Reaktori s neprekidnim miješanjem spremnika uznemireni ultrazvukom

Kontinuirano miješani reaktori spremnika (CSTR) široko se primjenjuju za različite kemijske reakcije, uključujući katalizu, kemiju emulzije, polimerizaciju, sintezu, ekstrakciju i kristalizaciju. Spora kinetika reakcije je čest problem u CSTR-u, koji se lako može prevladati primjenom power-ultrasonication. Intenzivno miješanje, uznemirenost i sonokemijski učinci power-ultrazvuka ubrzavaju kinetiku reakcije i značajno poboljšavaju stopu pretvorbe. Ultrasonicators se lako može integrirati u CSTR bilo kojeg volumena.

Zašto primjena power-ultrazvuka na reaktor spremnika koji se stalno miješa?

Ultrasonically intensified CSTR: Power-ultrasound prootes chemical reactions by intense agitation.Reaktor spremnika s neprekidnim miješanjem (CSTR ili jednostavno miješani reaktor spremnika (STR)) po svojim je glavnim karakteristikama vrlo sličan skupnom reaktoru. Glavna važna razlika je u tome što se za kontinuirano miješanje reaktora spremnika (CSTR) napajanje materijala mora osigurati u kontinuiranom protoku u reaktor i iz reaktora. Hranjenje reaktora može se postići gravitacijskim protokom ili protokom prisilne cirkulacije pomoću pumpe. CSTR se ponekad naziva back-mixed flow reaktor (BMR).
CSTR-ovi se obično koriste kada je potrebna agitacija dvije ili više tekućina. CSTR-ovi se mogu koristiti kao jedinstveni reaktor ili se mogu instalirati kao niz konfiguracija za različite tokove koncentracije i korake reakcije. Osim uporabe jednog reaktora spremnika, obično se koristi serijska ugradnja različitih spremnika (jedan za drugim) ili kaskadno postavljanje.
Zašto ultrazvuka? Ultrazvučno miješanje i uznemirenost, kao i sonokemijski učinci ultrazvuka snage dobro su poznati da doprinose učinkovitosti kemijskih reakcija. Poboljšano miješanje i smanjenje veličine čestica zbog ultrazvučnih vibracija i kavitacije pružaju značajno ubrzanu kinetiku i poboljšanu stopu pretvorbe. Sonokemijski učinci mogu pružiti potrebnu energiju za pokretanje kemijskih reakcija, prebacivanje kemijskih putova i davanje većih prinosa zbog potpunije reakcije.

Ultrazvučno pojačan CSTR može se koristiti za aplikacije kao što su:

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

Zahtjev za informacijama




Primijetite naše pravila o privatnosti,


The ultrasonicator UP200St in a stirred vessel for emulsification of reactants

Reaktor spremnika koji se neprestano miješa (CSTR) s ultrasonicator UP200St za intenziviranje procesa

Ultrazvuka kao brzi sintetički kemijski sustav

Brza sintetička kemija je nova tehnika reakcije koja se koristi za pokretanje i intenziviranje kemijske sinteze. U usporedbi s tradicionalnim reakcijskim putevima, koji trebaju nekoliko sati ili dana pod refluksom, ultrazvučno promovirani reaktori sinteze mogu smanjiti trajanje reakcije na nekoliko minuta što rezultira značajnom ubrzanom reakcijom sinteze. Ultrazvučna sinteza intenziviranje temelji se na radnom principu akustične kavitacije i srodnih sila, uključujući lokalno ograničeno pregrijavanje. Saznajte više o ultrazvuku, akustičnoj kavitaciji i ultrazvučnoj kemiji u sljedećem odjeljku.

Ultrazvučna kavitacija i njezini sonokemijski učinci

Ultrazvučna (ili akustična) kavitacija nastaje kada je ultrazvuk snage spojen u tekućine ili kaše. Kavitacija je prijelaz iz tekuće faze u fazu pare, koja nastaje zbog pada tlaka do razine napetosti pare tekućine.
Ultrazvučna kavitacija stvara vrlo visoke sile smicanja i tekuće mlaznice s do 1000m / s. Ovi tekući mlazovi ubrzavaju čestice i uzrokuju sudare između čestica čime se smanjuje veličina čestica krutih tvari i kapljica. osim toga – lokaliziran unutar i u neposrednoj blizini implodirajućig kavitacijskog mjehurića – stvaraju se ekstremno visoki pritisci na red stotina atmosfera i temperatura po redu tisuća stupnjeva Kelvina.
Iako je ultrazvuka je čisto mehanička metoda obrade, to može proizvesti lokalno ograničen ekstremni porast temperature. To je zbog intenzivnih sila generiranih unutar i u neposrednoj blizini urušavanja kavitacijskih mjehurića, gdje se lako mogu postići temperature od nekoliko tisuća stupnjeva Celzija. U skupnoj otopini, povećanje temperature koje proizlazi iz jedne implozije mjehurića gotovo je zanemarivo, ali rasipanje topline iz brojnih kavitacijskih mjehurića kao što je uočeno u kavitacijskim vrućim točkama (kao što je generirano ultrazvukom velike snage) konačno može uzrokovati mjerljivo povećanje temperature u rasutom stanju. Prednost ultrazvuka i ultrazvučne kemije leži u kontroliranim temperaturnim učincima tijekom obrade: Kontrola temperature skupne otopine može se postići pomoću spremnika s rashladnim jaknama, kao i pulsirajućom ultrazvukom. Hielscher Ultrasonics 'sofisticirani ultrasonicators može pauzirati ultrazvuk kada se dosegne gornja granica temperature i nastaviti s ultrazvukom čim se postigne niža vrijednost seta ∆T. To je osobito važno kada se koriste reaktanti osjetljivi na toplinu.

Ultrazvučna kemija 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.Budući da ultrazvukom generira intenzivne vibracije i kavitacije, kemijska kinetika su pogođeni. Kinetika kemijskog sustava usko korelira s ekspanzijom i implozijom kavitacijskog mjehurića, pri čemu značajno utječe na dinamiku kretanja mjehurića. Otopljeni plinovi u otopini kemijske reakcije utječu na karakteristike sonokemijske reakcije putem toplinskih učinaka i kemijskih učinaka. Toplinski učinci utječu na vršne temperature koje se postižu tijekom kolapsa mjehurića unutar šupljine kavitacije; kemijski učinci mijenjaju učinke plinova, koji su izravno uključeni u reakciju.
Heterogene i homogene reakcije s kinetikom spore reakcije, uključujući Suzuki reakcije spajanja, oborine, kristalizaciju i kemiju emulzije predodređene su za pokretanje i promicanje putem power-ultrazvuka i njegovih sonokemijskih učinaka.
Na primjer, za sintezu ferulične kiseline, niskofrekventna (20kHz) ultrazvukom snage 180 W dala je 94% prinosa ferulične kiseline na 60 ° C u 3 h. Ovi rezultati Truong et al. (2018) pokazuju da je uporaba niske frekvencije (tip roga i zračenje velike snage) poboljšala stopu konverzije značajno dajući prinose veće od 90%.

Zahtjev za informacijama




Primijetite naše pravila o 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.

Reaktor spremnika koji se kontinuirano miješa (CSTR) s integriranim ultrasonicatorom UIP2000hdT (2kW, 20kHz) za poboljšanu kinetiku i stope konverzije.

Ultrazvučno pojačana kemija emulzije

Heterogene reakcije kao što je kemija emulzije značajno imaju koristi od primjene ultrazvuka snage. Ultrazvučna kavitacija smanjila i distribuirala kapljice svake faze homogeno jedna unutar druge stvarajući sub-mikron ili nano-emulziju. Budući da kapljice nano veličine nude drastično povećanu površinu za interakciju s različitim kapljicama, značajno se poboljšavaju prijenos mase i brzina reakcije. Pod ultrazvukom, reakcije poznate po svojim tipično sporim kinetikama pokazuju dramatično poboljšane stope pretvorbe, veće prinose, manje by-products ili otpad i bolju ukupnu učinkovitost. Ultrazvučno poboljšana kemija emulzije često se primjenjuje za polimerizaciju emulzija, npr. za proizvodnju polimernih mješavina, ljepila koja se prenose vodom i specijalnih polimera.

10 stvari koje biste trebali znati, prije nego što kupite kemijski reaktor

Kada odaberete kemijski reaktor za kemijski proces, postoje mnogi čimbenici koji utječu na optimalni dizajn kemijskog reaktora. Ako vaš kemijski proces uključuje višefazne, heterogene kemijske reakcije i ima sporu kinetiku reakcije, agitacija reaktora i aktivacija procesa ključni su utjecajni čimbenici za uspješnu kemijsku pretvorbu i za ekonomične (operativne) troškove kemijskog reaktora.
Ultrasonication poboljšava reakcijsku kinetiku tekućih tekućina i tekućina-čvrste kemijske reakcije u kemijskim serijskim reaktorima i inline reakcijskim posudama značajno. Stoga, integracija ultrazvučnih sondi u kemijski reaktor može smanjiti troškove reaktora i poboljšati ukupnu učinkovitost i kvalitetu konačnog proizvoda.
Vrlo često, kemijski reaktor inženjering nema znanje o ultrazvučno potpomognutom poboljšanju procesa. Bez dubokog znanja o utjecaju ultrazvuka snage, ultrazvučna agitacija, akustična kavitacija i sonokemijski učinci na performanse kemijskih reaktora, analiza kemijskih reaktora i konvencionalni osnove dizajna mogu proizvesti samo inferiorne rezultate. U nastavku ćete dobiti pregled temeljnih prednosti ultrazvuka za dizajn i optimizaciju kemijskih reaktora.

Prednosti ultrazvučno pojačanog reaktora kontinuiranih miješanih spremnika (CSTR)

  • Ultrazvučno poboljšani reaktori za laboratorij i proizvodnju:
    Jednostavna skalabilnost: Ultrazvučni procesori su lako dostupni za veličinu laboratorija, pilot i velike proizvodnje
    Ponovljivo / ponovljivo rezultati zbog precizno kontroliranih ultrazvučnih parametara
    Kapacitet i brzina reakcije: ultrazvučno pojačane reakcije su brže i time ekonomičnije (niži troškovi)
  • Ultrazvučna kemija primjenjiva je za opće i posebne namjene
  • – prilagodljivost & svestranost, npr. fleksibilne mogućnosti ugradnje i postavljanja te interdisciplinarna primjena

  • Ultrasonication se može koristiti u eksplozivnim okruženjima
    – čišćenje (npr. dušikov pokrivač)
    – nema otvorene površine
  • Jednostavno čišćenje: samočišćenje (CIP – čisto na mjestu)
  • Odaberite željene građevinske materijale
    – staklo, nehrđajući čelik, titan
    – nema rotacijskih brtvi
    – širok izbor brtvila
  • Ultrasonicators se može koristiti u širokom rasponu temperatura
  • Ultrasonicators se može koristiti na širokom rasponu pritisaka
  • Sinergistički učinak s drugim tehnologijama, npr. elektrokemija (sono-elektrokemija), kataliza (sono-kataliza), kristalizacija (sono-kristalizacija) itd.
  • Sonication je idealan za poboljšanje bioreaktora, npr.
  • Otapanje / otapanje: U procesima otapanja čestice prelaze iz jedne faze u drugu, npr. kada se krute čestice otope u tekućini. Utvrđeno je da stupanj uznemirenosti utječe na brzinu procesa. Mnogi mali kristali se otapaju mnogo brže pod ultrazvučnom kavitacijom od jednog u konvencionalno miješanim skupnim reaktorima. I ovdje razlog za različite brzine leži u različitim brzinama prijenosa mase na površinama čestica. Na primjer, ultrazvuka se uspješno primjenjuje za stvaranje prezasićenih rješenja, npr. u procesima kristalizacije (sono-kristalizacija).
  • Ultrazvučno promovirana kemijska ekstrakcija:
    – Tekućina-krutina, npr. botanička ekstrakcija, kemijska ekstrakcija
    – Tekućina-tekućina: Kada se ultrazvuk primjenjuje na sustav ekstrakcije tekućine i tekućine, stvara se emulzija jedne od faza u drugoj. Ovo formiranje emulzije dovodi do povećanih međupovršiljnih područja između dviju nepokretnih faza što rezultira poboljšanim tokom prijenosa mase između faza.

Kako ultrazvukom poboljšati kemijske reakcije u miješanim reaktorima spremnika?

  • Veća površina kontakta: U reakcijama između reaktanata u heterogenim fazama mogu reagirati samo čestice koje se međusobno sudaraju na sučelju. Što je sučelje veće, to se više sudara može dogoditi. Budući da se tekući ili kruti dio tvari razlaglašava na manje kapljice ili krute čestice suspendirane u tekućini kontinuirane faze, površina ove tvari se povećava. Nadalje, kao rezultat smanjenja veličine, broj čestica se povećava i stoga se smanjuje prosječna udaljenost između tih čestica. To poboljšava izloženost kontinuirane faze raspršenoj fazi. Stoga se brzina reakcije povećava s stupnjem fragmentacije faze raspršivanja. Mnoge kemijske reakcije u disperzijama ili emulzijama pokazuju drastična poboljšanja brzine reakcije kao rezultat ultrazvučnog smanjenja veličine čestica.
  • Kataliza (aktivacijska energija): Katalizatori su od velike važnosti u mnogim kemijskim reakcijama, u razvoju laboratorija i industrijskoj proizvodnji. Često su katalizatori u čvrstoj ili tekućoj fazi i nepokretni s jednim reaktantima ili svim reaktantima. Stoga, češće nego ne, kataliza je heterogena kemijska reakcija. U proizvodnji najvažnijih osnovnih kemikalija kao što su sumporna kiselina, amonijak, dušična kiselina, eten i metanol, katalizatori igraju važnu ulogu. Velika područja ekološke tehnologije temelje se na katalitičkim procesima. Sudar čestica dovodi do kemijske reakcije, odnosno pregrupiranja atoma, samo ako se čestice sudare s dovoljno kinetičke energije. Ultrasonication je vrlo učinkovito sredstvo za povećanje kinetike u kemijskim reaktorima. U procesu heterogene katalize, dodavanje ultrazvuka dizajnu kemijskog reaktora može smanjiti zahtjev za katalizatorom. To može rezultirati upotrebom manje katalizatora ili inferiornih, manje plemenitih katalizatora.
  • Veća učestalost kontakta / Poboljšani prijenos mase: Ultrazvučno miješanje i agitacija je vrlo učinkovita metoda za generiranje minuta kapljica i čestica (tj. sub-mikrona i nano-čestica), koje nude veću aktivnu površinu za reakcije. Pod dodatnom intenzivnom agitacijom i mikro-kretanjem uzrokovanim power-ultrazvukom, učestalost kontakta između čestica drastično se povećava što rezultira značajno poboljšanom stopom pretvorbe.
  • Komprimirana plazma: Za mnoge reakcije, povećanje temperature reaktora od 10 Kelvina uzrokuje da se brzina reakcije otprilike udvostruči. Ultrazvučna kavitacija proizvodi lokalizirane visoko reaktivne žarišne točke do 5000K unutar tekućine, bez značajnog zagrijavanja ukupnog volumena tekućine u kemijskom reaktoru.
  • toplinska energija: Bilo koja ultrazvučna energija koju dodate dizajnu kemijskog reaktora, konačno će se pretvoriti u toplinsku energiju. Stoga možete ponovno umješati energiju za kemijski proces. Umjesto unosa toplinske energije grijaćim elementima ili parom, ultrazvuka uvodi proces aktiviranja mehaničke energije pomoću visokofrekventnih vibracija. U kemijskom reaktoru to proizvodi ultrazvučnu kavitaciju koja je aktivirala kemijski proces na više razina. Konačno, ogromno ultrazvučno šišanje kemikalija rezultira pretvorbom u toplinsku energiju, tj. Za hlađenje možete koristiti reaktore serije sa jaknom ili linijske reaktore kako biste održali stalnu temperaturu procesa za svoju kemijsku reakciju.

Ultrasonicators visokih performansi za poboljšane kemijske reakcije u CSTR

Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučne homogenizatore i raspršivače visokih performansi za integraciju u kontinuirane miješane reaktore spremnika (CSTR). Hielscher ultrasonicators se koriste širom svijeta za promicanje, intenziviranje, ubrzavanje i poboljšanje kemijskih reakcija.
Hielscher Ultrasonics’ ultrazvučni procesori su dostupni u bilo kojoj veličini od malih laboratorijskih uređaja do velikih industrijskih procesora za primjene kemije protoka. Precizna prilagodba ultrazvučne amplitude (koja je najvažniji parametar) omogućuje rad Hielscher ultrasonicators na niskim do vrlo visokim amplitudama i fino podešavanje amplitude točno na potrebne ultrazvučne procesne uvjete specifičnog kemijskog reakcijskog sustava.
Hielscherov ultrazvučni generator ima pametan softver s automatskim protokoliranjem podataka. Svi važni parametri obrade kao što su ultrazvučna energija, temperatura, tlak i vrijeme automatski se pohranjuju na ugrađenu SD karticu čim se uređaj uključi.
Praćenje procesa i bilježenje podataka važni su za kontinuiranu standardizaciju procesa i kvalitetu proizvoda. Pristupom automatski snimljenim podacima o postupku možete revidirati prethodne sonikacije i procijeniti ishod.
Još jedna značajka prilagođena korisnicima je daljinski upravljač preglednika naših digitalnih ultrazvučnih sustava. Putem daljinskog kontrole preglednika možete pokrenuti, zaustaviti, prilagoditi i pratiti svoj ultrazvučni procesor na daljinu s bilo kojeg mjesta.
Obratite nam se sada kako biste saznali više o našim ultrazvučnim homogenizatorima visokih performansi koji mogu poboljšati vaš stalno miješani reaktor spremnika (CSTR)!
Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Batch Volumen Protok Preporučeni uređaji
1 do 500 mL 10 do 200 mL / min UP100H
10 do 2000 ml 20 do 400 mL / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L / min UIP2000hdT
10 do 100L 2 do 10 l / min UIP4000hdT
N.a. 10 do 100 l / min UIP16000
N.a. veći grozd UIP16000

Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!

Zatražite dodatne informacije

Molimo koristite obrazac u nastavku kako biste zatražili dodatne informacije o ultrazvučnim procesorima, aplikacijama i cijeni. Rado ćemo razgovarati o vašem procesu s vama i ponuditi vam ultrazvučni sustav koji zadovoljava vaše zahtjeve!









Molimo, imajte na umu da je pravila o 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, emulzifikaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.

Književnost / Reference



Činjenice koje vrijedi znati

Ultrazvučna agitacija u kemijskim reaktorima daje bolje rezultate od konvencionalnog kontinuiranog reaktora miješanih spremnika ili batchmix reaktora. Ultrazvučna agitacija proizvodi više smicanja i više ponovljivih rezultata od mlaznih miješanih 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 Laboratorija do industrijske veličine.