Siêu âm được biết đến để tăng cường và / hoặc bắt đầu các phản ứng hóa học. Do đó, việc tích hợp siêu âm hiệu suất cao được coi là công cụ đáng tin cậy để thúc đẩy các lò phản ứng hóa học để cải thiện kết quả phản ứng. Siêu âm Hielscher cung cấp các giải pháp lò phản ứng khác nhau để tinh chỉnh quy trình hóa học của bạn. Tìm hiểu làm thế nào siêu âm có thể cải thiện lò phản ứng hóa học của bạn!

Siêu âm điện cải thiện lò phản ứng hóa học như thế nào?

Việc tích hợp một hoặc nhiều đầu dò siêu âm (sonotrodes) cho phép ghép sóng siêu âm mạnh mẽ vào lò phản ứng hóa học. Siêu âm cường độ cao của chất lỏng và bùn không chỉ tạo ra nhiễu loạn mạnh do rung động âm thanh mà còn được biết đến với nhiều hiệu ứng, được định nghĩa theo thuật ngữ "sonochemistry".

Sonochemistry là gì? Làm thế nào để thúc đẩy phản ứng?

Siêu âm cường độ cao / siêu âm công suất cao được áp dụng cho các hệ thống hóa học để bắt đầu và / hoặc thúc đẩy phản ứng, cải thiện tỷ lệ chuyển đổi và năng suất hoặc chuyển đổi con đường phản ứng. Hiện tượng vật lý chịu trách nhiệm cho các hiệu ứng sonochemical là cavitation âm thanh. Khi sóng siêu âm cường độ cao được kết hợp thành môi trường lỏng, sóng đi qua chất lỏng tạo ra các chu kỳ áp suất thấp xen kẽ (rarefaction) và áp suất cao (nén). Trong áp suất thấp / hiếm, bong bóng chân không phút phát sinh trong chất lỏng, phát triển qua nhiều chu kỳ áp suất cho đến khi bong bóng chân không đạt đến điểm mà nó không thể hấp thụ thêm bất kỳ năng lượng nào. Tại thời điểm tăng trưởng bong bóng tối đa, bong bóng nổ tung dữ dội trong một chu kỳ áp suất cao. Trong sự sụp đổ bong bóng nổ, hiện tượng sâu răng có thể được quan sát thấy. Cavitation siêu âm tạo ra cái gọi là "điểm nóng", được đặc trưng bởi các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ lên tới ∼ 5000 K với tốc độ sưởi ấm / làm mát rất cao > 1000 K s^-1, áp suất lên đến ∼1000 bar cũng như chênh lệch nhiệt độ và áp suất tương ứng. Chất lỏng hoặc bùn được kích động mạnh bởi các tia chất lỏng và lực cắt.

Các hiệu ứng hóa học (ví dụ: sự hình thành các loài gốc, uốn cong các phân tử, v.v.) và các tác động vật lý / vật lý cơ học của hóa học được áp dụng thành công cho nhiều phản ứng hóa học như xúc tác hữu cơ, phản ứng organocatalytic, Phản ứng chuyển pha, tổng hợp hạt nano, lượng mưa / kết tinh, phản ứng sol-gel, Khớp nối Suzuki, Phản ứng Diels-Alder, Phản ứng mannich, Bổ sung Michael, khớp nối kiểu Wurtz và nhiều loại khác. Các phản ứng được thúc đẩy bằng sonochemical thường cho thấy tỷ lệ chuyển đổi tăng đáng kể, năng suất cao hơn, phản ứng nhanh, phản ứng hoàn chỉnh hơn, có thể được sử dụng với dung môi nhẹ hơn trong điều kiện môi trường xung quanh, tạo ra các sản phẩm phụ ít không mong muốn hơn và góp phần do hiệu quả cao của nó đối với hóa học xanh.

Lò phản ứng lô hóa chất điều khiển bằng siêu âm

Việc tích hợp các máy siêu âm vào các lò phản ứng hàng loạt mở hoặc khép kín là một kỹ thuật thường được áp dụng để tăng tốc độ phản ứng trong các phòng thí nghiệm, nhà máy thí điểm và cơ sở sản xuất. Tùy thuộc vào kích thước tàu, hình học và hệ thống phản ứng hóa học, một hoặc nhiều sonotrodes có thể được tích hợp vào lò phản ứng hàng loạt. Siêu âm cũng thường được sử dụng để cải thiện các lò phản ứng khuấy liên tục (CSTR).

Lò phản ứng bán lô siêu âm: Tất nhiên, sonication cũng có thể được tích hợp vào các lò phản ứng bán hàng loạt. Đối với các hệ thống bán lô, một chất phản ứng hóa học được nạp vào lò phản ứng, trong khi hóa chất thứ hai được thêm vào với tốc độ dòng chảy liên tục (ví dụ, ở dạng cấp dữ liệu chậm để ngăn chặn các phản ứng phụ) được kết hợp trong điểm nóng siêu âm. Ngoài ra, một sản phẩm của một phản ứng hóa học, kết quả từ phản ứng trong lò phản ứng liên tục được loại bỏ, ví dụ, kết tủa tổng hợp hoặc tinh thể, hoặc một trung gian của sản phẩm cuối có thể được loại bỏ do tách pha.

Lò phản ứng hóa học siêu âm

Trong một lò phản ứng chảy qua, còn được gọi là tế bào dòng chảy hoặc lò phản ứng nội tuyến, các chất phản ứng được đưa qua một hoặc nhiều cổng cho ăn vào buồng phản ứng, nơi phản ứng hóa học xảy ra. Sau một thời gian duy trì nhất định cần thiết cho một phản ứng cụ thể xảy ra, môi trường liên tục được xả ra khỏi lò phản ứng he. Các tế bào dòng siêu âm và lò phản ứng nội tuyến cho phép sản xuất sản phẩm không bị gián đoạn, chỉ phụ thuộc vào việc cung cấp thuốc thử liên tục.

Hình ảnh cho thấy ultrasonicator UIP1000hdT với lò phản ứng hàng loạt (trái) và với lò phản ứng tế bào dòng chảy để xử lý nội tuyến (phải).

Lò phản ứng sono hóa học hiệu suất cao

Hielscher Siêu âm là nhà sản xuất đáng tin cậy của bạn cho các lò phản ứng hóa học sono và thiết bị siêu âm hiệu suất cao có thể cải thiện đáng tin cậy phản ứng hóa học của bạn. Hielscher Siêu âm phạm vi sản phẩm bao gồm các loại và lớp khác nhau của phòng thí nghiệm và công nghiệp quy mô lớn sonoreactors cho hàng loạt và chế độ dòng chảy thông qua. Với siêu âm loại đầu dò hiệu suất cao Hielscher, nhiều tiến bộ – chẳng hạn như tốc độ phản ứng được cải thiện, chuyển đổi hoàn chỉnh hơn, năng suất cao hơn, kiểm soát phản ứng chính xác và hiệu quả tổng thể tuyệt vời – được thực hiện đáng tin cậy trong các lò phản ứng hàng loạt và chảy qua. Được thiết kế cho hiệu suất cao và mạnh mẽ, máy siêu âm Hielscher và lò phản ứng sono có thể được lắp đặt để sử dụng với các hóa chất khắc nghiệt, trong môi trường đòi hỏi khắt khe và các ứng dụng nặng.
Lò phản ứng siêu âm Hielscher được thiết kế với trọng tâm là chiếu xạ siêu âm thống nhất của môi trường để trường áp suất âm thanh có thể mở rộng đồng đều. Đáp ứng yêu cầu này cải thiện hiệu quả tổng thể của phản ứng sonochemical vì siêu âm đạt được quá trình tăng cường cao nhất.

Quan điểm sơ đồ về các hiện tượng diễn ra trong một lò phản ứng sonochemical.
Hình ảnh và nghiên cứu: ©Dahlem et al., 1999.

Phạm vi sản phẩm bao gồm các máy siêu âm phòng thí nghiệm nhỏ gọn cho R&D, hệ thống siêu âm băng ghế dự bị và thí điểm mạnh mẽ cũng như thiết bị cấp công nghiệp hoàn toàn để sản xuất khối lượng lớn. Điều này cho phép thử nghiệm tính khả thi không rủi ro ở quy mô nhỏ và mở rộng quy mô hoàn toàn tuyến tính tiếp theo với khối lượng lớn hơn.

Điều khiển sonication chính xác

Màn hình màu kỹ thuật số và phần mềm thông minh với điều khiển trình duyệt từ xa và giao thức dữ liệu tự động trên thẻ SD tích hợp cho phép thiết lập và giám sát tinh vi các thông số siêu âm trong lò phản ứng hóa học sono.
Vẻ đẹp của các phản ứng được thúc đẩy bằng sonochemical là hiệu quả có thể đạt được một cách đáng tin cậy thông qua tối ưu hóa quy trình. Biên độ siêu âm tối ưu, đầu vào công suất siêu âm, nhiệt độ và áp suất có thể được xác định cho từng phản ứng cụ thể. Điều này cho phép tìm các thông số sonication lý tưởng để đạt được kết quả phản ứng tối ưu và hiệu quả.

kiểm soát nhiệt độ

Tất cả các máy siêu âm kỹ thuật số của chúng tôi được trang bị cảm biến nhiệt độ có thể cắm để theo dõi nhiệt độ liên tục, có thể được đưa vào chất lỏng để đo nhiệt độ số lượng lớn liên tục. Phần mềm tinh vi cho phép thiết lập phạm vi nhiệt độ. Khi vượt quá giới hạn nhiệt độ, bộ siêu âm sẽ tự động tạm dừng cho đến khi nhiệt độ trong chất lỏng đã giảm xuống một điểm nhất định và bắt đầu tự động sonicating trở lại. Tất cả các phép đo nhiệt độ cũng như dữ liệu quy trình siêu âm quan trọng khác được tự động ghi lại trên thẻ SD tích hợp và có thể được sửa đổi dễ dàng để kiểm soát quy trình.
Lò phản ứng sonochemical từ Hielscher có sẵn với áo khoác làm mát. Ngoài ra, bộ trao đổi nhiệt và các đơn vị làm lạnh có thể được kết nối để đảm bảo nhiệt độ quá trình mong muốn.

Các thành phần có sẵn để lắp ráp lò phản ứng hóa học lý tưởng

Danh mục đầu tư lớn của các thiết bị siêu âm có sẵn, đầu dò (sonotrodes), sừng tăng cường, lò phản ứng hàng loạt và tế bào dòng chảy cũng như nhiều phụ kiện bổ sung cho phép cấu hình lò phản ứng siêu âm-hóa học lý tưởng (lò phản ứng sono) cho quá trình cụ thể của bạn.
Tất cả các thiết bị đã được tối ưu hóa để phân phối thống nhất cavitation âm thanh và mô hình dòng chảy ổn định, đó là các khía cạnh thiết kế quan trọng nhất để có được kết quả đồng nhất, đáng tin cậy trong một lò phản ứng hóa học siêu âm khuấy động.
Quá trình oxy hóa không mong muốn có thể tránh được bằng cách thanh lọc lò phản ứng bằng khí trơ, ví dụ như chăn nitơ.

Giải pháp tùy chỉnh cho lò phản ứng hóa học của bạn

Trong khi Hielscher cung cấp các giải pháp lò phản ứng hàng loạt và nội tuyến khác nhau với nhiều kích cỡ và hình học khác nhau, được làm từ thép không gỉ hoặc thủy tinh, chúng tôi rất vui khi sản xuất bình lò phản ứng hóa học đặc biệt của bạn xem xét phân tích và thiết kế các nguyên tắc cơ bản của các yêu cầu quy trình cụ thể của bạn. Với một đội ngũ kỹ sư và nhà phát triển kỹ thuật giàu kinh nghiệm lâu năm, chúng tôi thiết kế lò phản ứng hóa học của bạn đáp ứng nhu cầu của bạn. Ví dụ, kích thước, vật liệu, hình học, cổng cho ăn và xả, số lượng đầu dò siêu âm, v.v. có thể được thiết kế để tạo ra lò phản ứng hóa học được siêu âm lý tưởng cho quá trình hóa học của bạn.

Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm: