวนด์เหมาะสำหรับการใช้งานในเครื่องปฏิกรณ์ที่มีของเหลวเป็นฐานมากกว่า |
| รีแอคเตอร์เมมเบรน | ระบบปฏิกิริยาแบบบูรณาการที่ใช้สำหรับการแยกผลิตภัณฑ์เฉพาะ การเติมสารตั้งต้น การกระบวนการเมมเบรนที่มีตัวเร่งปฏิกิริยา และปฏิกิริยาที่ช่วยด้วยการกรอง | อัลตราซาวนด์สามารถลดการอุดตันของเยื่อ, ปรับปรุงอัตราการไหลของน้ำที่ซึมผ่าน, เพิ่มประสิทธิภาพการทำความสะอาดผิว, ลดการแยกตัวของสารละลาย, และปรับปรุงการผสมใกล้กับผิวเยื่อได้ | โซนิเคชันเชื่อมโยงวิศวกรรมการตอบสนองกับวิทยาศาสตร์การแยกสาร มันมีคุณค่าอย่างยิ่งในกรณีที่มีการสะสมของสิ่งสกปรก, ความต้านทานการถ่ายเทมวล หรือความเชื่อมโยงระหว่างการตอบสนองกับการแยกสารที่อ่อนแอซึ่งจำกัดประสิทธิภาพของเมมเบรนรีแอคเตอร์ |
กลไกการเพิ่มความเข้มข้นของเครื่องปฏิกรณ์ด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง
ข้อดีของการใช้คลื่นเสียงในเครื่องปฏิกรณ์เคมีมีพื้นฐานมาจากกลไกหลายอย่างที่ทำงานร่วมกัน
- การเกิดโพรงอากาศเชิงเสียงกลไกที่สำคัญที่สุด ซึ่งเกี่ยวข้องกับการก่อตัว การเติบโต และการยุบตัวของฟองอากาศขนาดเล็กในของเหลวที่สัมผัสกับคลื่นเสียงความเข้มสูง การยุบตัวของฟองอากาศจะก่อให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานในบริเวณเฉพาะและแรงทางกลที่รุนแรง
- การไหลของเสียง (Acoustic streaming) สร้างการเคลื่อนไหวของของเหลวอย่างต่อเนื่องโดยอาศัยคลื่นเสียงความถี่สูง (ultrasonic waves) ซึ่งช่วยปรับปรุงการผสมและการลำเลียงในบริเวณที่การกวนทางกลอาจไม่เพียงพอ
- การผสมแบบการไหลสั่นเกิดขึ้นเมื่อการสั่นสะเทือนด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงทำให้เกิดการเคลื่อนไหวไปมาอย่างรวดเร็วของของเหลว ในระบบปฏิกรณ์ ความกว้างของคลื่น (amplitude) ประมาณ 10 ถึง 200 ไมโครเมตรสามารถทำให้เกิดการกวนที่มีประสิทธิภาพสูงและการถ่ายเทมวลที่ดีขึ้น
- ไมโครเจ็ตติ้งและคลื่นกระแทกเกิดขึ้นใกล้กับฟองอากาศคาวิเทชันที่กำลังยุบตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณใกล้พื้นผิวแข็ง ผลกระทบเหล่านี้สามารถทำความสะอาดพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา รบกวนชั้นขอบเขต และปรับปรุงการเข้าถึงของของเหลวไปยังตำแหน่งที่ใช้งานได้
- การเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสมีความสำคัญอย่างยิ่งในระบบของเหลว-ของเหลว คลื่นเสียงความถี่สูงสามารถสร้างหยดของเหลวขนาดเล็กและสารแขวนลอยที่เสถียร ซึ่งช่วยเพิ่มพื้นที่ที่มีอยู่สำหรับการเกิดปฏิกิริยาหรือการถ่ายโอนมวล
กลไกเหล่านี้ร่วมกันทำให้การสั่นสะเทือนเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังสำหรับการเพิ่มความเข้มข้นของปฏิกิริยาเคมีในเครื่องปฏิกรณ์
ความเกี่ยวข้องทางอุตสาหกรรมของการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์โซโนเคมี
ความสำคัญทางอุตสาหกรรมของเครื่องปฏิกรณ์แบบโซนิเคชันไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่การผสมที่รวดเร็วยิ่งขึ้นเท่านั้น การโซนิเคชันยังเป็นวิธีที่สามารถปรับเปลี่ยนสภาพแวดล้อมของปฏิกิริยาในระดับที่อุปกรณ์ทั่วไปไม่สามารถเข้าถึงได้ง่ายอีกด้วย
ในวิศวกรรมเคมี ข้อจำกัดของเครื่องปฏิกรณ์หลายประการเกิดจากปรากฏการณ์การขนส่งมากกว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยธรรมชาติ สารตั้งต้นอาจไม่สามารถเข้าถึงตำแหน่งที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาได้เร็วพอ ของเหลวที่ไม่สามารถผสมกันได้อาจมีพื้นที่สัมผัสไม่เพียงพอ ของแข็งอาจจับตัวเป็นก้อน วัสดุกรองอาจเกิดการอุดตัน พื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาอาจถูกปิดกั้น
การโซนิเคชันช่วยแก้ไขข้อจำกัดเหล่านี้โดยการปรับปรุงสภาพทางกายภาพภายในตัวทำปฏิกิริยาโดยตรง ซึ่งทำให้มีความเกี่ยวข้องกับงานวิจัยและอุตสาหกรรมหลายด้าน:
- การแปรรูปทางเคมีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น
- ความต้องการพลังงานและตัวทำละลายที่ลดลง
- ประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีขึ้น
- การเลือกปฏิกิริยาที่สูงขึ้น
- การพัฒนาขั้นตอนที่รวดเร็วขึ้น
- การผลิตอย่างต่อเนื่อง
- ระบบเครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ที่เข้มข้นขึ้น
- การสังเคราะห์วัสดุขั้นสูง
- การเปลี่ยนรูปอย่างยั่งยืนของชีวมวลและกระแสของเสีย
สำหรับนักวิจัย การใช้อัลตราซาวนด์เป็นวิธีที่สามารถควบคุมได้ในการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานเสียงที่ป้อนเข้าไป พฤติกรรมของการเกิดคาวิเทชัน การเพิ่มประสิทธิภาพการขนส่ง และประสิทธิภาพทางเคมี สำหรับอุตสาหกรรม มันเป็นเส้นทางที่เป็นไปได้ในการพัฒนาระบบปฏิกรณ์ที่มีขนาดกะทัดรัด มีประสิทธิภาพ และสามารถปรับขนาดได้
เครื่องผสมเนื้อเดียวกันด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง UIP2000hdT สำหรับปฏิกิริยาเคมีในเครื่องปฏิกรณ์แบบไหล
ข้อดีของการใช้คลื่นเสียงในเครื่องปฏิกรณ์ทางเคมี
การผสานรวมของอัลตราซาวด์เข้ากับการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์มอบข้อได้เปรียบทางการปฏิบัติการและทางวิทยาศาสตร์หลายประการ:
- อัตราการตอบสนองที่เร็วขึ้นผ่านการถ่ายโอนมวลที่ดีขึ้น
- การผสมที่ดีขึ้นในระบบหลายเฟส
- การกระจายตัวของของแข็งและละอองที่เพิ่มขึ้น
- การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีขึ้น
- ข้อจำกัดการแพร่กระจายลดลง
- พื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาและเยื่อกรองที่สะอาดขึ้น
- ปรับปรุงความสามารถในการทำซ้ำของกระบวนการในระบบไหล
- การลดอุณหภูมิ ความดัน หรือเวลาในการเกิดปฏิกิริยาที่อาจเกิดขึ้น
- ความเข้ากันได้กับการทำงานแบบชุดและการทำงานต่อเนื่อง
- มีความเกี่ยวข้องอย่างมากสำหรับการเร่งปฏิกิริยาที่ไม่เหมือนกันและปฏิกิริยาแบบสองเฟส
ประโยชน์เหล่านี้ทำให้เทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกมีความน่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับสารเคมีชนิดละเอียด, สารเคมีเฉพาะทาง, การเร่งปฏิกิริยา, วัสดุนาโน, เคมีสีเขียว และการเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการ
เซลล์การไหลของแก้วอัลตราโซนิก
เพิ่มประสิทธิภาพเครื่องปฏิกรณ์ทางเคมีของคุณด้วยเครื่องโซนิคจาก Hielscher!
เครื่องโซนิเคเตอร์ของ Hielscher เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการบูรณาการแบบกำหนดเองในเครื่องปฏิกรณ์ทางเคมี เนื่องจากมีให้เลือกในรูปแบบระบบอัลตราโซนิกที่มีประสิทธิภาพสูงและทนทาน พร้อมด้วยโซโนโทรดที่ปรับได้ เซลล์ไหล อินเสิร์ตสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ และอุปกรณ์เสริมเฉพาะกระบวนการ ขึ้นอยู่กับรูปแบบการตั้งค่าของระบบปฏิกิริยา เครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกของ Hielscher สามารถติดตั้งในถังปฏิกิริยาแบบแบตช์ ถังปฏิกิริยาแบบกวนต่อเนื่อง ถังปฏิกิริยาแบบไหลผ่านในสายการผลิต วงจรหมุนเวียน ระบบที่มีแรงดัน และโรงงานขนาดทดลองหรือขนาดการผลิต ความยืดหยุ่นนี้ทำให้อัลตราซาวนด์สามารถนำไปใช้ได้ตรงจุดที่การเกิดคาวิเทชันมีประสิทธิภาพสูงสุด นั่นคือบริเวณรอยต่อระหว่างของเหลวกับของแข็ง ของเหลวกับของเหลว หรือของเหลวกับก๊าซ Hielscher Ultrasonics ยังมีเครื่องปฏิกรณ์แบบแบตช์และแบบอินไลน์อัลตราโซนิกหลากหลายประเภท ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมกระบวนการโซโนเคมี การอิมัลซิฟิเคชัน การกระจายตัว การกระตุ้นตัวเร่งปฏิกิริยา การทำความสะอาดพื้นผิว การเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายโอนมวล และการเร่งปฏิกิริยาได้อย่างแม่นยำ ด้วยการควบคุมความแม่นยำของแอมพลิจูด, กำลังไฟฟ้า, อุณหภูมิ, ความดัน, อัตราการไหล, และระยะเวลาการสัมผัส, เครื่องโซนิคของ Hielscher สามารถปรับแต่งให้เหมาะกับความต้องการเฉพาะของการวิจัยในห้องปฏิบัติการ, การพัฒนาการผลิต, การขยายขนาด, และการผลิตเคมีอุตสาหกรรม
ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:
| ปริมาณแบทช์ | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนํา |
|---|---|---|
| 1 ถึง 500 มล. | 10 ถึง 200 มล. / นาที | UP100H |
| 10 ถึง 2000 มล. | 20 ถึง 400 มล. / นาที | UP200 ฮิต, UP400ST |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L / นาที | UIP2000hdt |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L / นาที | UIP4000hdT |
| 15 ถึง 150L | 3 ถึง 15 ลิตร / นาที | UIP6000hdT |
| ไม่ | 10 ถึง 100L / นาที | UIP16000hdT |
| ไม่ | ขนาด ใหญ่ | คลัสเตอร์ของ UIP16000hdT |
การออกแบบ การผลิต และการให้คําปรึกษา – คุณภาพ ผลิตในประเทศเยอรมนี
เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher เป็นที่รู้จักกันดีในด้านคุณภาพและมาตรฐานการออกแบบสูงสุด ความทนทานและใช้งานง่ายช่วยให้สามารถรวมเครื่องอัลตราโซนิกของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น สภาพที่ขรุขระและสภาพแวดล้อมที่ต้องการสามารถจัดการได้ง่ายโดยเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher
Hielscher Ultrasonics เป็น บริษัท ที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO และให้ความสําคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงที่มีเทคโนโลยีล้ําสมัยและเป็นมิตรกับผู้ใช้ แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นไปตามมาตรฐาน CE และตรงตามข้อกําหนดของ UL, CSA และ RoHs
โฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิก UIP1500hdT ด้วยเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลที่ติดตั้งปลอกทำความเย็นเพื่อควบคุมอุณหภูมิของกระบวนการระหว่างการโซนิเคชัน
คําถามที่พบบ่อย
เครื่องปฏิกรณ์ทางเคมีคืออะไร?
เครื่องปฏิกรณ์ทางเคมีเป็นภาชนะหรือระบบที่ถูกออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อดำเนินการปฏิกิริยาทางเคมีภายใต้เงื่อนไขที่ควบคุมได้ เช่น อุณหภูมิ ความดัน การผสม เวลาที่อยู่ในระบบ และความเข้มข้นของสารตั้งต้น วัตถุประสงค์ของเครื่องปฏิกรณ์คือการเปลี่ยนวัตถุดิบให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ โดยมีอัตราผลผลิต ความเลือกจำเพาะ และประสิทธิภาพของกระบวนการที่กำหนดไว้
ประเภทหลักของเครื่องปฏิกรณ์ทางเคมีคืออะไร?
ประเภทหลักของเครื่องปฏิกรณ์ทางเคมีประกอบด้วย เครื่องปฏิกรณ์แบบแบทช์ เครื่องปฏิกรณ์แบบถังกวนต่อเนื่อง เครื่องปฏิกรณ์แบบไหลเป็นกลุ่ม เครื่องปฏิกรณ์แบบเตียงคงที่ เครื่องปฏิกรณ์แบบเตียงไหลเวียน เครื่องปฏิกรณ์แบบเมมเบรน เครื่องปฏิกรณ์แบบสารแขวนลอย และเครื่องปฏิกรณ์ทางแสงหรือทางไฟฟ้าเคมี แต่ละประเภทของเครื่องปฏิกรณ์มีความแตกต่างในพฤติกรรมการไหล, ระบบการผสม, คุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนและมวล, และความเหมาะสมสำหรับการเกิดปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันหรือปฏิกิริยาที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน
ความแตกต่างระหว่างเตาปฏิกรณ์แบบเตียงไหลกับเตาปฏิกรณ์แบบเตียงคงที่คืออะไร?
ในเตาปฏิกรณ์แบบเตียงคงที่ อนุภาคของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นของแข็งจะคงที่ในขณะที่สารตั้งต้นไหลผ่านเตียงของตัวเร่งปฏิกิริยาที่บรรจุอยู่ ในเตาปฏิกรณ์แบบเตียงไหล (fluidized bed reactor) ของไหลที่ไหลขึ้นด้านบนจะแขวนลอยและเคลื่อนย้ายอนุภาคของแข็ง ทำให้เกิดเตียงที่มีการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง (dynamic bed) ซึ่งมีการผสมที่ดีขึ้น การถ่ายเทความร้อนที่ดีขึ้น และการสัมผัสระหว่างอนุภาคกับของไหลที่ดีขึ้น เตียงคงที่ (fixed beds) มีความเรียบง่ายและมีความเสถียรทางกลมากกว่า ในขณะที่เตียงไหลให้ประสิทธิภาพการผสมและการถ่ายเทความร้อนที่สูงกว่า แต่ต้องการการควบคุมการไหลที่ซับซ้อนมากขึ้น
อะไรคือเตียงตัวเร่งปฏิกิริยา?
เตียงตัวเร่งปฏิกิริยาคือปริมาตรที่กำหนดของอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาที่จัดเรียงอยู่ภายในเตาปฏิกรณ์ มันให้พื้นผิวที่ใช้งานซึ่งปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น เตียงตัวเร่งปฏิกิริยาอาจเป็นแบบอยู่กับที่ เช่น ในเตียงคงที่ หรือแบบแขวนลอยแบบไดนามิก เช่น ในเตียงแบบไหลเวียน ประสิทธิภาพของเตียงขึ้นอยู่กับกิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยา ขนาดของอนุภาค ความพรุน พื้นที่ผิว การกระจายการไหล การถ่ายเทความร้อน และการถ่ายเทมวล
วรรณกรรม / อ้างอิง
- Yu, Hang Gao, Jing; Zhong, Qili; Guo, Yahui; Xie, Yunfei; Yao, Weirong; Zhou, Weibiao (2018): Acoustic pressure and temperature distribution in a novel continuous ultrasonic tank reactor: a simulation study. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2018.
- Francisco J. Navarro-Brull; Andrew R. Teixeira; Jisong Zhang; Roberto Gómez; Klavs F. Jensen (2018): Reduction of Dispersion in Ultrasonically-Enhanced Micropacked Beds. Industrial & Engineering Chemistry Research 57, 1; 2018. 122–128.
- M. Ajmal, S. Rusli, G. Fieg (2016): Modeling and experimental validation of hydrodynamics in an ultrasonic batch reactor. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 28, 2016. 218-229.
- L. Castrillón, E. Marañón, Y. Fernández-Nava, P. Ormaechea, G. Quiroga (2013): Thermophilic co-digestion of cattle manure and food waste supplemented with crude glycerin in induced bed reactor (IBR). Bioresource Technology, Volume 136, 2013. 73-77.
Hielscher Ultrasonics ผลิตโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงจาก ห้องทดลอง ถึง ขนาดอุตสาหกรรม