Kontinuirano stirred-tank reaktori uznemireni ultrazvukom

Kontinuirano uzburkani tenkovski reaktori (CSTR) se široko primenjuju za različite hemijske reakcije uključujući katalizu, hemiju emulzije, polimerizaciju, sintezu, ekstrakciju i kristalizaciju. Spora reakcija kinetika je čest problem u CSTR-u, koji se lako može prevazići primjenom power-ultrasonication. Intenzivno miješanje, agitacija i sonohemijski efekti energije-ultrazvuka ubrzavaju kinetiku reakcije i značajno poboljšavaju brzinu pretvaranja. Ultrasonikatori se mogu lako integrirati u CSTRS bilo koje volumene.

Zašto nanošenje power-ultrazvuka na kontinuirano uzburkani tank reaktor?

Ultrasonically intensified CSTR: Power-ultrasound prootes chemical reactions by intense agitation.A Continuously Stirred Tank Reactor (CSTR, ili jednostavno uzburkani reaktor tenka (STR)) je u svojim glavnim karakteristikama prilično sličan batch reaktoru. Glavna važna razlika je u tome što, za kontinuirano uzburkani reaktor spremnika (CSTR) podešavanje hrane materijala mora biti obezbjeđeno u kontinuiranom protoku u reaktor i iz njega. Hranjenje reaktora može se postići protokom gravitacije ili prinudnim protokom cirkulacije pomoću pumpe. CSTR se ponekad naziva back-mixed flow reaktor (BMR).
CSTRS se obično koriste kada je potrebna agitacija dvije ili više tekućina. CSTRs se može koristiti kao jedan reaktor ili biti instaliran kao serija konfiguracija za različite toke koncentracije i korake reakcije. Osim upotrebe jednog reaktora tenkova, obično se koristi serijska instalacija raznih tenkova (jedan za drugim) ili kaskadnog podešavanja.
Zašto Ultrasonication? Poznato je da ultrazvučno miješanje i agitacija kao i sonohemijski efekti ultrazvuka snage dobro doprinose efikasnosti hemijskih reakcija. Poboljšano miješanje i smanjenje veličine čestica zbog ultrazvučnih vibracija i kavitacije pružaju značajno ubrzanu kinetiku i poboljšanu stopu konverzije. Sonohemijski efekti mogu isporučiti potrebnu energiju za iniciranje hemijskih reakcija, prebacivanje hemijskih puteva, i davanje viših prinosa zbog potpunije reakcije.

Ultrazvučno-intenzivan CSTR se može koristiti za aplikacije kao što su:

  • Heterogene reakcije tekućine i tekućine
  • Heterogene reakcije čvrste tekućine
  • Homogene reakcije tekuće faze
  • Heterogene plinsko-tekuće reakcije
  • Heterogene plinsko-čvrste-tekuće reakcije

Informativni zahtev




Zabilježi naš Politika privatnosti.


The ultrasonicator UP200St in a stirred vessel for emulsification of reactants

Neprekidno uzburkani reaktor tenka (CSTR) sa ultrasonicator UP200St za procesno intenziviranje

Ultrasonication as High-Speed Synthetic Chemical System

Sintetička hemija velike brzine je tehnika nove reakcije koja se koristi za iniciranje i intenzivirati hemijsku sintezu. U poređenju sa tradicionalnim putovima reakcije, kojima je potrebno nekoliko sati ili dana pod refluksom, ultrazvučno promovisani reaktori sinteze mogu smanjiti trajanje reakcije na nekoliko minuta što rezultira značajnom ubrzanom reakcijom sinteze. Ultrazvučno intenziviranje sinteze se zasniva na radnom principu akustike kavitacije i njenim povezanim silama uključujući lokalno ograničeno supergrijavanje. Saznajte više o ultrazvuku, akustičnoj kavitaciji i sonohemiji u sljedećem odjeljku.

Ultrazvučna kavitacija i njegovi Sonohemijski efekti

Ultrazvučna (ili akustična) kavitacija nastaje kada se ultrazvuk snage uveže u tekućine ili muljnice. Kavitacija je prijelaz iz tekuće faze u parnu fazu, koja nastaje zbog pada pritiska na razinu napetosti pari tekućine.
Ultrazvučna kavitacija stvara vrlo visoke smična sile i tekuće mlaznice sa do 1000m/s. Ovi tečni avioni ubrzavaju čestice i uzrokuju međučestičke sudare čime se smanjuje veličina čestica čvrstih i kapljica. Osim toga – lokaliziran unutar i u bliskoj blizini implodiranja kavitacionog mjehurića – Ekstremno visoki pritisci na red stotina atmosfera i temperature po redosledu hiljada stepeni Kelvina su generisani.
Iako je ultrasonication čisto mehanička metoda obrade, može proizvesti lokalno ograničen ekstremni porast temperature. To je zbog intenzivnih sila generiranih unutar i u blizini urušavajućih kavitacionih mjehurića, gdje se lako može doći do temperatura od nekoliko hiljada stepeni Celzijusovih. U rasutom rastvoru, povećanje temperature koje je rezultat jedne implozije mehurića je gotovo zanemarivo, ali disipacija toplote iz brojnih kavitacionih mjehurića kao što se posmatra u kavitaciji vrućim tačkama (kao što nastaje sonikacijom ultrazvukom velike snage) konačno može izazvati mjerenje povećanja temperature u rasutom rasutom dobu. Prednost ultrasonikacije i sonohemije leži u kontrolisanim temperaturnim efektima tokom obrade: Kontrola temperature rasute otopine može se postići korištenjem spremnika sa rashladnim jaknama kao i pulsnom sonikaciji. Sofisticirani ultrasonikatori Hielscher Ultrasonicsa mogu pauzirati ultrazvuk kada se dostigne gornje ograničenje temperature i nastavi sa ultrasonikacijama čim se postigne niža vrijednost skupnog ∆T. Ovo je posebno važno kada se koriste reaktori osjetljivi na toplinu.

Sonohemija poboljšava kinetiku reakcije

Ultasonically intendified Continuous Stirred Tank Reactors (CSTR) are widely used in flow  chemistry. Ultrasonication improves amss transfer, accelerates slow reaction kinetics and promotes conversion rates and yields.Pošto sonikacija stvara intenzivne vibracije i kavitaciju, zahvaćena je hemijska kinetika. Kinetika hemijskog sistema usko korelira sa širenjem i implozijom kavitacionog mjehurića, pri kojoj značajno utiče na dinamiku kretanja mehurića. Rastvoreni gasovi u otopini hemijske reakcije utiču na karakteristike sonohemske reakcije putem oba, termalnih efekata i hemijskih efekata. Termalni efekti utiču na vršne temperature do kojih se dođe tokom kolapsa mjehurića unutar praznine kavitacije; hemijski efekti modificiraju efekte plinova , koji su direktno ukljuceni u reakciju .
Heterogene i homogene reakcije sa sporom reakcijom kinetike uključujući Suzuki spojne reakcije, padavine, kristalizaciju i hemiju emulzije predodređene su za iniciranje i promociju putem ultrazvuka snage i njegovih sonohemijskih efekata.
Na primjer, za sintezu ferulijne kiseline, sonikacija niske frekvencije (20kHz) pri snazi od 180 W dala je prinos ferulijske kiseline od 94% na 60°C u 3 h. Ovi rezultati Truong et al. (2018) pokazuju da je upotreba niske frekvencije (tip roga i ozračivanje velike snage) značajno poboljšala stopu konverzije dajući prinose veće od 90%.

Informativni zahtev




Zabilježi naš Politika privatnosti.


Continuously Stirred Tank Reactors (CSTR) can be significantly improved by the application of power ultrasound. Ultrasonic agitation and sonochemical effects accelerate slow reaction kinetics and promote chemical conversion rates.

Kontinuirano miješani tank reaktor (CSTR) sa integrisanim ultrasonikatorom UIP2000hdT (2kW, 20kHz) za poboljšanu kinetiku i stope konverzije.

Ultrazvučno intenzivirana emulzija hemija

Heterogene reakcije kao što je hemija emulzije značajno koristi od primjene ultrazvuka moći. Ultrazvučna kavitacija je umanjila i distribuirala kapljice svake faze homogeno jedna unutar druge stvarajući sub-mikron ili nano-emulziju. Budući da kapljice veličine nanoa nude drastično povećanu površinu za interakciju s različitim kapljicama, masovni prijenos i brzina reakcije su značajno poboljšani. Pod sonikacijama, reakcije poznate po svojoj tipično sporoj kinetici pokazuju dramatično poboljšane stope konverzije, veći prinosi, manje ostojnih proizvoda ili otpada i bolju ukupnu efikasnost. Ultrazvučno poboljšana hemija emulzije često se primjenjuje za polimerizaciju emulzija, npr. za proizvodnju polimernih spojova, vodenih adheziva i specijalnih polimera.

10 stvari koje treba da znaš, pre nego što kupiš hemijski reaktor

Kada odaberete hemijski reaktor za hemijski proces postoji mnogo faktora koji utiču na optimalni dizajn hemijskog reaktora. Ako vaš hemijski proces uključuje višefazne, heterogene hemijske reakcije i ima sporu reakciju kinetike, agitacija reaktora i aktivacija procesa su esencijalno uticali na faktore za uspješnu hemijsku konverziju i za ekonomične (operativne) troškove hemijskog reaktora.
Ultrasonication poboljšava kinetiku reakcije tekuće-tekuće i tekuće-čvrste hemijske reakcije u reaktorima hemijske batch i inline reakcijskih posuda značajno. Dakle, integracija ultrazvučnih sondi u hemijskom reaktoru može smanjiti troškove reaktora i poboljšati ukupnu efikasnost i kvalitet konačnog proizvoda.
Vrlo često, hemijskom reaktorskom inženjeringu nedostaje znanje o ultrazvučno asistiranom poboljšanju procesa. Bez dubokog znanja o uticaju ultrazvuka moći, ultrazvučnoj agitaciji, akustičkoj kavitaciji i sonohemijskim učincima na performanse hemijskog reaktora, hemijskoj analizi reaktora i fundamentalima konvencionalnog dizajna mogu proizvesti samo inferiorne rezultate. U nastavku ćete dobiti pregled osnovnih prednosti ultrazvučnika za dizajn hemijskih reaktora i optimizaciju.

Prednosti ultrazvučno intenzivira kontinuirano miješanog tenk reaktora (CSTR)

  • Ultrazvučno poboljšani reaktori za laboratoriju i proizvodnju:
    Laka skalavost: Ultrazvučni procesori su dostupni za laboratorijsku veličinu, pilotsku i veliku proizvodnju
    Razmnožavajuće / ponoveno rezultati zbog precizno kontroliranih ultrazvučnih parametara
    Kapacitet i brzina reakcije: ultrazvučno intenzivirane reakcije su brze i time ekonomičnije (niži troškovi)
  • Sonohemija je primjenjiva za opće kao i posebne namjene
  • – prilagodljivost & svestranost, npr., fleksibilne opcije instalacije i podešavanja i interdisciplinarne upotrebe

  • Ultrasonication se može koristiti u eksplozivnim okruženjima
    – pročišćavanje (npr. deka dušika)
    – nema otvorene površine
  • Jednostavno čišćenje: samočišćenje (CIP – clean-in-place)
  • Izaberite svoje preferenske materijale gradnje
    – staklo, od nerdjajuceg celika, titanijum
    – no rotary seals
    – širok izbor tuljki
  • Ultrasonikatori se mogu koristiti u širokom rasponu temperatura
  • Ultrasonikatori se mogu koristiti na širokom rasponu pritisaka
  • Sinergistički učinak sa drugim tehnologijama, npr. elektrohemija (sono-elektrohemija), kataliza (sono-kataliza), kristalizacija (sono-kristalizacija) itd.
  • Sonication je idealan za poboljšanje bioreaktora, npr. fermentacije.
  • Otapanje / Otapanje: U procesima otapanja, čestice prolaze iz jedne faze u drugu, npr. kada se čvrste čestice rastvore u tekućini. Nađeno je da stepen agitacije utiče na brzinu procesa. Mnogi mali kristali se mnogo brže rastvaraju pod ultrazvučnom kavitacijom od jednog u konvencionalno uzburkanim baz reaktorima. Ovdje, također, razlog za različite brzine leži u različitim brzinama prijenosa mase na površinama čestica. Na primjer, ultrasonication se uspješno primjenjuje za stvaranje supersasićenih rješenja, npr. u procesima kristalizacije (sono-kristalizacija).
  • Ultrazvučno promovisana hemijska ekstrakcija:
    – Tečnost-čvrsta, npr. botanička ekstrakcija, hemijska ekstrakcija
    – Tečnost-tečnost: Kada se ultrazvuk nanese na tečni-tečni ekstrakcioni sistem, stvara se emulzija jedne od faza u drugoj. Ova formacija emulzije dovodi do povećanih međufacijala između dvije nepomešne faze što rezultira pojačanim fluksom prijenosa mase između faza.

Kako sonication improve chemical reactions in Stirred Tank Reactors?

  • Veća površina kontakta: U reakcijama između reaktanata u heterogenim fazama, samo čestice koje se međusobno sudaraju na sučelju mogu reagirati. Što je sučelje veće, može doći do više sudara. Kako se tekući ili čvrsti dio tvari razbija na manje kapljice ili čvrste čestice suspendovane u kontinuiranoj fazni tekućini, površina ove supstance se povećava. Nadalje, kao rezultat smanjenja veličine, broj čestica se povećava i stoga se prosječna udaljenost između ovih čestica snizuje. To poboljšava izloženost kontinuirane faze raspršenoj fazi. Stoga se stopa reakcije povećava sa stepenom fragmentacije faze raspršivanja. Mnoge hemijske reakcije u disperzijama ili emulzijama pokazuju drastična poboljšanja brzine reakcije kao rezultat smanjenja veličine ultrazvučnih čestica.
  • Kataliz (Activation Energy): Katalisti su od velike važnosti u mnogim hemijskim reakcijama, u razvoju laboratorija i u industrijskoj proizvodnji. Često su kataliznici u čvrstoj ili tekućoj fazi i nepomiceni sa jednim reaktantom ili svim reaktantima. Dakle, češće nego ne, kataliz je heterogena hemijska reakcija. U proizvodnji najvažnijih osnovnih hemikalija kao što su sumporna kiselina, amonijak, dušikova kiselina, eten i metanol, katalizisti igraju važnu ulogu. Velika područja ekološke tehnologije temelje se na katalitièkim procesima. Sudar čestica dovodi do hemijske reakcije, dakle pregrupisanja atoma, samo ako se čestice sudare sa dovoljno kinetičke energije. Ultrasonikacija je visoko efikasno sredstvo za povećanje kinetike u hemijskim reaktorima. U heterogenom procesu kataliziranja, dodavanje ultrazvučnika u dizajn hemijskog reaktora može sniziti zahtjev za katalizatorom. To može rezultirati korištenjem manje katalizatora ili inferiornog, manje plemenitog katalizatora.
  • Višu frekvenciju kontakta / Poboljšani prijenos mase: Ultrazvučno miješanje i agitacija je vrlo učtiva metoda za generiranje minutnih kapljica i čestica (dakle, sub-mikrona i nano-čestica), koje nude višu aktivnu površinu za reakcije. Pod dodatnom intenzivnom uznemirenošću i mikro-kretanjem uzrokovanim power-ultrazvukom, frekvencija međučestičnog kontakta je drastično povećana što rezultira značajno poboljšanom brzinom pretvaranja.
  • Komprimiranu plazmu: Za mnoge reakcije, povećanje temperature reaktora od 10 Kelvina uzrokuje otprilike udvostručanje stope reakcije. Ultrazvučna kavitacija proizvodi lokalizirane visoko reaktivne žarišne tačke do 5000K unutar tečnosti, bez značajnog zagrijavanja cjelokupnog volumena tekućine u hemijskom reaktoru.
  • Termalna energija: Bilo koja ultrazvučna energija koju dodate hemijskom reaktorskom dizajnu, konaиno жe biti pretvorena u toplotnu energiju. Stoga, možete da koristite energiju za hemijski proces. Umjesto ulaza toplinske energije grijajućim elementima ili parom, ultrasonication uvodi proces aktiviranja mehaničke energije sredstvima vibracija visoke frekvencije. U hemijskom reaktoru, ovo proizvodi ultrazvučnu kavitaciju koja je aktivirala hemijski proces na više nivoa. Konačno neizmjetno ultrazvučno šišanje hemikalija rezultira prenamjenom u toplinsku energiju, dakle toplinu. Možete koristiti jacketed batch reaktore ili inline reaktore za hlađenje kako biste održali konstantnu temperaturu procesa za vašu hemijsku reakciju.

High-Performance Ultrasonicators for Improved Chemical Reactions in CSTR

Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučne homogenizatore visokih performansi i raspršivače za integraciju u kontinuirane uzburkane reaktore spremnika (CSTR). Hielscher ultrasonicators se koristi širom svijeta za promociju, intenzivu, ubrzavanje i poboljšanje hemijskih reakcija.
Hielscher Ultrazvuk’ ultrazvučni procesori su dostupni na bilo koju velicinu od malih laboratorijskih uređaja do velikih industrijskih procesora za primjene hemije protoka . Precizno podešavanje ultrazvučne amplitude (koja je najvažniji parametar) omogućava operiranje Hielscher ultrasonicatora na niskim do vrlo visokim amplitudama i fino podešavanje amplitude tačno na potrebne ultrazvučne procesne uslove specifičnog sistema hemijske reakcije.
Hielscherov ultrazvučni generator ima pametan softver sa automatskim protokolom podataka. Svi važni parametri obrade kao što su ultrazvučna energija, temperatura, pritisak i vrijeme automatski se pohrane na ugrađenu SD-karticu čim se uređaj uključi.
Praćenje procesa i snimanje podataka su važni za kontinuiranu standardizaciju procesa i kvalitet proizvoda. Pristupom automatski snimljenim podacima procesa možete revidirati prethodne sonication runove i procijeniti ishod.
Druga korisnički ljubazna funkcija je daljinski upravljač preglednika naših digitalnih ultrazvučnih sistema. Preko daljinske kontrole preglednika možete pokrenuti, zaustaviti, podesiti i nadgledati vaš ultrazvučni procesor daljinski od bilo kuda.
Kontaktirajte nas sada da saznate više o našim ultrazvučnim homogenizatorima visokih performansi mogu poboljšati vaš kontinuirano uzburkani reaktor tenka (CSTR)!
Tabela u nastavku daje naznaku približan kapacitet prerade naših ultrasonicators:

Batch Volumen protok Preporučeni uređaji
1 do 500ml 10 do 200ml / min UP100H
10 do 2000mL 20 do 400mL / min Uf200 ः t, UP400St
00,1 do 20L 00,2 do 4L / min UIP2000hdT
10 do 100l 2 do 10L / min UIP4000hdT
N / A. 10 do 100L / min UIP16000
N / A. veći klaster UIP16000

Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!

Traži više informacija

Molimo koristite formular ispod da Zatražit dodatne informacije o ultrazvučnim procesorima, aplikacijama i cijeni. Biće nam drago da diskutujemo o vašem procesu sa vama i da vam ponudimo ultrazvučni sistem.









Molim vas, obratite se našem Politika privatnosti.


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulgaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim skalama.

Književnost/reference



Činjenice vredi znati

Ultrazvučna agitacija u hemijskim reaktorima daje bolje rezultate od konvencionalnog kontinuiranog uzburkanog reaktora tenka ili batchmix reaktora. Ultrazvučna agitacija daje više smicanja i reproduktivnije rezultate od mlaznih uzburkanih reaktora, zbog boljeg miješanja i obrade tekućine u spremniku reaktora ili u reaktoru protoka.


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija u industrijske veličine.