Ultrasonik Yoğunlaştırılmış Sabit Yataklı Reaktörler
- Ultrasonik karıştırma ve dispersiyon, sabit yataklı reaktörlerde katalitik reaksiyonu aktive eder ve yoğunlaştırır.
- Sonikasyon kütle transferini geliştirir ve böylece verimliliği, dönüşüm oranını ve verimi arttırır.
- Ek bir fayda, pasifleştirici kirlenme tabakalarının katalizör parçacıklarından ultrasonik kavitasyon ile uzaklaştırılmasıdır.
Sabit Yataklı Katalizörler
Sabit yataklar (bazen paketlenmiş yatak olarak da adlandırılır) genellikle 1-5 mm çaplara sahip granüller olan katalizör peletleri ile yüklenir. Reaktöre tek bir yatak şeklinde, ayrı kabuklar halinde veya tüpler halinde yüklenebilirler. Katalizörler çoğunlukla nikel, bakır, osmiyum, platin ve rodyum gibi metallere dayanır.
Güç ultrasonunun heterojen kimyasal reaksiyonlar üzerindeki etkileri iyi bilinmektedir ve endüstriyel katalitik işlemler için yaygın olarak kullanılmaktadır. Sabit yataklı bir reaktördeki katalitik reaksiyonlar da ultrasonik tedaviden yararlanabilir. Sabit yataklı katalizörün ultrasonik ışınlanması, yüksek oranda reaktif yüzeyler oluşturur, sıvı faz (reaktanlar) ve katalizör arasındaki kütle taşınmasını arttırır ve pasifleştirici kaplamaları (örneğin oksit tabakaları) yüzeyden uzaklaştırır. Kırılgan malzemelerin ultrasonik parçalanması yüzey alanlarını arttırır ve böylece artan bir aktiviteye katkıda bulunur.
Avantaj -ları
- Geliştirilmiş verimlilik
- Artan reaktivite
- Artan dönüşüm oranı
- Daha yüksek verim
- Katalizörün geri dönüşümü
Katalitik reaksiyonların ultrasonik yoğunlaştırılması
Ultrasonik karıştırma ve çalkalama, reaktan ve katalizör parçacıkları arasındaki teması geliştirir, yüksek oranda reaktif yüzeyler oluşturur ve kimyasal reaksiyonu başlatır ve / veya geliştirir.
Ultrasonik katalizör hazırlama, kristalleşme davranışında, dispersiyon / deagglomeration'da ve yüzey özelliklerinde değişikliklere neden olabilir. Ayrıca, önceden oluşturulmuş katalizörlerin özellikleri, pasifleştirici yüzey katmanlarının çıkarılması, daha iyi dispersiyon, kütle transferinin arttırılmasından etkilenebilir.
Kimyasal reaksiyonlar üzerindeki ultrasonik etkiler (sonochemistry) hakkında daha fazla bilgi edinmek için buraya tıklayın!
Örnekler
- Hidrojenasyon reaksiyonları için Ni katalizörünün ultrasonik ön işlemi
- Tartarik asit ile soniklenmiş Raney Ni katalizörü çok yüksek bir enantiyoselektivite ile sonuçlanır
- Ultrasonik hazırlanmış Fischer-Tropsch katalizörleri
- Artan reaktivite için sonokimyasal olarak işlenmiş amorf toz katalizörler
- Amorf metal tozlarının sono-sentezi
Ultrasonik Katalizör Geri Kazanımı
Sabit yataklı reaktörlerdeki katı katalizörler çoğunlukla şeri boncuklar veya silindirik tüpler şeklindedir. Kimyasal reaksiyon sırasında, katalizör yüzeyi, zamanla katalitik aktivite ve/veya seçicilik kaybına neden olan bir kirlenme tabakası tarafından pasifleştirilir. Katalizör bozunması için zaman ölçekleri önemli ölçüde değişir. Örneğin, bir çatlama katalizörünün katalizör mortalitesi saniyeler içinde meydana gelebilirken, amonyak sentezinde kullanılan bir demir katalizörü 5-10 yıl sürebilir. Bununla birlikte, tüm katalizörler için katalizör deaktivasyonu gözlemlenebilir. Katalizör deaktivasyonunun çeşitli mekanizmaları (örneğin kimyasal, mekanik, termal) gözlemlenebilse de, kirlenme en sık görülen katalizör bozunması türlerinden biridir. Kirlenme, türlerin sıvı fazdan yüzeye ve katalizörün gözeneklerinde fiziksel olarak birikmesini ve dolayısıyla reaktif bölgeleri bloke etmesini ifade eder. Kok kömürü ve karbon ile katalizör kirlenmesi hızlı bir şekilde meydana gelen bir süreçtir ve rejenerasyon (örneğin ultrasonik işlem) ile tersine çevrilebilir.
Ultrasonik kavitasyon, katalizörün yüzeyinden pasifleştirici kirlenme tabakalarını çıkarmak için başarılı bir yöntemdir. Ultrasonik katalizör geri kazanımı tipik olarak, kirlenme kalıntılarını (örneğin platin / silika elyaf pt / SF, nikel katalizörler) çıkarmak için parçacıkları bir sıvıda (örneğin deiyonize su) sonikleştirerek gerçekleştirilir.
Ultrasonik Sistemler
Hielscher Ultrasonics, güç ultrasonunun sabit yataklı reaktörlere entegrasyonu için çeşitli ultrasonik işlemciler ve varyasyonlar sunar. Sabit yataklı reaktörlere monte edilmek üzere çeşitli ultrasonik sistemler mevcuttur. Daha karmaşık reaktör türleri için şunları sunuyoruz: özelleştirilmiş ultrasonik Çözümleri.
Kimyasal reaksiyonunuzu ultrasonik radyasyon altında test etmek için, Teltow'daki ultrasonik işlem laboratuvarımızı ve teknik merkezimizi ziyaret etmenizi bekliyoruz!
Bugün bize ulaşın! Kimyasal işleminizin ultrasonik yoğunlaştırmasını sizinle tartışmaktan mutluluk duyuyoruz!
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:
Ultrasonik akış sistemi
- hidrojenasyon
- Alsilasyon
- Siyanasyon
- eterleştirme
- esterleşme
- Polimerizasyon
- Alitilasyon
- Bromlama
(örneğin Ziegler-Natta katalizörleri, metallocens)
Literatür/Referanslar
- Dr. Argyle; Bartholomew, C.H. (2015): Heterojen Katalizör Deaktivasyonu ve Rejenerasyonu: Bir İnceleme. Katalizörler 2015, 5, 145-269.
- Oza, R.; Patel, S. (2012): Asit Liçi, Şelasyon ve Ultrasonikasyon Kullanılarak Harcanan Ni / Al2O3 Katalizörlerinden Nikelin Geri Kazanımı. Son Bilimler Araştırma Dergisi Cilt 1; 2012. 434-443.
- Sana, S.; Rajanna, K.Ch.; Reddy, K.R.; Bhooshan, M.; Venkateswarlu, M.; Kumar, M.S.; Uppalaiah, K. (2012): Belirli Grup V ve VI Metal Tuzlarının Varlığında Aromatik Bileşiklerin Ultrasonik Destekli Bölgesel Seçici Nitrasyonu. Yeşil ve Sürdürülebilir Kimya, 2012, 2, 97-111.
- Suslick, K. S.; Skrabalak, S. E. (2008): “sonokataliz” İçinde: Heterojen Kataliz El Kitabı, cilt 4; Ertl, G.; Knözinger, H.; Schüth, F.; Weitkamp, J., (Ed.). Wiley-VCH: Weinheim, 2008. 2006-2017.
Bilmeye Değer Gerçekler
Ultrasonik Kavitasyon ve Sonokimya
Güç ultrasonunun sıvılara ve bulamaçlara bağlanması ile sonuçlanır akustik kavitasyon. Akustik kavitasyon, buharla dolu boşlukların hızlı oluşumu, büyümesi ve patlaması olgusunu ifade eder. Bu, 5000K'ya kadar aşırı sıcaklık zirveleri, 10'un üzerinde çok yüksek ısıtma / soğutma oranları ile çok kısa ömürlü "sıcak noktalar" oluşturur9Ks (Türkçe)-1ve ilgili diferansiyellerle 1000atm basınçlar – hepsi nanosaniye kullanım ömrü içinde.
Araştırma alanı Sono-kimya Ultrasonun, bir çözeltideki kimyasal aktiviteyi başlatan ve/veya artıran sıvılarda akustik kavitasyon oluşturmadaki etkisini araştırır.
Heterojen Katalitik Reaksiyonlar
Kimyada heterojen kataliz, katalizörün ve reaktanların fazlarının birbirinden farklı olduğu katalitik reaksiyon tipini ifade eder. Heterojen kimya bağlamında, faz sadece katı, sıvı ve gaz arasında ayrım yapmak için kullanılmaz, aynı zamanda yağ ve su gibi karışmayan sıvıları da ifade eder.
Heterojen bir reaksiyon sırasında, bir veya daha fazla reaktan, bir arayüzde, örneğin bir katı katalizörün yüzeyinde kimyasal bir değişikliğe uğrar.
Reaksiyon hızı, reaktanların konsantrasyonuna, partikül boyutuna, sıcaklığa, katalizöre ve diğer faktörlere bağlıdır.
Reaktan konsantrasyonu: Genel olarak, bir reaktanın konsantrasyonundaki bir artış, daha büyük arayüz ve dolayısıyla reaktan parçacıkları arasında daha büyük faz transferi nedeniyle reaksiyon hızını arttırır.
Parçacık boyutu: Reaktanlardan biri katı bir parçacık olduğunda, hız denklemi yalnızca konsantrasyonları gösterdiğinden ve katılar farklı bir fazda oldukları için bir konsantrasyona sahip olamayacağından, hız denkleminde gösterilemez. Bununla birlikte, katının parçacık boyutu, faz transferi için mevcut yüzey alanı nedeniyle reaksiyon hızını etkiler.
Reaksiyon sıcaklığı: Sıcaklık, Arrhenius denklemi aracılığıyla hız sabiti ile ilişkilidir: k = Ae-Ea/RT
Ea aktivasyon enerjisi olduğunda, R evrensel gaz sabitidir ve T Kelvin cinsinden mutlak sıcaklıktır. A, Arrhenius (frekans) faktörüdür. e-Ea/RT Eğrinin altındaki aktivasyon enerjisi olan Ea'dan daha büyük enerjiye sahip parçacıkların sayısını verir.
Katalizör: Çoğu durumda, reaksiyonlar bir katalizörle daha hızlı gerçekleşir çünkü daha az aktivasyon enerjisi gerektirirler. Heterojen katalizörler, reaksiyonun meydana geldiği bir şablon yüzey sağlarken, homojen katalizörler, mekanizmanın sonraki bir adımı sırasında katalizörü serbest bırakan ara ürünler oluşturur.
Diğer faktörler: Işık gibi diğer faktörler belirli reaksiyonları etkileyebilir (fotokimya).
Nükleofilik ikame
Nükleofilik ikame, organik (ve inorganik) kimyada, bir nükleofilin bir Lewis bazı (elektron çifti vericisi olarak) şeklinde seçici olarak bağlandığı veya bir atomun veya bir atom grubunun pozitif veya kısmen pozitif (+ve) yüküne saldırdığı veya ayrılan bir grubun yerini almak için bir atomun veya bir atom grubunun pozitif veya kısmen pozitif (+ve) yüküne saldırdığı temel bir reaksiyon sınıfıdır. Elektron çifti alıcısı olan pozitif veya kısmen pozitif atoma elektrofil denir. Elektrofilin ve ayrılan grubun tüm moleküler varlığı genellikle substrat olarak adlandırılır.
Nükleofilik sübstitüsyon iki farklı yol olarak gözlemlenebilir – SN1 ve SN2 reaksiyon. Hangi tür reaksiyon mekanizması – sN1 veya SN2 – gerçekleşir, kimyasal bileşiklerin yapısına, nükleofil tipine ve çözücüye bağlıdır.
Katalizör Devre Dışı Bırakma Türleri
- Katalizör zehirlenmesi, katalitik reaksiyon bölgelerini bloke eden katalitik bölgelerdeki türlerin güçlü kemisorpsiyonu için kullanılan terimdir. Zehirlenme geri dönüşümlü veya geri dönüşümsüz olabilir.
- Kirlenme, sıvı fazdaki türlerin katalitik yüzeye ve katalizör gözeneklerine biriktiği katalizörün mekanik bir bozunmasını ifade eder.
- Termal bozunma ve sinterleme, katalitik yüzey alanı, destek alanı ve aktif faz destek reaksiyonlarının kaybına neden olur.
- Buhar oluşumu, gaz fazının uçucu bileşikler üretmek için katalizör fazı ile reaksiyona girdiği kimyasal bir bozunma formu anlamına gelir.
- Buhar-katı ve katı-katı reaksiyonları, katalizörün kimyasal olarak deaktivasyonuna neden olur. Buhar, destek veya promotör, katalizör ile reaksiyona girer, böylece aktif olmayan bir faz üretilir.
- Katalizör parçacıklarının aşınması veya ezilmesi, mekanik aşınma nedeniyle katalitik malzeme kaybına neden olur. Katalizörün iç yüzey alanı, katalizör partikülünün mekanik kaynaklı ezilmesi nedeniyle kaybolur.