Pidevalt segatud paagi reaktorid, mis on segatud ultraheliga

Pidevalt segatud paagi reaktoreid (CSTR) kasutatakse laialdaselt erinevate keemiliste reaktsioonide puhul, sealhulgas katalüüs, emulsioonikeemia, polümerisatsioon, süntees, ekstraheerimine ja kristalliseerumine. Aeglane reaktsiooni kineetika on CSTR-is tavaline probleem, mida saab kergesti ületada võimsuse ultraheliuuringu rakendamisega. Energia-ultraheli intensiivne segamine, agitatsioon ja sonokeemilised mõjud kiirendavad reaktsiooni kineetikat ja parandavad oluliselt konversioonikiirust. Ultrasonikaatoreid saab kergesti integreerida mis tahes mahuga CSTR-desse.

Miks rakendada Power-Ultrasound pidevalt segatud paagi reaktorile?

Ultraheli intensiivistunud CSTR: Power-ultraheli prootes keemilised reaktsioonid intensiivse agitatsiooniga.Pidevalt segatud paagi reaktor (CSTR või lihtsalt segatud paagi reaktor (STR)) on oma põhiomadustelt üsna sarnane partii reaktoriga. Peamine oluline erinevus seisneb selles, et pideva segatud paagi reaktori (CSTR) seadistuse puhul tuleb materjali sööta pideva vooluga reaktorisse ja sealt välja. Reaktori toitmist on võimalik saavutada gravitatsioonivoolu või sundringlusvoo abil pumba abil. CSTR-i nimetatakse mõnikord tagasi segavoolu reaktoriks (BMR).
CSTR-e kasutatakse tavaliselt siis, kui on vaja segada kahte või enamat vedelikku. CSTR-e saab kasutada ühe reaktorina või paigaldada erinevate kontsentratsioonivoogude ja reaktsiooniastmete konfiguratsioonide seeriana. Lisaks ühe paagi reaktori kasutamisele kasutatakse tavaliselt erinevate paakide seeriaviisilist paigaldamist (üksteise järel) või kaskaadi seadistust.
Miks ultraheliuuremine? Ultraheli segamine ja agitatsioon ning võimsuse ultraheli sonokeemilised mõjud on hästi teada, et aidata kaasa keemiliste reaktsioonide tõhususele. Ultraheli vibratsioonist ja kavitatsioonist tingitud parem segamine ja osakeste suuruse vähendamine tagab oluliselt kiirendatud kineetika ja täiustatud konversioonimäära. Sonokeemilised mõjud võivad anda vajalikku energiat keemiliste reaktsioonide algatamiseks, keemiliste radade vahetamiseks ja täielikuma reaktsiooni tõttu suurema saagikuse andmiseks.

Ultraheli intensiivistatud CSTR-i saab kasutada näiteks:

  • Heterogeensed vedeliku-vedeliku reaktsioonid
  • Heterogeensed tahke-vedelad reaktsioonid
  • Homogeensed vedelikufaasi reaktsioonid
  • Heterogeensed gaasi-vedeliku reaktsioonid
  • Heterogeensed gaasi-tahke-vedeliku reaktsioonid

Infonõue




Pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


Ultraheliator UP200St segatud anumas reagentide emulgeerimiseks

Pidevalt segatud paagi reaktor (CSTR) koos ultrasonikaator UP200St protsessi intensiivistamiseks

Hielscheri ultraheli teeb ultraheli sonotroode, mis võimaldavad hõlpsat integreerimist segatud partiireaktoritesse. Ultraheli võib suurendada keemilise reaktsiooni kiirust, algatada katalüüsi, homogeniseerida, parandada lahustumist, lüserakkude lahustamist, eraldada ühendeid või vähendada emulsiooniosakeste suurust. Ultraheli energia võib vedelikust eemaldada ka gaasimullid või lahustunud gaasi. Selles videos on Hielscheri 200-vatine ultraheli homogenisaator UP200St koos 7 mm sonotroodiga paigaldatud klaasreaktori põhja standardsele klaasist paigaldusele. Paigaldamine võib olla horisontaalne, vertikaalne või mis tahes muus suunas. Ühele reaktori anumale saab paigaldada mitu ultraheli sondi - näiteks erinevatel kõrgustel. Sageli eelistatakse paigaldamist küljelt või alt, sest see toimib paremini erineva vedeliku tasemega. Ultraheli agitatsiooni saab kombineerida tavapäraste õhuõhu segajatega. Digitaalne UP200St annab teile täieliku kontrolli ultrahelitöötlusparameetrite üle ja salvestab iga ultrahelitöötluse SD-kaardil hilisemaks analüüsiks.

Ultraheli ärritunud segatud partii reaktor - UP200St Hielscheri ultraheli

Ultraheli kui kiire sünteetiline keemiline süsteem

Kiire sünteetiline keemia on uudne reaktsioonitehnika, mida kasutatakse keemilise sünteesi algatamiseks ja intensiivistamiseks. Võrreldes traditsiooniliste reaktsiooniteedega, mis vajavad refluksi all mitu tundi või päeva, võivad ultraheliga edendatavad sünteesireaktorid minimeerida reaktsiooni kestust mõne minutini, mille tulemuseks on märkimisväärne kiirendatud sünteesireaktsioon. Ultraheli sünteesi intensiivistamine põhineb akustilise kavitatsiooni tööpõhimõttel ja sellega seotud jõududel, sealhulgas lokaalselt piiratud ülekuumenemisel. Lisateavet ultraheli, akustilise kavitatsiooni ja sonokeemia kohta leiate järgmisest osast.

Ultraheli kavitatsioon ja selle sonokeemiline mõju

Ultraheli (või akustiline) kavitatsioon tekib siis, kui võimsuse ultraheli on ühendatud vedelikeks või lägaks. Kavitatsioon on üleminek vedelast faasist aurufaasi, mis tekib rõhu languse tõttu vedeliku aurupinge tasemele.
Ultraheli kavitatsioon loob väga kõrge nihkejõu ja vedelad joad kuni 1000 m / s. Need vedelad joad kiirendavad osakesi ja põhjustavad osakestevahelisi kokkupõrkeid, vähendades seeläbi tahkete ainete ja tilkade osakeste suurust. Lisaks – lokaliseeritud plahvatava kavitatsioonimulli sees ja vahetus läheduses – tekitatakse äärmiselt suur surve sadade atmosfääride ja temperatuuride järjekorrale tuhandete kraadide kelvini kohta.
Kuigi ultraheliuuring on puhtalt mehaaniline töötlemisviis, võib see põhjustada lokaalselt piiratud äärmusliku temperatuuri tõusu. Selle põhjuseks on intensiivsed jõud, mis tekivad kokkuvarisevate kavitatsioonimullide sees ja selle vahetus läheduses, kus on võimalik saavutada kergesti temperatuur mitu tuhat kraadi Celsiuse järgi. Lahtises lahuses on ühe mullide implosioonist tulenev temperatuuri tõus peaaegu tühine, kuid soojuse hajumine arvukatest kavitatsioonimullidest, nagu on täheldatud kavitatsiooni kuumades kohtades (nagu tekib ultrahelitöötlusel suure võimsusega ultraheliga), võib lõpuks põhjustada mõõdetava temperatuuri tõusu puistetemperatuuril. Ultraheli ja sonokeemia eeliseks on töötlemise ajal kontrollitavad temperatuuriefektid: lahtise lahuse temperatuuri reguleerimist on võimalik saavutada jahutusjakkidega mahutite ja impulss-ultrahelitöötluse abil. Hielscheri ultraheli keerukad ultraheliuuringud võivad ultraheli peatada, kui saavutatakse ülemine temperatuuripiirang, ja jätkata ultraheliuuringuga niipea, kui saavutatakse komplekti ∆T madalam väärtus. See on eriti oluline kuumatundlike reagentide kasutamisel.

Sonokeemia parandab reaktsiooni kineetikat

Ultasoniliselt kavatsetud pideva segamisega paagireaktoreid (CSTR) kasutatakse laialdaselt voolukeemias. Ultraheliuuring parandab amssi ülekandmist, kiirendab aeglase reaktsiooni kineetikat ja soodustab konversioonimäärasid ja saagikust.Kuna ultrahelitöötlus tekitab intensiivset vibratsiooni ja kavitatsiooni, mõjutab see keemilist kineetikat. Keemilise süsteemi kineetika korreleerub tihedalt kavitatsioonimulli paisumise ja implosiooniga, mõjutades oluliselt mullide liikumise dünaamikat. Keemilise reaktsiooni lahuses lahustunud gaasid mõjutavad sonokeemilise reaktsiooni omadusi nii termiliste mõjude kui ka keemiliste mõjude kaudu. Termilised mõjud mõjutavad tipptemperatuure, mis saavutatakse mullide kokkuvarisemise ajal kavitatsiooni tühimikus; keemilised mõjud muudavad reaktsiooniga otseselt seotud gaaside mõju.
Heterogeensed ja homogeensed reaktsioonid, millel on aeglane reaktsioonikineetika, sealhulgas Suzuki haakereaktsioonid, sademed, kristalliseerumine ja emulsioonikeemia, algatatakse ja edendatakse võimsuse ultraheli ja selle sonokeemiliste mõjude kaudu.
Näiteks ferulhappe sünteesiks andis madala sagedusega (20kHz) ultrahelitöötlus võimsusega 180 W 94% ferulhappe saagikuse 60 °C juures 3 h-s. Need Truongi jt (2018) tulemused näitavad, et madala sagedusega (sarvetüüp ja suure võimsusega kiiritus) kasutamine parandas konversioonimäära, andes oluliselt suuremat tootlust kui 90%.

Infonõue




Pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


Pidevalt segatud paagireaktoreid (CSTR) saab võimsuse ultraheli abil oluliselt parandada. Ultraheli agitatsioon ja sonokeemilised mõjud kiirendavad aeglast reaktsiooni kineetikat ja soodustavad keemilisi muundamiskiirusi.

Pidevalt segatud paagi reaktor (CSTR) integreeritud ultrasonikaatoriga UIP2000hdT (2kW, 20kHz) kineetika ja konversioonimäärade parandamiseks.

Ultraheli intensiivistatud emulsiooni keemia

Heterogeensed reaktsioonid, nagu emulsioonikeemia, saavad võimsuse ultraheli rakendamisest märkimisväärset kasu. Ultraheli kavitatsioon vähenes ja jaotas iga faasi tilgad üksteise sees ühtlaselt, luues submikrogeense või nano-emulsiooni. Kuna nanosuuruses tilgad pakuvad erinevate tilkadega suhtlemiseks drastiliselt suuremat pindala, paraneb oluliselt massiülekanne ja reaktsioonikiirus. Ultrahelitöötluse all näitavad nende tüüpiliselt aeglase kineetika poolest tuntud reaktsioonid oluliselt paranenud konversioonimäärasid, suuremat saagikust, vähem kõrvalsaadusi või jäätmeid ja paremat üldist tõhusust. Ultraheliga täiustatud emulsioonikeemiat kasutatakse sageli emulsioonide polümerisatsiooni jaoks, nt polümeerisegude, veekaudu levivate liimide ja spetsialiseeritud polümeeride tootmiseks.

10 asja, mida peaksite teadma, enne kui ostate keemilise reaktori

Kui valite keemilise protsessi jaoks keemilise reaktori, on palju tegureid, mis mõjutavad optimaalset keemilise reaktori konstruktsiooni. Kui teie keemiline protsess hõlmab mitmefaasilisi, heterogeenseid keemilisi reaktsioone ja sellel on aeglane reaktsioonikineetika, reaktori agitatsioon ja protsessi aktiveerimine on olulised tegurid, mis mõjutavad edukat keemilist muundamist ja keemilise reaktori ökonoomseid (töö)kulusid.
Ultraheli parandab oluliselt vedelate ja vedelate tahkete keemiliste reaktsioonide reaktsioonikineetikat keemiliste partii reaktorites ja tekstisisese reaktsiooni anumates. Seega võib ultraheli sondide integreerimine keemilisesse reaktorisse vähendada reaktori kulusid ja parandada üldist tõhusust ja lõpptoote kvaliteeti.
Väga sageli puudub keemilise reaktori inseneril teadmised ultraheli abil protsessi täiustamise kohta. Ilma põhjalike teadmisteta võimsuse ultraheli, ultraheli agitatsiooni, akustilise kavitatsiooni ja sonokeemilise mõju mõju kohta keemiliste reaktorite jõudlusele, keemilise reaktori analüüs ja tavapärased konstruktsiooni põhialused võivad anda ainult halvemaid tulemusi. Allpool saate ülevaate keemiliste reaktorite projekteerimise ja optimeerimise ultraheli põhilistest eelistest.

Ultraheli intensiivistatud pideva segatud paagi reaktori (CSTR) eelised

    • Ultraheli täiustatud reaktorid labori ja tootmise jaoks:
      Lihtne skaleeritavus: Ultraheli protsessorid on kergesti kättesaadavad labori suuruse, piloodi ja suuremahulise tootmise jaoks
      Reprodutseeritav / korratav tulemused täpselt kontrollitavate ultraheli parameetrite tõttu
      Mahutavus ja reaktsioonikiirus: ultraheliga intensiivistunud reaktsioonid on kiiremad ja seega ökonoomsemad (madalamad kulud)
    • Sonokeemiat kohaldatakse nii üldistel kui ka erieesmärkidel

– Kohanemisvõime & mitmekülgsus, nt paindlikud paigaldus- ja seadistusvõimalused ning interdistsiplinaarne kasutamine

  • Ultraheliuuringut saab kasutada plahvatusohtlikes keskkondades
    – puhastamine (nt lämmastiku tekk)
    – avatud pinda pole
  • Lihtne puhastamine: isepuhastumine (CIP – puhas koht)
  • Valige oma eelistatud ehitusmaterjalid
    – klaas, roostevaba teras, titaan
    – pöörlevaid tihendeid pole
    – lai valik hermeetikuid
  • Ultrasonikaatoreid saab kasutada mitmesugustel temperatuuridel
  • Ultrasonikaatoreid saab kasutada mitmesugustel rõhkudel
  • Sünergiline toime teiste tehnoloogiatega, nt elektrokeemia (sono-elektrokeemia), katalüüs (sono-katalüüs), kristalliseerumine (sono-kristalliseerumine) jne.
  • Ultrahelitöötlus on ideaalne bioreaktorite, nt kääritamise tõhustamiseks.
  • Lahustumine / lahustamine: lahustumisprotsessides liiguvad osakesed ühest faasist teise, näiteks kui tahked osakesed lahustuvad vedelikus. Leitakse, et agitatsiooni aste mõjutab protsessi kiirust. Paljud väikesed kristallid lahustuvad ultraheli kavitatsiooni all palju kiiremini kui üks tavapäraselt segatud partii reaktorites. Ka siin seisneb erinevate kiiruste põhjus osakeste pindade erinevate massiülekandekiiruste juures. Näiteks ultraheli rakendatakse edukalt üleküllastunud lahenduste loomiseks, nt kristallisatsiooniprotsessides (sono-kristalliseerumine).
  • Ultraheliga edendatud keemiline ekstraheerimine:
    – Vedel-tahke aine, nt botaaniline ekstraheerimine, keemiline ekstraheerimine
    – Vedelik-vedelik: Kui ultraheli rakendatakse vedelale vedeliku ekstraheerimissüsteemile, tekib ühe teise faasi emulsioon. See emulsiooni moodustumine suurendab kahe jäljendamatu faasi vahelisi interfatsiaalseid alasid, mille tulemuseks on suurem massiülekandevoog faaside vahel.

 

Kuidas ultrahelitöötlus parandab keemilisi reaktsioone segatud paagi reaktorites?

  • Suurem kontaktpind: Reaktsioonide korral reaktorite vahel heterogeensetes faasides saavad reageerida ainult liideses üksteisega kokku põrgavad osakesed. Mida suurem on liides, seda rohkem kokkupõrkeid võib esineda. Kuna aine vedel või tahke osa laguneb väiksemateks tilkadeks või tahketeks osakesteks, mis on suspendeerituna pidevas faasis vedelikus, suureneb selle aine pindala. Lisaks suureneb suuruse vähendamise tulemusena osakeste arv ja seetõttu väheneb nende osakeste keskmine kaugus. See parandab pideva faasi kokkupuudet hajutatud faasiga. Seetõttu suureneb reaktsioonikiirus dispergeerumisfaasi killustatuse astmega. Paljud keemilised reaktsioonid dispersioonides või emulsioonides näitavad reaktsioonikiiruse drastilist paranemist ultraheli osakeste suuruse vähendamise tulemusena.
  • Katalüüs (aktiveerimisenergia): Katalüsaatorid on väga olulised paljudes keemilistes reaktsioonides, laboriarenduses ja tööstuslikus tootmises. Sageli on katalüsaatorid tahkes või vedelas faasis ja ühe reaktori või kõigi reaktoritega jäljendamatud. Seega on katalüüs sagedamini kui mitte heterogeenne keemiline reaktsioon. Kõige olulisemate põhikemikaalide, nagu väävelhape, ammoniaak, lämmastikhape, ethean ja metanool, tootmisel on oluline roll katalüsaatoritel. Suured keskkonnatehnoloogia valdkonnad põhinevad katalüütilistel protsessidel. Osakeste kokkupõrge põhjustab keemilist reaktsiooni, st aatomite ümberrühmitamist, ainult siis, kui osakesed põrkuvad piisava kineetilise energiaga. Ultraheli on väga tõhus vahend keemiliste reaktorite kineetika suurendamiseks. Heterogeense katalüüsi protsessis võib ultraheli lisamine keemilise reaktori konstruktsioonile vähendada katalüsaatori nõuet. Selle tulemuseks võib olla vähem katalüsaatorite või halvemate, vähem üllaste katalüsaatorite kasutamine.
  • Suurem kontaktsagedus / Parem massiülekanne: Ultraheli segamine ja agitatsioon on väga tõhus meetod minutipiiskade ja osakeste (st submikroni ja nanoosakeste) tekitamiseks, mis pakuvad reaktsioonide jaoks kõrgemat aktiivset pinda. Energia-ultraheli põhjustatud täiendava intensiivse agitatsiooni ja mikroliikumise korral suureneb oluliselt osakestevahelise kokkupuute sagedus, mille tulemuseks on oluliselt paranenud konversioonikiirus.
  • Suruplasma: Paljude reaktsioonide puhul põhjustab 10 Kelvini reaktori temperatuuri tõus reaktsioonikiiruse ligikaudu kahekordistumist. Ultraheli kavitatsioon toodab vedelikus lokaliseeritud väga reaktiivseid hotspote kuni 5000K, ilma keemilise reaktori üldise vedeliku mahu olulise kuumutamiseta.
  • Soojusenergia: Mis tahes ultraheli energia, mille lisate keemilise reaktori konstruktsioonile, muundatakse lõpuks soojusenergiaks. Seetõttu saate energiat keemilise protsessi jaoks uuesti kasutada. Soojusenergia sisendi asemel kütteelementide või auru abil tutvustab ultraheliuurutus protsessi, mis aktiveerib mehaanilist energiat kõrgsagedusliku vibratsiooni abil. Keemilises reaktoris toodab see ultraheli kavitatsiooni, mis aktiveeris keemilise protsessi mitmel tasandil. Lõpuks toob kemikaalide tohutu ultraheli nihke tulemuseks muundumise soojusenergiaks, st soojuseks. Jahutamiseks saate kasutada jopepartii reaktoreid või tekstisiseseid reaktoreid, et säilitada oma keemilise reaktsiooni pidev protsessi temperatuur.

Suure jõudlusega ultrasonikaatorid täiustatud keemiliste reaktsioonide jaoks CSTR-is

Hielscher Ultrasonics projekteerib, toodab ja jaotab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid ja dispergeerijaid, et integreerida need pideva segatud paagi reaktoritesse (CSTR). Hielscheri ultrasonikaatoreid kasutatakse kogu maailmas keemiliste reaktsioonide edendamiseks, intensiivistamiseks, kiirendamiseks ja parandamiseks.
Hielscher ULTRASONICS’ ultraheli protsessorid on saadaval igas suuruses alates väikestest laboriseadmetest kuni suurte tööstuslike protsessoriteni voolukeemia rakendustejaoks. Ultraheli amplituudi täpne reguleerimine (mis on kõige olulisem parameeter) võimaldab kasutada Hielscheri ultrasonikaatoreid madalal kuni väga kõrgel amplituudil ja viimistleda amplituudi täpselt konkreetse keemilise reaktsiooni süsteemi vajalike ultraheli protsessi tingimustega.
Hielscheri ultraheli generaatoril on nutikas tarkvara, millel on automaatne andmete protokollimine. Kõik olulised töötlemisparameetrid, nagu ultraheli energia, temperatuur, rõhk ja aeg, salvestatakse automaatselt sisseehitatud SD-kaardile niipea, kui seade on sisse lülitatud.
Protsesside jälgimine ja andmete salvestamine on olulised protsessi pidevaks standardimiseks ja toote kvaliteediks. Automaatselt salvestatud protsessiandmetele juurde pääsedes saate vaadata varasemaid ultrahelitöötluse käike ja hinnata tulemust.
Teine kasutajasõbralik funktsioon on meie digitaalsete ultraheli süsteemide brauseri kaugjuhtimine. Brauseri kaugjuhtimispuldi kaudu saate oma ultraheli protsessorit käivitada, peatada, reguleerida ja jälgida eemalt kõikjalt.
Võtke meiega nüüd ühendust, et saada lisateavet meie suure jõudlusega ultraheli homogenisaatorite kohta, mis võivad parandada teie pidevalt segatud paagi reaktorit (CSTR)!
Alljärgnev tabel annab teile ülevaate meie ultrahelihitiste ligikaudse töötlemisvõimsusest:

partii Köide flow Rate Soovitatavad seadmed
1 kuni 500 ml 10 kuni 200 ml / min UP100H
10 kuni 2000 ml 20 kuni 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 kuni 20 l 0.2 kuni 4 l / min UIP2000hdT
10 kuni 100 l 2 kuni 10 l / min UIP4000hdT
e.k. 10 kuni 100 l / min UIP16000
e.k. suurem klastri UIP16000

Võta meiega ühendust! / Küsi meiega!

Küsige lisateavet

Palun kasutage allolevat vormi, et küsida lisateavet ultraheli protsessorite, rakenduste ja hinna kohta. Meil on hea meel arutada teie protsessi teiega ja pakkuda teile ultraheli süsteem, mis vastab teie vajadustele!









Palun pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


Ultraheli kõrge nihega homogenisaatoreid kasutatakse laboris, pink-top, piloot ja tööstuslik töötlemine.

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid rakenduste segamiseks, hajutamiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks laboris, piloot- ja tööstuslikus mastaabis.

Kirjandus/viited



Faktid Tasub teada

Ultraheli agitatsioon keemilistes reaktorites annab paremaid tulemusi kui tavaline pidev segatud paagi reaktor või batchmix reaktor. Ultraheli agitatsioon annab rohkem nihke ja reprodutseeritavaid tulemusi kui reaktiivsegatud reaktorid, tänu paremale vedeliku segamisele ja töötlemisele reaktoripaagis või voolureaktoris.


Suure jõudlusega ultraheli! Hielscheri tootevalik hõlmab kogu spektrit alates kompaktsest labori ultraheliaatorist üle pink-top üksuste kuni täistööstuslike ultrahelisüsteemideni.

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid Lab et tööstuslik suurus.