Kontinuerligt omrørt-Tank reaktorer ophidset med ultralyd

Kontinuerligt omrørte tankreaktorer (CSTR) anvendes i vid udstrækning til forskellige kemiske reaktioner, herunder katalyse, emulsionskemi, polymerisering, syntese, ekstraktion og krystallisering. Langsom reaktion kinetik er et almindeligt problem i CSTR, som let kan overvindes ved anvendelse af magt-ultralyd. Den intense blanding, agitation og de sonokemiske virkninger af effekt-ultralyd accelererer reaktionskinetik og forbedrer konverteringsfrekvensen betydeligt. Ultralydsapparater kan let integreres i CSTR'er af ethvert volumen.

Hvorfor anvende Power-Ultralyd til en kontinuerligt omrørt Tank Reactor?

Ultralyd intensiveret CSTR: Power-ultralyd prootes kemiske reaktioner ved intens agitation.En kontinuerligt omrørt tankreaktor (CSTR, eller blot omrøres tank reaktor (STR)) er i sine vigtigste egenskaber meget lig batchreaktoren. Den største væsentlige forskel er, at materialets tilførsel til og fra reaktoren skal leveres i kontinuerligt flow ind og ud af reaktoren, for at den kontinuerligt omrørte tankreaktor (CSTR) kan opsættes. Fodring af reaktoren kan opnås ved tyngdekraftsstrøm eller tvungen cirkulationsstrøm ved hjælp af en pumpe. CSTR kaldes undertiden en back-mixed flow reaktor (BMR).
CSTR'er er almindeligt anvendt, når agitation af to eller flere væsker er påkrævet. CSTR'er kan bruges som enkeltreaktor eller installeres som en række konfigurationer til forskellige koncentrationsstrømme og reaktionstrin. Ud over brugen af en enkelt tankreaktor anvendes den serielle installation af forskellige tanke (den ene efter hinanden) eller kaskadeopsætningen almindeligvis.
Hvorfor Ultrasonication? Ultralydblanding og agitation samt de sonokemiske virkninger af effekt ultralyd er velkendte for at bidrage til effektiviteten af kemiske reaktioner. Den forbedrede blanding og partikelstørrelsesreduktion på grund af ultralydsvibrationer og kavitation giver en signifikant accelereret kinetik og forbedret konverteringsfrekvens. Sonokemiske virkninger kan levere den nødvendige energi til at indlede kemiske reaktioner, skifte kemiske veje og give højere udbytter på grund af en mere komplet reaktion.

Ultralyd-intensiveret CSTR kan bruges til applikationer som:

  • Heterogene væskevæskereaktioner
  • Heterogene fastflydende reaktioner
  • Homogene væskefasereaktioner
  • Heterogene gasvæskereaktioner
  • Heterogene gas-fast-flydende reaktioner

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


Ultralydsenheden UP200St i et omrørt fartøj til emulgering af reaktanter

Kontinuerligt omrørt tankreaktor (CSTR) med ultralydsdroner UP200St til procesintensivering

Hielscher Ultrasonics gør ultralyd sonotroder til nem integration i omrørt batch reaktorer. Ultralydbehandlingen kan øge kemiske reaktionshastigheder, indlede katalyse, homogenisere, forbedre opløsning, lyse celler, udtrække forbindelser eller reducere emulsionspartikelstørrelsen. Ultralydsenergien kan også fjerne gasbobler eller opløst gas fra væsken. I denne video er en Hielscher 200 Watts ultralydshomogenisator UP200St med en 7 mm sonotrode monteret på en standard glasbeslag i bunden af en glasreaktor. Monteringen kan være vandret, lodret eller i anden retning. Flere ultralydssonder kan monteres på en reaktorbeholder - for eksempel i forskellige højder. Ofte foretrækkes installationen fra siden eller fra bunden, fordi den fungerer bedre med forskellige væskeniveauer. Du kan kombinere ultralyd omrøring med konventionelle overhead omrørere. Den digitale UP200St giver dig fuld kontrol over sonikeringsparametrene og registrerer hver sonikering, der køres på et SD-kort til senere analyse.

Ultralyd omrørt omrørt batchreaktor - UP200St Hielscher Ultrasonics

Ultralydbehandling som højhastighedssyntetisk kemisk system

Højhastighedssyntetisk kemi er en ny reaktionsteknik, der bruges til at indlede og intensivere kemisk syntese. I forhold til traditionelle reaktionsveje, som har brug for flere timer eller dage under refluks, kan ultralydsfremrykkede syntesereaktorer minimere reaktionsvarigheden til et par minutter, hvilket resulterer i en betydelig accelereret syntesereaktion. Ultralydsyntese intensivering er baseret på arbejdsprincippet om akustisk kavitation og dets relaterede kræfter, herunder lokalt begrænset overophedning. Lær mere om ultralyd, akustisk kavitation og sonochemistry i næste afsnit.

Ultralyd cavitation og dens sonokemiske virkninger

Ultralyd (eller akustisk) kavitation opstår, når effekt ultralyd er koblet til væsker eller gylle. Kavitation er overgangen fra en flydende fase til en dampfase, som opstår på grund af et trykfald ned til niveauet af væskens dampspænding.
Ultralydkavitation skaber meget høje forskydningskræfter og væskestråler med op til 1000m / s. Disse væskestråler accelererer partikel og forårsager interpartikelkollisioner og reducerer derved partikelstørrelsen af faste stoffer og dråber. Desuden – lokaliseret i og i nærheden af den imploderende kavitationsboble – ekstremt højt tryk på rækkefølgen af hundredvis af atmosfærer og temperaturer i størrelsesordenen tusindvis af grader Kelvin genereres.
Selvom ultralydbehandling er en rent mekanisk behandlingsmetode, kan den producere en lokalt begrænset ekstrem temperaturstigning. Dette skyldes de intense kræfter, der genereres i og i nærheden af de kollapsende kavitationsbobler, hvor der let kan opnås temperaturer på flere tusinde grader Celsius. I bulkopløsningen er temperaturstigningen som følge af en enkelt bobleimplosion næsten ubetydelig, men varmeafledningen fra adskillige kavitationsbobler som observeret i kavitation hot-spots (som genereret ved sonikering med ultralyd med høj effekt) kan endelig forårsage en målbar temperaturstigning i bulktemperaturen. Fordelen ved ultralydbehandling og sonokemi ligger i de kontrollerbare temperatureffekter under behandlingen: Temperaturregulering af bulkopløsningen kan opnås ved at bruge tanke med kølejakker samt pulserende sonikering. Hielscher Ultrasonics' sofistikerede ultralydapparater kan sætte ultralydet på pause, når en øvre temperaturgrænse er nået og fortsætte med ultralydbehandlingen, så snart den lavere værdi af et sæt ∆T er nået. Dette er især vigtigt, når der anvendes varmefølsomme reaktanter.

Sonochemistry forbedrer reaktion kinetik

Ultasonisk tiltænkte kontinuerlige omrørte tankreaktorer (CSTR) anvendes i vid udstrækning i flowkemi. Ultralydbehandling forbedrer amss-overførsel, fremskynder langsom reaktionskinetik og fremmer konverteringsfrekvenser og udbytter.Da sonikering genererer intense vibrationer og kavitation, påvirkes kemisk kinetik. Kinetikken i et kemisk system korrelerer tæt med kavitationsboblens ekspansion og implosion, hvorved dynamikken i boblebevægelse påvirkes betydeligt. Opløste gasser i den kemiske reaktionsopløsning påvirker egenskaberne ved en sonokemisk reaktion via både termiske virkninger og kemiske virkninger. De termiske virkninger påvirker de maksimale temperaturer, der nås under boblekollaps i kavitationstomrummet; de kemiske virkninger ændrer virkningerne af gasser, som er direkte involveret i en reaktion.
Heterogene og homogene reaktioner med langsom reaktion kinetik, herunder Suzuki kobling reaktioner, nedbør, krystallisering og emulsion kemi er forudbestemt til at blive indledt og fremmes gennem effekt-ultralyd og dens sonokemiske virkninger.
For eksempel til syntese af ferulinsyre gav lavfrekvent (20kHz) sonikering ved en effekt på 180 W et 94% ferulinsyreudbytte ved 60 ° C i 3 timer. Disse resultater af Truong et al. (2018) viser, at brugen af lavfrekvent (horntype og bestråling med høj effekt) forbedrede konverteringsfrekvensen betydeligt, hvilket gav udbytter højere end 90%.

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


Kontinuerligt omrørte tankreaktorer (CSTR) kan forbedres betydeligt ved anvendelse af effekt ultralyd. Ultralyd agitation og klangokemiske virkninger fremskynde langsom reaktionskinetik og fremme kemiske konverteringshastigheder.

Kontinuerligt omrørt tankreaktor (CSTR) med integreret ultralydsmotor UIP2000hdT (2kW, 20kHz) for bedre kinetik og omregningskurser.

Ultralyd intensiveret emulsionskemi

Heterogene reaktioner som emulsionskemi nyder betydeligt godt af anvendelsen af effekt ultralyd. Ultralydkavitation mindskedes og distribuerede dråberne i hver fase homogent i hinanden og skabte en submikron eller nanoemulsion. Da dråberne i nanostørrelse tilbyder et drastisk øget overfladeareal for at interagere med forskellige dråber, forbedres masseoverførsel og reaktionshastighed betydeligt. Under sonikering viser reaktioner, der er kendt for deres typisk langsomme kinetik, dramatisk forbedrede konverteringsfrekvenser, højere udbytter, mindre biprodukter eller affald og bedre samlet effektivitet. Ultralyd forbedret emulsionskemi anvendes ofte til emulsioner polymerisering, f.eks. til fremstilling af polymerblandinger, vandbårne klæbemidler og specialpolymerer.

10 ting du bør vide, før du køber en kemisk reaktor

Når du vælger en kemisk reaktor til en kemisk proces er der mange faktorer, der påvirker den optimale kemiske reaktor design. Hvis din kemiske proces involverer flerfasede, heterogene kemiske reaktioner og har langsom reaktion kinetik, er reaktor agitation og procesaktivering afgørende indflydelsesfaktorer for vellykket kemisk konvertering og for økonomiske (operationelle) omkostninger ved den kemiske reaktor.
Ultralydbehandling forbedrer reaktionskinetikken hos flydende og flydende-faste kemiske reaktioner i kemiske batchreaktorer og inline reaktionsbeholdere betydeligt. Derfor kan integrationen af ultralydsonder i en kemisk reaktor reducere reaktoromkostningerne og forbedre den samlede effektivitet og kvaliteten af det endelige produkt.
Meget ofte mangler kemisk reaktorteknik viden om ultralydassisteret procesforbedring. Uden dyb viden om indflydelsen af effekt ultralyd, ultralyd agitation, akustisk kavitation og sonokemiske virkninger på kemisk reaktor ydeevne, kemisk reaktor analyse og konventionelle design fundamentals kan producere kun ringere resultater. Nedenfor får du et overblik over de grundlæggende fordele ved ultralyd til kemisk reaktordesign og optimering.

Fordelene ved ultralyd intensiveret kontinuerlig omrørt tankreaktor (CSTR)

    • Ultralyd forbedrede reaktorer til laboratorium og produktion:
      Nem skalerbarhed: Ultralydsprocessorer er let tilgængelige til laboratoriestørrelse, pilot- og storskalaproduktion
      Reproducerbar/repeterbar resultater på grund af præcist kontrollerbare ultralydsparametre
      Kapacitet og reaktionshastighed: ultralydsforømede reaktioner er hurtigere og dermed mere økonomiske (lavere omkostninger)
    • Sonochemistry gælder til generelle såvel som særlige formål

– tilpasningsevne & alsidighed, f.eks. fleksible installations- og opsætningsmuligheder og tværfaglig brug

  • Ultralydbehandling kan bruges i eksplosive miljøer
    – udrensning (f.eks. kvælstoftæppe)
    – ingen åben overflade
  • Enkel rengøring: selvrensende (CIP – ren-in-place)
  • Vælg dine foretrukne byggematerialer
    – glas, rustfrit stål, titanium
    – ingen roterende tætninger
    – bredt udvalg af fugemasser
  • Ultralydsapparater kan bruges i en lang række temperaturer
  • Ultralydsapparater kan bruges ved en lang række tryk
  • Synergistisk effekt med andre teknologier, f.eks. elektrokemi (sono-elektrokemi), katalyse (sono-katalyse), krystallisering (sonokrystallisering) osv.
  • Sonikering er ideel til at forbedre bioreaktorer, f.eks. gæring.
  • Opløsning / opløsning: I opløsningsprocesser passerer partikler fra den ene fase til den anden, f.eks. når faste partikler opløses i en væske. Det konstateres, at graden af agitation påvirker processens hastighed. Mange små krystaller opløses meget hurtigere under ultralydskavitation end en i konventionelt omrørte batchreaktorer. Også her ligger årsagen til forskellige hastigheder i de forskellige masseoverførselshastigheder ved partikeloverflader. For eksempel anvendes ultralydbehandling med succes til at skabe overmættede løsninger, f.eks. i krystalliseringsprocesser (sono-krystallisering).
  • Ultralyd-fremmet kemisk udvinding:
    – Flydende fast stof, f.eks.
    – Væske-væske: Når ultralyd påføres et væske-flydende ekstraktionssystem, skabes en emulsion af en af faserne i den anden. Denne dannelse af emulsion fører til øgede interfaciale områder mellem de to umiskendelige faser, hvilket resulterer i en øget masseoverførselsflux mellem faserne.

 

Hvordan forbedrer sonikering kemiske reaktioner i omrørte tankreaktorer?

  • Større kontaktflade: I reaktioner mellem reaktanter i heterogene faser kan kun de partikler, der kolliderer med hinanden på grænsefladen, reagere. Jo større grænsefladen er, jo flere kollisioner kan forekomme. Da en flydende eller fast del af et stof brydes i mindre dråber eller faste partikler, der er suspenderet i en kontinuerlig fasevæske, øges overfladearealet af dette stof. Som følge af størrelsesreduktionen stiger antallet af partikler, og derfor falder den gennemsnitlige afstand mellem disse partikler. Dette forbedrer eksponeringen af den kontinuerlige fase for den spredte fase. Derfor øges reaktionshastigheden med graden af fragmentering af spredningsfasen. Mange kemiske reaktioner i dispersioner eller emulsioner viser drastiske forbedringer i reaktionshastigheden som følge af ultralyd partikelstørrelse reduktion.
  • Katalyse (Aktiveringsenergi): Katalysatorer er af stor betydning i mange kemiske reaktioner, i laboratorieudvikling og i industriel produktion. Ofte katalysatorer er i fast eller flydende fase og umiskendelig med en reaktant eller alle reaktanter. Derfor er katalyse oftere end ikke en heterogen kemisk reaktion. I produktionen af de vigtigste basiskemikalier som svovlsyre, ammoniak, salpetersyre, ethen og methanol spiller katalysatorer en vigtig rolle. Store områder af miljøteknologi er baseret på katalytiske processer. En kollision af partikler fører kun til en kemisk reaktion, dvs. Ultralydbehandling er et yderst effektivt middel til at øge kinetik i kemiske reaktorer. I en heterogen katalyseproces kan tilsætningen af ultralyd til et kemisk reaktordesign sænke kravet om en katalysator. Dette kan resultere i brugen af mindre katalysator eller ringere, mindre ædle katalysatorer.
  • Højere kontaktfrekvens / Forbedret masseoverførsel: Ultralydblanding og agitation er en meget effektiv metode til at generere små dråber og partikler (dvs. submikrobiel og nanopartikler), som giver en højere aktiv overflade til reaktioner. Under den ekstra intense agitation og mikrobevægelse forårsaget af effekt ultralyd øges hyppigheden af interpartikelkontakt drastisk, hvilket resulterer i en betydeligt forbedret konverteringsfrekvens.
  • Komprimeret plasma: For mange reaktioner, en 10 Kelvin stigning i reaktortemperaturen forårsager reaktionshastigheden til omtrent det dobbelte. Ultralydkavitation producerer lokaliserede meget reaktive hotspots på op til 5000K i væsken uden væsentlig opvarmning af det samlede væskevolumen i den kemiske reaktor.
  • varme: Enhver ultralydsenergi, som du tilføjer til en kemisk reaktor design, vil endelig blive omdannet til termisk energi. Derfor kan du genbruge energien til den kemiske proces. I stedet for en termisk energitilførsel ved opvarmning af grundstoffer eller damp introducerer ultralydning en proces, der aktiverer mekanisk energi ved hjælp af højfrekvente vibrationer. I den kemiske reaktor producerer dette ultralydkavitation, der aktiverede den kemiske proces på flere niveauer. Endelig resulterer den enorme ultralydsskæring af kemikalierne i omdannelsen til termisk energi, dvs. varme. Du kan bruge jacketed batchreaktorer eller inline reaktorer til køling for at opretholde en konstant procestemperatur for din kemiske reaktion.

Højtydende ultralydsapparater til forbedrede kemiske reaktioner i CSTR

Hielscher Ultrasonics designer, producerer og distribuerer højtydende ultralyd homogenisatorer og dispergeringsmidler til integration i kontinuerlige omrørte tankreaktorer (CSTR). Hielscher ultralydsapparater bruges over hele verden til at fremme, intensivere, fremskynde og forbedre kemiske reaktioner.
Hielscher Ultralyd’ ultralydsprocessorer fås i alle størrelser fra små laboratorieenheder til store industrielle processorer til flowkemiapplikationer. Præcis justering af ultralydsforstærkningen (som er den vigtigste parameter) gør det muligt at betjene Hielscher ultralyds ultralydsapparater ved lav til meget høj amplitude og finjustere amplituden nøjagtigt til de krævede ultralydsprocesforhold i det specifikke kemiske reaktionssystem.
Hielschers ultralydsgenerator har en smart software med automatisk dataprotokollering. Alle vigtige behandlingsparametre såsom ultralydsenergi, temperatur, tryk og tid opbevares automatisk på et indbygget SD-kort, så snart enheden er tændt.
Procesovervågning og dataregistrering er vigtige for kontinuerlig processtandardisering og produktkvalitet. Ved at få adgang til de automatisk registrerede procesdata kan du revidere tidligere sonikeringskørsler og evaluere resultatet.
En anden brugervenlig funktion er browserens fjernbetjening af vores digitale ultralydssystemer. Via fjernbetjening kan du starte, stoppe, justere og overvåge din ultralydsprocessor eksternt hvor som helst.
Kontakt os nu for at få mere at vide om vores højtydende ultralyd homogenisatorer kan forbedre din kontinuerligt omrørt tank reaktor (CSTR)!
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater:

Batch Volumen Strømningshastighed Anbefalede enheder
1 til 500 ml 10 til 200 ml / min UP100H
10 til 2000 ml 20 til 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 til 20L 0.2 til 4L / min UIP2000hdT
10 til 100 l 2 til 10 l / min UIP4000hdT
na 10 til 100 l / min UIP16000
na større klynge af UIP16000

Kontakt os! / Spørg Os!

Bed om mere information

Brug venligst nedenstående formular til at anmode om yderligere oplysninger om ultralydsprocessorer, programmer og pris. Vi vil være glade for at diskutere din proces med dig og tilbyde dig et ultralydssystem, der opfylder dine krav!









Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.


Ultralyd højforskydning homogenisatorer anvendes i lab, bench-top, pilot og industriel forarbejdning.

Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydhomogenisatorer til blanding af applikationer, dispersion, emulgering og udvinding på laboratorium, pilot og industriel skala.

Litteratur / Referencer



Fakta Værd at vide

Ultralyd agitation i kemiske reaktorer giver bedre resultater end en konventionel kontinuerlig omrørt tank reaktor eller batchmix reaktor. Ultralyd agitation producerer mere forskydning og mere reproducerbare resultater end jet omrøres reaktorer, på grund af bedre flydende blanding og forarbejdning i reaktoren tanken eller i flow reaktoren.
Klik her for at lære mere om arbejdsprincippet, applikationer og opskalering af ultralydshomogenisatorer!


Højtydende ultralyd! Hielschers produktsortiment dækker hele spektret fra den kompakte lab ultralydsprocessor over bench-top enheder til fuldindustrielle ultralydssystemer.

Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralyd homogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.