Ultrasonic intensification in near adiabatic reactors

Abstract

Goal for this thesis is to confirm occurrence of an oxidation reaction ignition by ultrasound in near adiabatic reaction. Sonocavitation as a phenomenon is known but only a few studies have been conducted on oxidation reaction intensification with ultrasound. In cavitation gas bubbles in bulk liquid grow in cycles, according to phase of ultrasound, and eventually collapse. High amounts of energy are released during bubble collapse.

Before making experimental plan, estimations on possibly suitable reaction conditions and parameters were made. Simultaneously estimations on possible reaction outcome were calculated. These estimations were used for making experimental plan. Estimated result can be compared with measured results from the experiments.

For the experiments, oxidation reactions for various alcohols in enclosed reactors were studied. Batch experiments were conducted with different liquids and liquid volumes. From the results gotten some conclusions could be obtained concerning occurring physical phenomena. Based on results and conclusions additional experiments are suggested. Also, future applications for this intensification concept are considered based on the results.

Tämän diplomityön tarkoituksena on vahvistaa ilmiö, jossa hapettumisreaktio käynnistyy pelkän ultraäänen avulla adiabaattisessa reaktorissa. Akustista kavitaatiota on ilmiönä tutkittu, mutta sen hyödyntämisestä hapettumisreaktion intensifioinnissa on tehty vain muutama tutkimus. Kavitaatiossa nesteessä olevat kaasukuplat kasvavat syklisesti ultraäänen vaiheen mukaisesti, kunnes kuplat lopulta romahtavat. Kuplan romahduksessa vapautuu paljon energiaa.

Ennen koesuunnitelman tekemistä arvioitiin mahdollisesti sopivia koeolosuhteita ja muutettavien parametrien arvoja. Samalla arvioitiin laskennallisesti mahdollisen reaktion tuloksia. Koesuunnitelma tehtiin näiden estimaattien pohjalta. Arvioituja tuloksia voidaan verrata todellisiin, mitattuihin tuloksiin.

Erilaisten alkoholien hapettumisreaktioita suljetuissa reaktoreissa tutkittiin. Näiden perusteella suunniteltiin ja rakennettiin polttoreaktori kokeita varten. Panoskokeet tehtiin käyttäen eri nesteitä sekä eri nesteen määriä. Saatujen mittaustulosten perusteella voitiin tehdä päätelmiä liittyen tapahtuviin fysikaalisiin reaktioihin. Tulosten perusteella suositellaan jatkotutkimusta aiheesta ja esitellään mahdollisia intensifiointikonseptin sovelluskohteita.