Ultratovush yordamida jadallashtirilgan qoʻzgʻalmas qatlamli reaktorlar
Ultratovush bilan ishlov berish asosan zich joylashtirilgan katalizator qatlami atrofida va uning ichida massa almashinuvini jadallashtirish orqali qoʻzgʻalmas qatlamli reaktorlardagi katalitik reaksiyalarni yaxshilashi mumkin. Bundan tashqari, ultratovush bilan ishlov berish katalizator yuzasidan passivlanish va ifloslanish qatlamlarini olib tashlaydi va shu orqali katalizatorni uzluksiz regeneratsiya qiladi.
Ultratovush bilan ishlov berish qoʻzgʻalmas qatlamdagi katalizni qanday yaxshilaydi
Qoʻzgʻalmas qatlamli reaktorda katalizator zarralari harakatsiz qoladi, suyuq, gazsimon yoki koʻp fazali reagentlar esa qatlam orqali oqib oʻtadi. Reaksiyaning samaradorligi koʻpincha tashqi massa almashinuvi, gʻovaklardagi diffuziya, kanallar hosil boʻlishi, ifloslanish va issiqlik almashinuvi gradientlari bilan cheklanadi. Ultratovush akustik kavitatsiya, mikrooqimlar, siljish kuchlari va bosim tebranishlarini hosil qilish orqali ushbu cheklovlarning bir nechtasini kamaytirishi mumkin.
UIP2000hdT ultratovush qurilmasi qoʻzgʻalmas qatlamli reaktorga integratsiya qilingan
Ultratovush yordamida jadallashtirilgan qoʻzgʻalmas qatlamdagi reaksiyalarning asosiy taʼsirlari
- Tashqi massa almashinuvining yaxshilanishi: Ultratovushli mikrooqimlar katalizator zarralari atrofidagi turgʻun chegara qatlamini yupqalashtirib, reagentlarning faol markazlarga samaraliroq yetib borishiga imkon beradi.
- Gʻovaklarga kirish imkoniyatining yaxshilanishi: Kavitatsiya tufayli yuzaga keladigan bosim tebranishlari va suyuqlik harakati reagentlarning katalizator gʻovaklariga kirishini hamda mahsulotlarning gʻovaklardan chiqarilishini yaxshilashi mumkin.
- Ifloslanish va passivlanishning kamayishi: Ultratovush bilan ishlov berish katalizator yuzalaridan choʻkindilar, polimer plyonkalar, koks hosil boʻlishining boshlangʻich moddalari yoki boshqa passivlovchi qatlamlarni olib tashlashga yordam berib, katalitik faollikni uzoqroq saqlashi mumkin.
- Zich joylashtirilgan qatlamlarda kanallar hosil boʻlishining kamayishi: Mikrozich joylashtirilgan qatlamlar boʻyicha tadqiqotlarda ultratovush oqim xususiyatlarini oʻzgartirishi va dispersiyani kamaytirishi koʻrsatilgan, bu esa reaktorning ideal siqib chiqarish oqimi rejimiga yaqinroq ishlashiga yordam beradi.
- Issiqlik almashinuvining yaxshilanishi: Akustik oqim va turbulentlik issiqlikning mahalliy tarqalishini yaxshilab, katalizator qatlamidagi oʻta qizigan nuqtalar yoki sovuq zonalarni kamaytiradi.
- Yuqoriroq konversiya va mahsulot chiqimi: Massa almashinuvini va katalizatorga kirish imkoniyatini yaxshilash orqali ultratovush bilan ishlov berish reaksiya tezligini, konversiyani va mahsulot chiqimini oshirishi mumkin, ayniqsa reaksiya faqat kinetik omillar bilan emas, balki modda koʻchishi bilan cheklangan boʻlsa.
Suyuqlik va qattiq modda oʻrtasidagi kontaktning yaxshilanishi: Ultratovush katalizator zarralarining yaxshiroq hoʻllanishiga yordam beradi, bu ayniqsa suyuqlik tomchilab oqadigan qatlamli, suspenziya bilan taʼminlanadigan yoki suyuq fazali qoʻzgʻalmas qatlam tizimlarida foydalidir.
Ultratovush bilan ishlov berish qoʻzgʻalmas qatlamdagi katalizni qanday yaxshilaydi?
Asosiy mexanizm akustik kavitatsiyadir: ultratovush toʻlqinlari oʻsib, shiddat bilan qulaydigan mikroskopik pufakchalarni hosil qiladi. Ularning qulashi mahalliy siljish, mikrooqim zarbalari, zarba toʻlqinlari va jadal aralashtirishni yuzaga keltiradi. Katalizator yuzalari yaqinida bu taʼsirlar qattiq modda va suyuqlik oʻrtasidagi fazalararo chegarani tozalashi, faollashtirishi va yangilashi mumkin. Sonokataliz boʻyicha sharhlarda bu holat ultratovush va qattiq katalizatorlar oʻrtasidagi sinergiya sifatida tavsiflanadi; u issiqlik almashinuvi, massa almashinuvi va katalitik yuzalardagi mahalliy taʼsirlarning yaxshilanishini oʻz ichiga oladi.
Qoʻzgʻalmas qatlamdagi reaksiyaga quyidagilar salbiy taʼsir koʻrsatganda ultratovush bilan ishlov berish eng foydali boʻladi:
- katalizator gʻovaklariga sekin diffuziya,
- katalizator zarralarining yomon hoʻllanishi,
- mahsulotning gʻovaklar ichida toʻplanishi,
- ifloslanish yoki yuzaning passivlanishi,
- massa almashinuvi bilan cheklangan kinetika,
- koʻp fazali oqimning notekis taqsimlanishi,
- zich joylashtirilgan qatlam orqali kanallar hosil boʻlishi.
Qoʻzgʻalmas qatlam katalizatorlari
Qoʻzgʻalmas qatlamlar (baʼzan zich joylashtirilgan qatlam deb ham ataladi) odatda katalizator pelletlari bilan toʻldiriladi; ular koʻpincha diametri 1–5mm boʻlgan granulalardir. Ularni reaktorga yagona qatlam shaklida, alohida qobiqlarda yoki quvurlarda joylashtirish mumkin. Katalizatorlar asosan nikel, mis, osmiy, platina va rodiy kabi metallarga asoslanadi.
Yuqori quvvatli ultratovushning geterogen kimyoviy reaksiyalarga taʼsiri yaxshi maʼlum va sanoatdagi katalitik jarayonlarda keng qoʻllaniladi. Qoʻzgʻalmas qatlamli reaktordagi katalitik reaksiyalar ham ultratovush bilan ishlov berishdan foyda koʻradi. Qoʻzgʻalmas qatlam katalizatorini ultratovush bilan nurlantirish yuqori reaksion faollikka ega yuzalarni hosil qiladi, suyuq faza (reagentlar) va katalizator oʻrtasidagi massa koʻchishini oshiradi hamda yuzadan passivlovchi qoplamalarni (masalan, oksid qatlamlarini) olib tashlaydi.
Ishlatilgan katalizatorlarni qayta faollashtirish va qayta ishlash uchun oqim hujayrasi bilan jihozlangan UIP1500hdT ultratovush qurilmasi
- Samaradorlikning yaxshilanishi
- Reaksion faollikning oshishi
- Konversiya tezligining oshishi
- Yuqoriroq mahsulot chiqimi
- Katalizatorni qayta ishlash
Katalitik reaksiyalarni ultratovush yordamida jadallashtirish
Ultratovush yordamida aralashtirish va chayqatish reagent hamda katalizator zarralari oʻrtasidagi kontaktni yaxshilaydi, yuqori reaksion faollikka ega yuzalarni hosil qiladi va kimyoviy reaksiyani boshlaydi va/yoki kuchaytiradi.
Katalizatorni ultratovush yordamida tayyorlash kristallanish xususiyatlarida, dispersiyalash / deaglomeratsiyada va yuza xossalarida oʻzgarishlarga olib kelishi mumkin. Bundan tashqari, passivlovchi yuza qatlamlarini olib tashlash, yaxshiroq dispersiyalash va massa almashinuvini oshirish orqali oldindan shakllantirilgan katalizatorlarning xususiyatlariga taʼsir koʻrsatish mumkin.
Ultratovush yordamida yaxshilangan reaksiyalarga misollar
- Gidrogenlash reaksiyalari uchun Ni katalizatoriga ultratovush bilan dastlabki ishlov berish
- Vino kislotasi bilan ultratovushda ishlov berilgan Raney Ni katalizatori juda yuqori enantioselektivlikni taʼminlaydi
- Ultratovush yordamida sintez qilingan Fischer-Tropsch katalizatorlari
- Reaksion faollikni oshirish uchun sonokimyoviy ishlov berilgan amorf kukun katalizatorlar
- Amorf metall kukunlarining sonosintezi
Katalizatorni ultratovush yordamida tiklash
Qoʻzgʻalmas qatlamli reaktorlardagi qattiq katalizatorlar odatda sharsimon donachalar, pelletlar, ekstrudatlar yoki silindrsimon zarralar shaklida qoʻllaniladi. Kimyoviy reaksiyalar davomida katalizator yuzasi ifloslanish qatlami tufayli passivlanishi mumkin, natijada vaqt oʻtishi bilan katalitik faollik va/yoki selektivlik asta-sekin kamayadi.
Katalizatorning faolsizlanish muddati sezilarli darajada farq qiladi. Masalan, kreking katalizatori bir necha soniya ichida faolsizlanishi mumkin, ammiak sintezida ishlatiladigan temir katalizatori esa 5–10 yil davomida faol qolishi mumkin. Shunga qaramay, katalizatorning faolsizlanishi deyarli barcha katalitik jarayonlarda kuzatiladi. Faolsizlanishning turli mexanizmlari – jumladan, kimyoviy, mexanik va termik yemirilish – yuz berishi mumkin boʻlsa-da, ifloslanish katalizatorning yaroqsizlanishiga eng koʻp sabab boʻladigan omillardan biridir.
Ifloslanish suyuq yoki gazsimon fazadagi moddalarning katalizator yuzasiga va uning gʻovaklari ichiga fizik tarzda choʻkishini anglatadi. Bu choʻkindilar reaksion markazlarni toʻsib qoʻyadi, gʻovaklarga kirish imkoniyatini cheklaydi hamda reagentlar va katalizatorning faol yuzasi oʻrtasidagi kontaktni kamaytiradi. Katalizatorning koks yoki uglerodli choʻkindilar bilan ifloslanishi koʻpincha tez kechadigan jarayondir; biroq koʻp hollarda uni ultratovush yordamida regeneratsiya qilish orqali qisman yoki toʻliq qaytarish mumkin.
Ultratovushli kavitatsiya katalizator yuzalaridan passivlovchi ifloslanish qatlamlarini olib tashlashning samarali usulidir. Ultratovush bilan ishlov berish davomida yuqori intensivlikdagi ultratovush suyuq muhitda kavitatsiya pufakchalarini hosil qiladi. Ularning qulashi mahalliy siljish kuchlari, mikrooqim zarbalari, zarba toʻlqinlari va jadal mikroaralashtirishni yuzaga keltiradi. Bu taʼsirlar katalizator yuzasidan ifloslanish qoldiqlarini ajratishga, toʻsilgan gʻovaklarni qayta ochishga va faol markazlarga kirish imkoniyatini tiklashga yordam beradi.
Katalizatorni ultratovush yordamida tiklash odatda katalizator zarralarini deionlangan suv yoki mos erituvchi kabi suyuqlikda dispersiyalash va suspenziyaga nazorat qilinadigan ultratovush bilan ishlov berish orqali amalga oshiriladi. Bu jarayon turli katalizator materiallaridan, jumladan, platina/kremniy dioksidi tolali katalizatorlar, nikel katalizatorlari va tashuvchiga joylashtirilgan boshqa metall katalizatorlardan ifloslanish qoldiqlarini olib tashlashi mumkin. Natijada, ultratovush bilan ishlov berish katalizatorni regeneratsiya qilishga, uning xizmat muddatini uzaytirishga va jarayonning barqarorligini yaxshilashga hissa qoʻshishi mumkin.
Kimyoviy reaktorlarga integratsiya qilish uchun ultratovush qurilmalari
Hielscher Ultrasonics yuqori quvvatli ultratovushni qoʻzgʻalmas qatlamli reaktorlarga integratsiya qilish uchun turli ultratovush protsessorlari va ularning variantlarini taklif etadi. Qoʻzgʻalmas qatlamli reaktorlarga oʻrnatish uchun turli ultratovush tizimlari mavjud. Murakkabroq reaktor turlari uchun biz individual talablar asosida moslashtirilgan ultratovushli yechimlarni taklif etamiz.
Ultratovush bilan ishlov berish turli konstruksiyadagi reaktorlarda kimyoviy reaksiyalarni qanday yaxshilashini bilib oling!
Ultratovush bilan ishlov berishning kimyoviy reaksiyangizga taʼsirini sinash uchun Teltow shahridagi ultratovushli jarayonlar laboratoriyamiz va texnik markazimizga tashrif buyurishingiz mumkin!
Bugunoq biz bilan bogʻlaning! Kimyoviy jarayoningizni ultratovush yordamida jadallashtirishni siz bilan muhokama qilishdan mamnun boʻlamiz!
Quyidagi jadval Hielscher ultratovush qurilmalarining taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi:
Ultratovushli oqim tizimi
- Gidrogenlash
- Alcylation
- Sianlash
- Oddiy efir hosil qilish
- Murakkab efir hosil qilish
- Polimerlanish
- Allillash
- Bromlash
(masalan, Ziegler-Natta katalizatorlari, metallotsenlar)
Adabiyotlar / Manbalar
- 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.
- Yasuo Tanaka (2002): A dual purpose packed-bed reactor for biogas scrubbing and methane-dependent water quality improvement applying to a wastewater treatment system consisting of UASB reactor and trickling filter. Bioresource Technology, Volume 84, Issue 1, 2002. 21-28.
- Argyle, M.D.; Bartholomew, C.H. (2015): Heterogeneous Catalyst Deactivation and Regeneration: A Review. Catalysts 2015, 5, 145-269.
- Oza, R.; Patel, S. (2012): Recovery of Nickel from Spent Ni/Al2O3 Catalysts using Acid Leaching, Chelation and Ultrasonication. Research Journal of Recent Sciences Vol. 1; 2012. 434-443.
- Sana, S.; Rajanna, K.Ch.; Reddy, K.R.; Bhooshan, M.; Venkateswarlu, M.; Kumar, M.S.; Uppalaiah, K. (2012): Ultrasonically Assisted Regioselective Nitration of Aromatic Compounds in Presence of Certain Group V and VI Metal Salts. Green and Sustainable Chemistry, 2012, 2, 97-111.
- Suslick, K. S.; Skrabalak, S. E. (2008): «Sonocatalysis» In: Handbook of Heterogeneous Catalysis, vol. 4; Ertl, G.; Knözinger, H.; Schüth, F.; Weitkamp, J., (Eds.). Wiley-VCH: Weinheim, 2008. 2006-2017.
Bilishga arziydigan maʼlumotlar
Ultratovushli kavitatsiya nima?
Ultratovushli kavitatsiya yuqori intensivlikdagi ultratovush taʼsiriga duchor qilingan suyuqlikda mikroskopik bugʻ yoki gaz pufakchalarining hosil boʻlishi, oʻsishi va shiddat bilan qulashidir. Pufakchalar qulaganda juda qisqa vaqt davomida yuqori harorat, yuqori bosim, zarba toʻlqinlari, mikrooqim zarbalari va kuchli siljish kuchlari kabi ekstremal mahalliy sharoitlar yuzaga kelishi mumkin.
Sonokimyo nima?
Sonokimyo kimyoviy va fizik-kimyoviy jarayonlarni boshlash, tezlashtirish yoki oʻzgartirish uchun ushbu ultratovushli kavitatsiya taʼsirlaridan foydalanishdir. U ayniqsa suyuq fazali tizimlar uchun ahamiyatlidir, chunki kavitatsiya aralashtirish, massa almashinuvi, emulsiyalash, zarralarni dispersiyalash, katalizator yuzasini tozalash va ayrim hollarda radikallar hosil boʻlishini kuchaytiradi. Natijada, sonokimyo geterogen kataliz, oksidlanish, ekstraksiya, polimerlanish, kristallanish va nanomateriallar sintezi kabi reaksiyalarni jadallashtirish uchun qoʻllaniladi.
Geterogen katalitik reaksiya nima?
Kimyoda geterogen kataliz katalizator va reagentlarning fazalari bir-biridan farq qiladigan katalitik reaksiya turini anglatadi. Geterogen kimyo kontekstida faza faqat qattiq, suyuq va gaz holatlarini farqlash uchun ishlatilmaydi, balki oʻzaro aralashmaydigan suyuqliklarni, masalan, moy va suvni ham anglatadi.
Geterogen reaksiya davomida bir yoki bir nechta reagent fazalararo chegarada, masalan, qattiq katalizator yuzasida kimyoviy oʻzgarishga uchraydi.
Reaksiya tezligi reagentlar konsentratsiyasi, zarracha oʻlchami, harorat, katalizator va boshqa omillarga bogʻliq.
Reagent konsentratsiyasi: Umuman olganda, reagent konsentratsiyasining oshishi fazalararo chegaraning kattalashishi va shu tufayli reagent zarralari oʻrtasidagi fazalararo oʻtishning kuchayishi hisobiga reaksiya tezligini oshiradi.
Zarracha oʻlchami: Reagentlardan biri qattiq zarracha boʻlsa, uni tezlik tenglamasida koʻrsatib boʻlmaydi, chunki tezlik tenglamasi faqat konsentratsiyalarni koʻrsatadi, qattiq moddalar esa boshqa fazada boʻlgani uchun konsentratsiyaga ega boʻla olmaydi. Biroq qattiq moddaning zarracha oʻlchami fazalararo oʻtish uchun mavjud yuza maydoni tufayli reaksiya tezligiga taʼsir qiladi.
Reaksiya harorati: Harorat tezlik konstantasi bilan Arrhenius tenglamasi orqali bogʻlangan: k = Ae-Ea/RT
Bu yerda Ea – aktivlanish energiyasi, R – universal gaz doimiysi, T esa Kelvindagi mutlaq haroratdir. A – Arrhenius (chastota) koeffitsiyenti. e-Ea/RT egri chiziq ostidagi energiyasi aktivlanish energiyasi Ea dan katta boʻlgan zarralar sonini bildiradi.
Katalizator: Koʻp hollarda reaksiyalar katalizator bilan tezroq kechadi, chunki ular kamroq aktivlanish energiyasini talab qiladi. Geterogen katalizatorlar reaksiya sodir boʻladigan andoza yuzani taʼminlaydi, gomogen katalizatorlar esa mexanizmning keyingi bosqichida katalizatorni ajratib chiqaradigan oraliq mahsulotlarni hosil qiladi.
Boshqa omillar: Yorugʻlik kabi boshqa omillar ayrim reaksiyalarga taʼsir qilishi mumkin (fotokimyo).
Katalizator faolsizlanishining qanday turlari mavjud?
- Katalizatorning zaharlanishi moddalarning katalitik markazlarda kuchli kimyoviy adsorbsiyalanishini anglatadi; bu moddalar katalitik reaksiya uchun markazlarni toʻsib qoʻyadi. Zaharlanish qaytar yoki qaytmas boʻlishi mumkin.
- Ifloslanish katalizatorning mexanik yemirilishini anglatadi; bunda suyuq yoki gazsimon fazadagi moddalar katalitik yuzaga va katalizator gʻovaklariga choʻkadi.
- Termik yemirilish va qovushib birikish katalitik yuza maydoni, tashuvchi maydoni hamda faol faza va tashuvchi oʻrtasidagi reaksiyalarning yoʻqolishiga olib keladi.
- Bugʻ hosil boʻlishi kimyoviy yemirilish shaklini anglatadi; bunda gaz fazasi katalizator fazasi bilan reaksiyaga kirishib, uchuvchan birikmalar hosil qiladi.
- Bugʻ–qattiq modda va qattiq modda–qattiq modda reaksiyalari katalizatorning kimyoviy faolsizlanishiga olib keladi. Bugʻ, tashuvchi yoki promotor katalizator bilan reaksiyaga kirishib, faol boʻlmagan fazani hosil qiladi.
- Katalizator zarralarining yeyilishi yoki maydalanishi mexanik ishqalanish tufayli katalitik materialning yoʻqolishiga olib keladi. Katalizator zarrachasining mexanik taʼsir ostida maydalanishi tufayli katalizatorning ichki yuza maydoni yoʻqoladi.
Ultratovush bilan ishlov berish ishlatilgan katalizatorlarni qanday qayta faollashtirishi mumkinligi haqida koʻproq oʻqing!
Nukleofil almashinish nima?
Nukleofil almashinish organik (va anorganik) kimyodagi reaksiyalarning asosiy sinfidir; unda nukleofil Lewis asosi shaklida (elektron jufti donori sifatida) organik kompleks bilan selektiv bogʻlanadi yoki chiqib ketuvchi guruhni almashtirish uchun atom yoki atomlar guruhining musbat yoxud qisman musbat (+) zaryadiga hujum qiladi. Elektron juftining akseptori boʻlgan musbat yoki qisman musbat atom elektrofil deb ataladi. Elektrofil va chiqib ketuvchi guruhdan tashkil topgan butun molekulyar birlik odatda substrat deb ataladi.
Nukleofil almashinish ikki xil yoʻl orqali kuzatilishi mumkin – SN1 va SN2 reaksiyasi. Reaksiya mexanizmining qaysi shakli – SN1 yoki SN2 – sodir boʻlishi kimyoviy birikmalarning tuzilishi, nukleofil turi va erituvchiga bogʻliq.