Оптимізована ефективність хімічного реактора за допомогою ультразвуку високої потужності

Добре відомо, що ультразвук посилює та/або ініціює хімічні реакції. Таким чином, інтеграція високопродуктивного ультразвуку розглядається як надійний інструмент для просування хімічних реакторів для поліпшення результатів реакцій. Hielscher Ultrasonics пропонує різні реакторні рішення для налаштування хімічного процесу. Дізнайтеся, як ультразвук може покращити ваш хімічний реактор!

Як енергетичний ультразвук покращує хімічні реактори?

Інтеграція одного або декількох ультразвукових зондів (сонотроде) дозволяє зв'язати потужні ультразвукові хвилі з хімічним реактором. Інтенсивне ультразвукове випромінювання рідин і суспензій не тільки створює сильні турбулентності через акустичну вібрацію, але й відоме численними ефектами, які визначаються під терміном «сонохімія».

Що таке сонохімія? Як це сприяє реакціям?

High-intensity ultrasound / high-power ultrasound is applied to chemical systems in order to initiate and/or promote reactions, improve conversion rate and yields or to switch reaction pathways. The physical phenomenon responsible for sonochemical effects is acoustic cavitation. When high-intensity ultrasound waves are coupled into a liquid medium, the waves travel through the liquid creating alternating low pressure (rarefaction) and high pressure (compression) cycles. During the low pressure / rarefaction, minute vacuum bubbles arise in the liquid, which grow over several pressure cycles until the vacuum bubble reaches a point where it cannot absorb any further energy. At the point of maximum bubble growth, the bubble implodes violently during a high pressure cycle. During the implosive bubble collapse, the phenomenon of cavitation can be observed. Ultrasonic cavitation creates so called “hot spots,” which are characterized by extreme conditions such as temperature of up to ∼5000 K with very high heating/cooling rates of > 1000 K s^-1, тиск до ∼1000 бар, а також відповідні перепади температур і тиску. Рідина або суспензія сильно перемішується струменями рідини і силами зсуву.

Хімічні ефекти (наприклад, утворення радикальних видів, згинання молекул і т.д.) і фізичні / фізико-механічні ефекти сонохімії успішно застосовуються до численних хімічних реакцій, таких як органічний каталіз, органокаталітичні реакції, Реакції переносу фаз, Синтез наночастинок, опади / кристалізація, Золь-гель реакції, Зчеплення Suzuki, Реакції Дільса-Альдера, Реакції Манніха, Михайло Доповнення, муфта типу Wurtz і багато інших. Сонохімічно стимульовані реакції часто показують значно підвищену швидкість перетворення, вищі виходи, прискорену реакцію, більш повну реакцію, можуть використовуватися з більш м'якими розчинниками в умовах навколишнього середовища, створюють менше небажаних побічних продуктів і сприяють завдяки своїй високій ефективності зеленій хімії.

Хімічні реактори періодичної дії з ультразвуковим керуванням

Інтеграція ультразвукових апаратів у відкриті або закриті реактори періодичної дії є широко застосовуваною технікою для прискорення реакцій у лабораторіях, пілотних заводах та виробничих приміщеннях. Залежно від розміру посудини, геометрії та системи хімічних реакцій у реактор періодичної дії може бути інтегрований один або кілька сонотродів. Ультразвук також часто використовується для поліпшення реактори з безперервним перемішуванням (КСТР).

Ультразвукові реактори напівперіодичної дії: Звичайно, ультразвукова хвороба також може бути інтегрована в реактори напівперіодичної дії. Для систем напівперіодичної дії один хімічний реагент завантажується в реактор, тоді як другий хімічний речовина додається з безперервною швидкістю потоку (наприклад, при повільній подачі для запобігання побічних реакцій), об'єднуючись в ультразвуковій гарячій точці. Крім того, безперервно видаляється продукт хімічної реакції, який є результатом реакції в реакторі, наприклад, синтезовані осади або кристали, або проміжний продукт кінцевого продукту, який може бути видалений завдяки поділу фаз.

Хімічний проточний реактор з ультразвуковим збудженням

У проточному реакторі, також відомому як проточна комірка або вбудований реактор, реагенти подаються через один або кілька живильних отворів у реакційну камеру, де відбувається хімічна реакція. Після певного часу утримання, необхідного для виникнення певної реакції, середовище безперервно вивантажується з реактора. Ультразвукові проточні комірки та вбудовані реактори дозволяють забезпечити безперебійне виробництво продукту, який залежить лише від безперервної подачі реагентів.

На малюнку показаний Ультразвуковий апарат UIP1000HDT з реактором періодичної дії (ліворуч) і з реактором з проточною коміркою для потокової обробки (праворуч).

Високопродуктивні хімічні сонореактори

Hielscher Ultrasonics - ваш надійний виробник сонохімічних реакторів і високопродуктивного ультразвукового обладнання, яке може надійно поліпшити вашу хімічну реакцію. Асортимент продукції Hielscher Ultrasonics включає різні типи та класи лабораторних та промислових великомасштабних сонореакторів для періодичного та проточного режиму. Завдяки високоефективному ультразвуку зондового типу Hielscher багаторазові досягнення – такі як покращена швидкість реакції, більш повне перетворення, вищі виходи, точний контроль реакції та відмінна загальна ефективність – надійно досягаються в періодичних і проточних реакторах. Розроблені для високої продуктивності та надійності, ультразвукові та сонореактори Hielscher можуть бути встановлені для використання з агресивними хімікатами, у вимогливих умовах та важких умовах.
Ультразвукові реактори Hielscher розроблені з фокусом на рівномірне ультразвукове опромінення середовища таким чином, щоб поле акустичного тиску могло рівномірно розширюватися. Виконання цієї вимоги підвищує загальну ефективність сонохімічної реакції, оскільки ультразвук забезпечує найвищу інтенсифікацію процесу.

Схематичне зображення явищ, що відбуваються в сонохимическом реакторі.
Малюнок і дослідження: ©Далем та ін., 1999.

Асортимент продукції охоплює компактні лабораторні ультразвукові апарати для R&D, потужні настільні та пілотні ультразвукові системи, а також повністю промислове обладнання для великих обсягів виробництва. Це дозволяє проводити безризикові техніко-економічні випробування в невеликих масштабах і подальше повністю лінійне масштабування до більших обсягів.

Точний контроль звуку

Цифровий кольоровий дисплей та інтелектуальне програмне забезпечення з дистанційним керуванням браузером та автоматичним протоколюванням даних на вбудованій SD-карті дозволяють виконувати складні налаштування та моніторинг ультразвукових параметрів у сонохімічному реакторі.
Принадність сонохімічно керованих реакцій полягає в ефективності, якої можна надійно досягти за допомогою оптимізації процесу. Для кожної конкретної реакції можна визначити оптимальну амплітуду ультразвуку, вхідну потужність ультразвуку, температуру і тиск. Це дозволяє знайти ідеальні параметри ультразвуку, щоб досягти оптимальних результатів реакції та ефективності.

Контроль температури

Всі наші цифрові ультразвукові апарати оснащені роз'ємним датчиком температури для безперервного моніторингу температури, який можна вставити в рідину для постійного вимірювання температури маси. Складне програмне забезпечення дозволяє встановлювати температурний діапазон. При перевищенні граничної температури ультразвуковий прилад автоматично робить паузу, поки температура в рідині не знизиться до певного заданого значення, і знову починає автоматично проводити ультразвук. Всі вимірювання температури, а також інші важливі дані ультразвукового процесу автоматично записуються на вбудовану SD-карту і можуть бути легко переглянуті для контролю процесу.
Сонохімічні реактори фірми Hielscher випускаються з сорочками охолодження. Крім того, можна підключити теплообмінники та холодильні установки для забезпечення бажаної температури процесу.

Легкодоступні компоненти для складання ідеального хімічного реактора

Великий асортимент легкодоступних ультразвукових пристроїв, зондів (сонотроде), бустерів, реакторів періодичної дії та проточних комірок, а також численних додаткових аксесуарів дозволяє налаштувати ідеальний ультразвуково-хімічний реактор (соно-реактор) для вашого конкретного процесу.
Все обладнання вже оптимізовано для рівномірного розподілу акустичної кавітації та стабільних схем потоку, які є найважливішими конструктивними аспектами для отримання однорідних, надійних результатів у хімічному реакторі з ультразвуковим збудженням.
Небажаного окислення можна уникнути, продуваючи реактор інертним газом, наприклад, азотною ковдрою.

Індивідуальні рішення для вашого хімічного реактора

У той час як компанія Hielscher пропонує різноманітні рішення для періодичних та вбудованих реакторів різних розмірів та геометрії, виготовлені з нержавіючої сталі або скла, ми раді виготовити ваш спеціальний корпус хімічного реактора, враховуючи основи аналізу та проектування ваших конкретних вимог до процесу. З багаторічною досвідченою командою інженерів і технічних розробників ми проектуємо ваш хімічний реактор відповідно до ваших вимог. Наприклад, розмір, матеріал, геометрія, отвори подачі та розвантаження, кількість ультразвукових зондів тощо можуть бути розроблені для того, щоб створити ідеальний хімічний реактор з ультразвуковим просуванням для вашого хімічного процесу.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: