Reaktory s kontinuálně promíchanou nádrží protřepány ultrazvukem

Nepřetržitě míchané cisternové reaktory (CSTR) jsou široce používány pro různé chemické reakce včetně katalýzy, emulzní chemie, polymerace, syntézy, extrakce a krystalizace. Kinetika pomalé reakce je běžným problémem v CSTR, který lze snadno překonat aplikací výkonové ultrazvuku. Intenzivní míchání, agitovanost a sonochemické účinky power-ultrazvuk urychlují kinetiku reakce a výrazně zlepšují konverzní poměr. Ultrasonicators lze snadno integrovat do CSTR libovolného objemu.

Proč aplikovat power-ultrazvuk na nepřetržitě míchaný tankový reaktor?

Ultrasonically intensified CSTR: Power-ultrasound prootes chemical reactions by intense agitation.Reaktor s plynulým míchavěním zásobníkem (CSTR nebo jednoduše míchaného tankového reaktoru (STR)) má své hlavní vlastnosti, které jsou velmi podobné dávkovému reaktoru. Hlavním důležitým rozdílem je, že pro kontinuální nastavení reaktoru s míchaným zásobníkem (CSTR) musí být přívod materiálu zajištěn v nepřetržitém proudění do reaktoru a z něj. Podávání reaktoru lze dosáhnout gravitačním tokem nebo nuceným cirkulačním průtokem pomocí čerpadla. CSTR se někdy nazývá reaktor s zpětně smíšeným průtokem (BMR).
CSTR se běžně používají, když je nutné protřepání dvou nebo více kapalin. CSTR lze použít jako jeden reaktor nebo být instalován jako řada konfigurací pro různé koncentrační toky a reakční kroky. Kromě použití jednoho cisternového reaktoru se běžně používá sériová instalace různých nádrží (jedna po druhé) nebo nastavení kaskády.
Proč ultrazvuk? Ultrazvukové míchání a míchání, stejně jako sonochemické účinky výkonového ultrazvuku jsou dobře známo, že přispívají k účinnosti chemických reakcí. Vylepšené míchání a snížení velikosti částic v důsledku ultrazvukových vibrací a kavitace poskytují výrazně zrychlenou kinetiku a zvýšený konverzní poměr. Sonochemické účinky mohou poskytnout potřebnou energii k zahájení chemických reakcí, změně chemických cest a vyšší výnosy v důsledku úplnější reakce.

Ultrazvukem zesílené CSTR lze použít pro aplikace, jako jsou:

  • Heterogenní reakce kapalina-kapalina
  • Heterogenní reakce pevné kapaliny
  • Homogenní reakce v kapalné fázi
  • Heterogenní reakce plyn-kapalina
  • Heterogenní reakce plyn-tuhá kapalina

Žádost o informace





The ultrasonicator UP200St in a stirred vessel for emulsification of reactants

Nepřetržitě míchaného reaktoru nádrže (CSTR) ultrasonicator UP200St pro intenzifikaci procesu

Ultrazvuku jako vysokorychlostní syntetický chemický systém

Vysokorychlostní syntetická chemie je nová reakční technika používaná k zahájení a zesílení chemické syntézy. Ve srovnání s tradičními reakčními cestami, které potřebují několik hodin nebo dní pod refluxem, ultrazvukem propagované syntetické reaktory mohou minimalizovat dobu trvání reakce na několik minut, což vede k významné zrychlené syntetické reakci. Ultrazvuková syntéza intenzifikace je založena na pracovním principu akustické kavitace a souvisejících silách, včetně místně omezeného přehřátí. Další informace o ultrazvuku, akustické kavitaci a sonochemii se dozvíte v další části.

Ultrazvuková kavitace a její sonochemické účinky

Ultrazvuková (nebo akustická) kavitace nastává, když je výkonový ultrazvuk spojen do kapalin nebo kalů. Kavitace je přechod z kapalné fáze do fáze par, ke které dochází v důsledku poklesu tlaku na úroveň napětí par kapaliny.
Ultrazvuková kavitace vytváří velmi vysoké smykové síly a kapalné trysky s rychlostí až 1000 m / s. Tyto kapalné trysky urychlují částice a způsobují kolize mezi částicemi, čímž snižují velikost částic pevných látek a kapiček. dodatečně – lokalizovány uvnitř a v těsné blízkosti implodující kavitační bubliny – extrémně vysoké tlaky na řád stovek atmosfér a teploty v řádu tisíců stupňů Kelvin jsou generovány.
Ačkoli ultrazvuku je čistě mechanická metoda zpracování, může produkovat místně omezený extrémní nárůst teploty. To je způsobeno intenzivními silami generovanými uvnitř a v těsné blízkosti hroutících se kavitačních bublin, kde lze snadno dosáhnout teplot několika tisíc stupňů Celsia. Ve sypké roztoku je zvýšení teploty vyplývající z jediné imploze bubliny téměř zanedbatelné, ale odvod tepla z četných kavitačních bublin, jak je pozorován v kavitačních horkých místech (generovaných ultrazvukem s vysokým výkonem), může konečně způsobit měřitelné zvýšení teploty ve sypké teplotě. Výhoda ultrazvuku a sonochemie spočívá v kontrolovatelných teplotních účincích během zpracování: Regulace teploty sypké roztoku může být dosažena pomocí nádrží s chladicími pláštěmi a pulzní ultrazvuku. Hielscher Ultrazvuk sofistikované ultrasonicators mohou pozastavit ultrazvuk, když je dosaženo horního teplotního limitu a pokračovat v ultrazvuku, jakmile je dosaženo nižší hodnoty ∆T. To je obzvláště důležité při použití reakčních látek citlivých na teplo.

Sonochemie zlepšuje kinetiku reakce

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.Vzhledem k tomu, že ultrazvuk vytváří intenzivní vibrace a kavitaci, je ovlivněna chemická kinetika. Kinetika chemického systému úzce koreluje s expanzí a implozí kavitační bubliny, což významně ovlivňuje dynamiku pohybu bubliny. Rozpuštěné plyny v roztoku chemické reakce ovlivňují vlastnosti sonochemické reakce jak tepelnými účinky, tak chemickými účinky. Tepelné účinky ovlivňují špičkové teploty, kterých je dosaženo během kolapsu bubliny v dutinové prázdnotě; chemické účinky mění účinky plynů, které jsou přímo zapojeny do reakce.
Heterogenní a homogenní reakce s kinetikou pomalé reakce, včetně suzuki spojovací reakce, srážení, krystalizace a chemie emulze, jsou předurčeny k zahájení a podpoře prostřednictvím power-ultrazvuku a jeho sonochemických účinků.
Například pro syntézu kyseliny ferulové dávala nízkofrekvenční (20kHz) ultrazvuku o výkonu 180 W 94% výtěžnost kyseliny ferulové při 60 °C za 3 h. Tyto výsledky společnosti Truong et al. (2018) ukazují, že použití nízké frekvence (typ houkačky a ozařování s vysokým výkonem) výrazně zlepšilo konverzní poměr a poskytlo výnosy vyšší než 90%.

Žádost o informace





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.

Průběžně míchaná nádrž reaktor (CSTR) s integrovaným ultrasonicatorem UIP2000hdT (2kW, 20kHz) pro zlepšení kinetiky a přepočítacích koeficientů.

Ultrazvukem zesílená chemie emulze

Heterogenní reakce, jako je chemie emulze, významně těží z aplikace výkonového ultrazvuku. Ultrazvuková kavitace se snížila a distribuovala kapičky každé fáze homogenní uvnitř sebe a vytvořila submikronovou nebo nanoemulzi. Vzhledem k tomu, že nano-velké kapičky nabízejí drasticky zvýšenou plochu pro interakci s různými kapičkami, přenos hmoty a reakční rychlost se výrazně zlepšují. Pod sonikací, reakce známé pro jejich typicky pomalou kinetiku ukazují dramaticky lepší konverzní poměry, vyšší výnosy, méně produktů nebo odpadu a lepší celkovou účinnost. Ultrazvukem vylepšená chemie emulze se často používá pro polymerizaci emulzí, např. k výrobě polymerních směsí, vodních lepidel a speciálních polymerů.

10 věcí, které byste měli vědět, než si koupíte chemický reaktor

Když si vyberete chemický reaktor pro chemický proces, existuje mnoho faktorů, které ovlivňují optimální konstrukci chemického reaktoru. Pokud váš chemický proces zahrnuje vícefázové, heterogenní chemické reakce a má kinetiku pomalé reakce, míchání reaktoru a aktivaci procesu, jsou zásadními ovlivňujícími faktory pro úspěšnou chemickou přeměnu a pro ekonomické (provozní) náklady chemického reaktoru.
Ultrazvuku zlepšuje reakční kinetiku kapalino-kapalných a kapalně pevných chemických reakcí v chemických dávkových reaktorech a inline reakčních nádobách významně. Proto integrace ultrazvukových sond do chemického reaktoru může snížit náklady na reaktor a zlepšit celkovou účinnost a kvalitu konečného produktu.
Velmi často, chemické reaktorové inženýrství postrádá znalosti o ultrazvukem asistovaném vylepšení procesu. Bez hlubokých znalostí o vlivu výkonového ultrazvuku, ultrazvukového míchání, akustické kavitace a sonochemických účinků na výkon chemického reaktoru, analýzy chemických reaktorů a konvenčních konstrukčních základů mohou přinést pouze horší výsledky. Níže naleznete přehled o základních výhodách ultrazvuku pro návrh a optimalizaci chemických reaktorů.

Výhody ultrazvukem zesíleného kontinuálního reaktoru míchaného zásobníku (CSTR)

  • Ultrazvukem vylepšené reaktory pro laboratoř a výrobu:
    Snadná škálovatelnost: Ultrazvukové procesory jsou snadno dostupné pro velikost laboratoře, pilotní a velkoplošné výroby
    Reprodukovatelné / opakovatelné výsledky díky přesně kontrolovatelným ultrazvukovým parametrům
    Kapacita a reakční rychlost: ultrazvukem zesílené reakce jsou rychlejší a tím úspornější (nižší náklady)
  • Sonochemie se vztahuje na obecné i zvláštní účely
  • – přizpůsobivost & univerzálnost, např. flexibilní možnosti instalace a nastavení a interdisciplinární použití

  • Ultrazvuku lze použít ve výbušném prostředí
    – čištění (např. dusíkatá deka)
    – žádný otevřený povrch
  • Jednoduché čištění: samočisticí (CIP – čisté na místě)
  • Vyberte si preferované stavební materiály
    – sklo, nerezová ocel, titan
    – žádné rotační těsnění
    – široký výběr tmelů
  • Ultrasonicators lze použít v široké škále teplot
  • Ultrasonicators lze použít při široké škále tlaků
  • Synergický efekt s jinými technologiemi, např. elektrochemie (sono-elektrochemie), katalýza (sono-katalýza), krystalizace (sono-krystalizace) atd.
  • Sonikace je ideální pro zvýšení bioreaktorů, např. fermentace.
  • Rozpuštění / rozpuštění: Při procesech rozpuštění částice přejdou z jedné fáze do druhé, např. když se pevné částice rozpustí v kapalině. Zjistilo se, že stupeň agitace ovlivňuje rychlost procesu. Mnoho malých krystalů se rozpouští mnohem rychleji pod ultrazvukovou kaviací než jeden v konvenčně míchaných dávkových reaktorech. I zde leží důvod různých rychlostí v různých rychlostech přenosu hmoty na povrchu částic. Například ultrazvuku úspěšně aplikuje k vytvoření přesycených roztoků, např. v krystalizačních procesech (sono-krystalizace).
  • Ultrazvukem propagovaná chemická extrakce:
    – Kapalná pevná látka, např. botanická extrakce, chemická extrakce
    – Kapalina-kapalina: Když se ultrazvuk aplikuje na extrakční systém kapaliny a kapaliny, vytvoří se emulze jedné z fází v druhé. Tato tvorba emulze vede ke zvýšení mezifaciálních oblastí mezi dvěma nemísitelnými fázemi, což vede ke zvýšenému toku přenosu hmoty mezi fázemi.

Jak sonikace zlepšuje chemické reakce v reaktorech s míchaná nádrží?

  • Větší kontaktní plocha: V reakcích mezi reakčními prostředky v heterogenních fázích mohou reagovat pouze částice, které se na rozhraní srážejí. Čím větší je rozhraní, tím více kolizí může nastat. Vzhledem k tomu, že kapalná nebo pevná část látky je rozdělena na menší kapičky nebo pevné částice suspendované v kapalině s kontinuální fází, povrch této látky se zvyšuje. Kromě toho se v důsledku zmenšení velikosti zvyšuje počet částic, a proto se snižuje průměrná vzdálenost mezi těmito částicemi. To zlepšuje expozici kontinuální fáze disperzní fázi. Proto se rychlost reakce zvyšuje se stupněm fragmentace disperzní fáze. Mnoho chemických reakcí v disperze nebo emulzi ukazuje drastické zlepšení rychlosti reakce v důsledku ultrazvukové snížení velikosti částic.
  • Katalýza (aktivační energie): Katalyzátory mají velký význam v mnoha chemických reakcích, ve vývoji laboratoří a v průmyslové výrobě. Katalyzátory jsou často v pevné nebo kapalné fázi a jsou nemísitelné s jedním reakčním nebo všemi reakčními látkami. Proto je katalýza častěji heterogenní chemickou reakcí. Při výrobě nejdůležitějších základních chemických látek, jako je kyselina sírová, čpavek, kyselina dusičná, ethen a methanol, hrají důležitou roli katalyzátory. Velké oblasti environmentálních technologií jsou založeny na katalytických procesech. Srážka částic vede k chemické reakci, tj. Ultrazvuku je vysoce účinný prostředek ke zvýšení kinetiky v chemických reaktorech. V heterogenním katalýze může přidání ultrazvuku do konstrukce chemického reaktoru snížit požadavek na katalyzátor. To může mít za následek použití méně katalyzátoru nebo nižších, méně vznešených katalyzátorů.
  • Vyšší frekvence kontaktu / Lepší přenos hmoty: Ultrazvukové míchání a míchání je vysoce účinná metoda pro generování minutových kapiček a částic (tj. submiknových a nanočástic), které nabízejí vyšší aktivní povrch pro reakce. Pod dalším intenzivním mícháním a mikro-pohybem způsobeným výkonem-ultrazvukem se frekvence kontaktu mezi částicemi drasticky zvyšuje, což vede k výrazně lepšímu konverznímu kurzu.
  • Stlačená plazma: U mnoha reakcí způsobuje zvýšení teploty reaktoru o 10 Kelvinů rychlost reakce zhruba dvojnásobně. Ultrazvuková kavitace produkuje lokalizované vysoce reaktivní hotspoty až 5000K v kapalině, bez podstatného ohřevu celkového objemu kapaliny v chemickém reaktoru.
  • teplo: Jakákoli ultrazvuková energie, kterou přidáte do konstrukce chemického reaktoru, bude nakonec přeměněna na tepelnou energii. Proto můžete znovu použít energii pro chemický proces. Namísto vstupu tepelné energie topnými prvky nebo párou zavádí ultrazvuk proces aktivace mechanické energie pomocí vysokofrekvenčních vibrací. V chemickém reaktoru to produkuje ultrazvukovou kavitaci, která aktivovala chemický proces na více úrovních. Nakonec obrovské ultrazvukové stříhání chemikálií vede k přeměně na tepelnou energii, tj. teplo. Pro chlazení můžete použít dávkové reaktory nebo inline reaktory, abyste udrželi konstantní procesní teplotu pro vaši chemickou reakci.

Vysoce výkonné ultrasonicators pro zlepšení chemických reakcí v CSTR

Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrábí a distribuuje vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory a dispergátory pro integraci do kontinuálních míchacích reaktorů (CSTR). Hielscher ultrasonicators se používají po celém světě k podpoře, zesílení, zrychlení a zlepšení chemických reakcí.
Hielscher Ultrazvuk’ ultrazvukové procesory jsou k dispozici v jakékoli velikosti od malých laboratorních zařízení až po velké průmyslové procesory pro aplikace průtokové chemie. Přesné nastavení ultrazvukové amplitudy (což je nejdůležitější parametr) umožňuje provozovat Hielscher ultrasonicators při nízkých až velmi vysokých amplitudách a doladit amplitudu přesně na požadované ultrazvukové procesní podmínky specifického chemického reakčního systému.
Hielscherův ultrazvukový generátor je vybaven inteligentním softwarem s automatickým protokolování dat. Všechny důležité parametry zpracování, jako je ultrazvuková energie, teplota, tlak a čas, jsou automaticky uloženy na vestavěné SD kartě, jakmile je zařízení zapnuto.
Monitorování procesů a zaznamenávání dat je důležité pro kontinuální standardizaci procesů a kvalitu produktu. Přístupem k automaticky zaznamenaným procesním datům můžete revidovat předchozí spuštění ultrazvuku a vyhodnotit výsledek.
Další uživatelsky přívětivou funkcí je dálkové ovládání prohlížeče našich digitálních ultrazvukových systémů. Prostřednictvím dálkového ovládání prohlížeče můžete spustit, zastavit, upravit a monitorovat ultrazvukový procesor vzdáleně odkudkoli.
Kontaktujte nás nyní a dozvíte se více o našich vysoce výkonných ultrazvukových homogenizátorech, které mohou zlepšit váš nepřetržitě míchaný tankový reaktor (CSTR)!
Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators:

Hromadná dávka průtok Doporučené Devices
1 až 500 ml 10 až 200 ml / min UP100H
10 až 2000ml 20 až 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
00,1 až 20L 00,2 až 4 litry / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000hdT
na 10 až 100L / min UIP16000
na větší hrozen UIP16000

Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!

Požádejte o další informace

Použijte prosím níže uvedený formulář a vyžádejte si další informace o ultrazvukových procesorech, aplikacích a ceně. Rádi s vámi probereme váš proces a nabídneme vám ultrazvukový systém splňující vaše požadavky!









Uvědomte si prosím naši Zásady ochrany osobních údajů,


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

Hielscher Ultrazvuk vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchání aplikací, disperze, emulgaci a extrakce v laboratoři, pilotním a průmyslovém měřítku.

Literatura / Reference



Fakta Worth Knowing

Ultrazvukové míchání v chemických reaktorech přináší lepší výsledky než konvenční kontinuální reaktor s míchací nádrží nebo reaktor batchmix. Ultrazvukové míchání vytváří více smykových a reprodukovatějších výsledků než tryskové míchací reaktory, díky lepšímu míchání a zpracování kapaliny v nádrži reaktoru nebo v průtokovém reaktoru.


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 vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od Laboratoř na průmyslové velikosti.