Ультразвук, як відомо, посилюється та / або ініціює хімічні реакції. Тому інтеграція високопродуктивного ультразвуку розглядається як надійний інструмент для просування хімічних реакторів для поліпшення результатів реакції. Hielscher Ультразвук пропонує різні рішення реактора, щоб налаштувати ваш хімічний процес. Дізнайтеся, як ультразвук може поліпшити ваш хімічний реактор!

Як ультразвук покращує хімічні реактори?

Інтеграція одного або декількох ультразвукових зондів (сонотродів) дозволяє з'єднати потужні ультразвукові хвилі в хімічний реактор. Інтенсивне ультразвук рідин і шламів не тільки створює сильні турбулентності через акустичну вібрацію, але відомий численними ефектами, які визначаються під терміном "сонохімія".

Що таке сонохімія? Як це сприяє реакції?

Ультразвук високої інтенсивності / високої потужності застосовується до хімічних систем з метою ініціювання та / або сприяння реакціям, підвищення швидкості перетворення та врожайності або перемикання шляхів реакції. Фізичним явищем, відповідальним за сонохімічні ефекти, є акустична кавітація. Коли високоінтенсивні ультразвукові хвилі з'єднуються з рідким середовищем, хвилі проходять через рідину, створюючи цикли змінного низького тиску (розрідження) і високого тиску (стиснення). Під час низького тиску / розрідження в рідині виникають дрібні вакуумні бульбашки, які ростуть протягом декількох циклів тиску, поки вакуумний міхур не досягне точки, де вона не може поглинути будь-яку подальшу енергію. У точці максимального зростання міхура бульбашка сильно провалиться під час циклу високого тиску. Під час колапсії імплозійного міхура може спостерігатися явище кавітації. Ультразвукова кавітація створює так звані "гарячі точки", які характеризуються екстремальними умовами, такими як температура до ∼5000 К з дуже високими показниками нагрівання / охолодження > 1000 К с^-1, тиск до ∼1000 бар, а також відповідні температурні та тискові диференціали. Рідина або гною сильно збуджені рідкими струменями і зсувними силами.

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, Фази передачі реакцій, Синтез наночастинок, опади / кристалізація, соль-гелеві реакції, Муфта Сузукі, Реакції Ділса-Вільхи, Реакції Маннича, Майкл доповнення, Муфта типу Вурца та багато інших. Сонохімічно пропаговані реакції часто показують значно підвищену швидкість перетворення, більш високу врожайність, прискорену реакцію, більш повну реакцію, можуть використовуватися з більш м'якими розчинниками в умовах навколишнього середовища, створювати менш небажані побічні продукти і сприяти завдяки своїй високій ефективності зеленій хімії.

Ультразвукові хімічні реактори

Інтеграція ультраакукаторів у відкриті або закриті реактори є зазвичай застосовуваною технікою для прискорення реакцій в лабораторіях, експериментальних установках і виробничих потужностях. Залежно від розміру судини, геометрії та системи хімічної реакції, один або кілька сонотродів можуть бути інтегровані в пакетний реактор. Ультразвук також часто використовується для поліпшення постійно перемішуваних реакторів (CSTR).

Ультразвукові напівсерійні реактори: Звичайно, ультразвуком можна також інтегрувати в напівсерійні реактори. Для напівсерійних систем один хімічний реагант завантажується в реактор, в той час як друга хімічна речовина додається з безперервною швидкістю потоку (наприклад, при повільному подачі, щоб запобігти побічним реакціям), об'єднання в ультразвуковій гарячій точці. Крім того, продукт хімічної реакції, який є результатом реакції в реакторі, постійно видаляється, наприклад, синтезовані осади або кристали, або проміжний кінцевий продукт, який може бути видалений через фазове відділення.

Ультразвуково-збуджений хімічний проточний реактор

У проточному реакторі, також відомому як проточна клітина або вбудований реактор, реагенти подаються через один або кілька портів подачі в реакційну камеру, де відбувається хімічна реакція. Після певного часу утримання, необхідного для конкретної реакції, середовище безперервно вивантажується з реактора. Ультразвукові проточні елементи і вбудовані реактори дозволяють безперебійно виробництво продукту, який залежить тільки від безперервної подачі реагентів.

На малюнку показано ультраакулятор UIP1000hdT з пакетним реактором (ліворуч) і з реактором проточних елементів для вбудованої обробки (праворуч).

Високопродуктивні хімічні соно-реактори

Hielscher Ультразвук є вашим надійним виробником для соно-хімічних реакторів і високопродуктивного ультразвукового обладнання, яке може надійно поліпшити вашу хімічну реакцію. Асортимент продукції Hielscher Ultrasonics включає в себе різні типи та класи лабораторних та промислових великомасштабних сонореакторів для пакетного та проточного режиму. З Hielscher високопродуктивних зонд типу ультразвук, кілька досягнень – такі як покращена швидкість реакції, більш повне перетворення, більш висока врожайність, точний контроль реакції та відмінна загальна ефективність. – надійно досягаються в пакетних і проточних реакторах. Призначені для високопродуктивних і надійних, ультразвукові апарати Hielscher і соно-реактори можуть бути встановлені для використання з суворими хімічними речовинами, в складних умовах і важких додатках.
Ультразвукові реактори Hielscher розроблені з фокусом рівномірного ультразвукового опромінення середовища, щоб поле акустичного тиску можна було рівномірно розширювати. Виконання цієї вимоги підвищує загальну ефективність сонохімічної реакції, оскільки ультразвук досягає найвищої інтенсифікації процесу.

Схематичне уявлення про явища, що відбуваються в сонохімічному реакторі.
Фото і дослідження: ©Далем та ін., 1999.

Асортимент продукції охоплює компактні лабораторні ультразвукові апарати для R&D, потужні лавкові та пілотні ультразвукові системи, а також повністю промислове обладнання для великого обсягу виробництва. Це дозволяє проводити безризику техніко-економічне обґрунтування в малих масштабах і подальше повністю лінійне масштабування до більших обсягів.

Точний контроль ультразвукової обробки

Цифровий кольоровий дисплей і розумне програмне забезпечення з дистанційним управлінням браузером і автоматичним протоколюванням даних на інтегрованій SD-карті дозволяють проводити складні налаштування і моніторинг ультразвукових параметрів в сонохімічному реакторі.
Краса сонохімічних реакцій - це ефективність, яка може бути надійно досягнута за допомогою оптимізації процесу. Оптимальна ультразвукова амплітуда, введення потужності ультразвуку, температура і тиск можуть бути визначені для кожної конкретної реакції. Це дозволяє знайти ідеальні параметри ультразвукової обробки, щоб були досягнуті оптимальні результати і ефективність реакції.

контроль температури

Всі наші цифрові ультраакукатори оснащені підключеним датчиком температури для безперервного моніторингу температури, який можна вставити в рідину для постійного вимірювання об'ємної температури. Складне програмне забезпечення дозволяє встановлювати температурний діапазон. Коли перевищено межу температури, ультраакукатор автоматично призупиняється, поки температура в рідині не знизиться до певної заданої точки і знову почне автоматично ультразвуком. Всі вимірювання температури, а також інші важливі ультразвукові дані процесу автоматично записуються на вбудовану SD-карту і можуть бути легко переглянуті для управління процесом.
Сонохімічні реактори від Hielscher доступні з охолоджувальними куртками. Крім того, теплообмінники і чиллерні агрегати можуть бути підключені для забезпечення потрібної температури процесу.

Легкодоступні компоненти для збору ідеального хімічного реактора

Великий портфель легкодоступних ультразвукових пристроїв, зондів (сонотродів), рогів прискорювачів, пакетних реакторів та проточних елементів, а також численних додаткових аксесуарів дозволяють налаштувати ідеальний ультразвуково-хімічний реактор (соно-реактор) для вашого конкретного процесу.
Все обладнання вже оптимізовано для рівномірного розподілу акустичної кавітації та стабільних моделей потоку, які є найважливішими конструктивними аспектами для отримання однорідних, надійних результатів у ультразвуково збудженому хімічному реакторі.
Небажаного окислення можна уникнути, очистивши реактор інертним газом, наприклад, азотною ковдрою.

Індивідуальні рішення для вашого хімічного реактора

Хоча Hielscher пропонує різні пакетні та вбудовані рішення реактора в різних розмірах та геометрії, виготовлені з нержавіючої сталі або скла, ми раді виготовити ваше спеціальне хімічне рішення реактора з урахуванням аналізу та дизайну основ ваших конкретних вимог процесу. Маючи давній досвід роботи з командою інженерів та технічних розробників, ми розробляємо ваш хімічний реактор, що відповідає вашим вимогам. Наприклад, розмір, матеріал, геометрія, порти подачі та розрядки, кількість ультразвукових зондів тощо можуть бути розроблені для того, щоб зробити ідеальний ультразвуковий хімічний реактор для вашого хімічного процесу.

У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв: