Реакторы с непрерывно перемешиваемыми резервуарами, перемешиваемые ультразвуком

Резервуарные реакторы с непрерывным перемешиванием (CSTR) широко применяются для различных химических реакций, включая катализ, эмульсионную химию, полимеризацию, синтез, экстракцию и кристаллизацию. Кинетика медленной реакции является распространенной проблемой в CSTR, которую можно легко преодолеть путем применения силовой ультразвуковой энергии. Интенсивное перемешивание, перемешивание и сонохимические эффекты силового ультразвука ускоряют кинетику реакции и значительно улучшают скорость преобразования. Ультразвуковые аппараты могут быть легко интегрированы в КСТРА любого объема.

Зачем применять силовой ультразвук к реактору с непрерывно перемешиваемым резервуаром?

Ultrasonically intensified CSTR: Power-ultrasound prootes chemical reactions by intense agitation.Реактор с непрерывно перемешиваемым резервуаром (CSTR, или просто реактор с перемешиваемым резервуаром (STR)) по своим основным характеристикам очень похож на реактор периодического действия. Основное важное отличие заключается в том, что для установки реактора с непрерывным перемешивания (CSTR) подача материала должна обеспечиваться непрерывным потоком в реактор и из него. Питание реактора может быть достигнуто гравитационным потоком или потоком с принудительной циркуляцией с помощью насоса. CSTR иногда называют реактором с обратным смешанным потоком (BMR).
КСТР обычно используются, когда требуется перемешивание двух или более жидкостей. КСТР могут использоваться в качестве одного реактора или устанавливаться в виде ряда конфигураций для различных потоков концентрации и этапов реакции. Помимо использования реактора с одним резервуаром, обычно используется серийная установка различных резервуаров (один за другим) или каскадная установка.
Почему ультразвук? Ультразвуковое смешивание и перемешивание, а также сонохимические эффекты силового ультразвука, как известно, способствуют эффективности химических реакций. Улучшенное смешивание и уменьшение размера частиц за счет ультразвуковых колебаний и кавитации обеспечивают значительно ускоренную кинетику и повышенную скорость преобразования. Сонохимические эффекты могут доставлять необходимую энергию для инициирования химических реакций, переключения химических путей и получения более высоких выходов за счет более полной реакции.

Ультразвуково-усиленный CSTR может использоваться для таких применений, как:

  • Гетерогенные жидкостно-жидкостные реакции
  • Гетерогенные твердо-жидкие реакции
  • Гомогенные жидкофазные реакции
  • Гетерогенные газожидкостные реакции
  • Гетерогенные газо-твердые-жидкие реакции

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


The ultrasonicator UP200St in a stirred vessel for emulsification of reactants

Резервуарный реактор с непрерывным перемешиваниями (CSTR) с ультразвуковой аппарат UP200St для интенсификации процессов

Ультразвук как высокоскоростная синтетическая химическая система

Высокоскоростная синтетическая химия является новым методом реакции, используемым для инициирования и интенсификации химического синтеза. По сравнению с традиционными путями реакции, которые требуют нескольких часов или дней при рефлюксе, реакторы синтеза с ультразвуковым методом могут минимизировать продолжительность реакции до нескольких минут, что приводит к значительной ускоренной реакции синтеза. Интенсификация ультразвукового синтеза основана на принципе работы акустической кавитации и связанных с ней силах, включая локально замкнутый перегрев. Узнайте больше об ультразвуке, акустической кавитации и сонохимии в следующем разделе.

Ультразвуковая кавитация и ее сонохимические эффекты

Ультразвуковая (или акустическая) кавитация возникает, когда силовой ультразвук соединен с жидкостями или суспензиями. Кавитация – это переход из жидкой фазы в паровую, который происходит из-за падения давления до уровня пароутяжения жидкости.
Ультразвуковая кавитация создает очень высокие сдвиговые силы и струи жидкости со скоростью до 1000 м / с. Эти струи жидкости ускоряют частицы и вызывают столкновения между частицами, тем самым уменьшая размер частиц твердых тел и капель. дополнительно – локализован внутри и в непосредственной близости от взрывающегося кавитационного пузыря – генерируются чрезвычайно высокие давления порядка сотен атмосфер и температуры порядка тысяч градусов Кельвина.
Хотя ультразвук является чисто механическим методом обработки, он может привести к локально ограниченному экстремальному повышению температуры. Это связано с интенсивными силами, генерируемыми внутри и в непосредственной близости от коллапсирующих кавитационных пузырьков, где могут быть легко достигнуты температуры в несколько тысяч градусов Цельсия. В объемном растворе повышение температуры в результате имплозии одного пузырька почти незначительно, но рассеивание тепла от многочисленных кавитационных пузырьков, наблюдаемое в кавитационных горячих точках (генерируемых ультразвуком ультразвуком), может, наконец, вызвать измеримое повышение температуры объемной температуры. Преимущество ультразвука и сонохимии заключается в контролируемых температурных эффектах во время обработки: Контроль температуры объемного раствора может быть достигнут с помощью резервуаров с охлаждающими рубашками, а также импульсной обработки ультразвуком. Сложные ультразвуковые аппараты Hielscher Ultrasonics могут приостановить ультразвук при достижении верхнего температурного предела и продолжить ультразвуковую установку, как только будет достигнуто нижнее значение заданного ∆T. Это особенно важно при использовании термочувствительных реагентов.

Сонохимия улучшает кинетику реакций

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.Поскольку ультразвук вызывает интенсивные вибрации и кавитацию, химическая кинетика затрагивается. Кинетика химической системы тесно коррелирует с кавитационным расширением пузырька и имплозией, что существенно влияет на динамику движения пузырьков. Растворенные газы в растворе химической реакции влияют на характеристики сонохимической реакции как термическими, так и химическими эффектами. Тепловые эффекты влияют на пиковые температуры, которые достигаются при коллапсе пузырьков в кавитационной пустоте; химическое воздействие изменяет воздействие газов, которые непосредственно участвуют в реакции.
Гетерогенные и однородные реакции с медленной кинетикой реакций, включая реакции соединения Судзуки, осаждение, кристаллизацию и эмульсионную химию, предопределены к инициированию и продвижению с помощью силового ультразвука и его сонохимических эффектов.
Например, для синтеза феруловой кислоты низкочастотная (20 кГц) ультразвуковая подготовка мощностью 180 Вт давала выход феруловой кислоты 94% при 60°С за 3 ч. Эти результаты Truong et al. (2018) демонстрируют, что использование низкой частоты (тип рупора и высокомощное облучение) значительно улучшило коэффициент конверсии, давая выход выше 90%.

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


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.

Реактор с непрерывно перемешиваемым резервуаром (CSTR) со встроенным ультразвуковым аппаратом UIP2000hdT (2 кВт, 20 кГц) для улучшения кинетики и коэффициентов конверсии.

Ультразвуково-усиленная химия эмульсий

Гетерогенные реакции, такие как химия эмульсий, значительно выигрывают от применения силового ультразвука. Ультразвуковая кавитация уменьшала и распределяла капли каждой фазы однородно друг внутри друга, создавая субмикрон или наноэмульсию. Поскольку наноразмерные капли предлагают резко увеличенную площадь поверхности для взаимодействия с различными каплями, массоперенос и скорость реакции значительно улучшаются. При ультразвуковой очистке реакции, известные своей типично медленной кинетикой, показывают значительно улучшенные коэффициенты конверсии, более высокие выходы, меньше побочных продуктов или отходов и лучшую общую эффективность. Ультразвуково улучшенная химия эмульсий часто применяется для полимеризации эмульсий, например, для производства полимерных смесей, клеев на водной основе и специальных полимеров.

10 вещей, которые вы должны знать, прежде чем купить химический реактор

Когда вы выбираете химический реактор для химического процесса, есть много факторов, которые влияют на оптимальную конструкцию химического реактора. Если ваш химический процесс включает в себя многофазные, гетерогенные химические реакции и имеет кинетику медленной реакции, перемешивание реактора и активация процесса являются важными факторами, влияющими на успешную химическую конверсию и экономические (эксплуатационные) затраты химического реактора.
Ультразвук значительно улучшает кинетику реакций жидкостно-жидкостных и жидко-твердых химических реакций в реакторах химической партии и в поточных реакционных сосудах. Следовательно, интеграция ультразвуковых зондов в химический реактор может снизить затраты на реактор и повысить общую эффективность и качество конечного продукта.
Очень часто химической реакторной технике не хватает знаний об улучшении процесса с помощью ультразвука. Без глубоких знаний о влиянии мощности ультразвука, ультразвукового перемешивания, акустической кавитации и сонохимического воздействия на производительность химического реактора, химический анализ реактора и основы традиционного проектирования могут дать только худшие результаты. Ниже вы получите обзор фундаментальных преимуществ ультразвука для проектирования и оптимизации химических реакторов.

Преимущества ультразвуково-усиленного реактора непрерывного перемешивания (CSTR)

  • Ультразвуковые усовершенствованные реакторы для лабораторий и производства:
    Простая масштабируемость: Ультразвуковые процессоры легко доступны для лабораторного размера, пилотного и крупномасштабного производства
    Воспроизводимый / воспроизводимый результаты благодаря точно контролируемым ультразвуковым параметрам
    Производительность и скорость реакции: ультразвуковые интенсификации реакций быстрее и, следовательно, экономичнее (более низкие затраты)
  • Сонохимия применима как для общих, так и для специальных целей
  • – приспособляемость & универсальность, например, гибкие варианты установки и настройки и междисциплинарное использование

  • Ультразвук может использоваться во взрывоопасных средах
    – продувка (например, азотное одеяло)
    – без открытой поверхности
  • Простая очистка: самоочищет (CIP) – чистый на месте)
  • Выберите предпочитаемые материалы строительства
    – стекло, нержавеющая сталь, титан
    – отсутствие поворотных уплотнений
    – широкий выбор герметиков
  • Ультразвуковые аппараты могут использоваться в широком диапазоне температур
  • Ультразвуковые аппараты могут использоваться при широком диапазоне давлений
  • Синергетический эффект с другими технологиями, например, электрохимией (соно-электрохимия), катализом (соно-катализ), кристаллизацией (сонокристаллизацией) и др.
  • Ультразвук идеально подходит для улучшения биореакторов, например, ферментации.
  • Растворение / Растворение: В процессах растворения частицы переходят из одной фазы в другую, например, когда твердые частицы растворяются в жидкости. Установлено, что степень перемешивания влияет на скорость процесса. Многие мелкие кристаллы растворяются гораздо быстрее при ультразвуковой кавитации, чем в реакторах с условным перемешиванием. Здесь также причина различных скоростей кроется в разных скоростях массопереноса на поверхностях частиц. Например, ультразвуковая обработка успешно применяется для создания пересыщеных растворов, например, в процессах кристаллизации (сонокристаллизации).
  • Ультразвуковая химическая экстракция:
    – Жидко-твердая, например, ботаническая экстракция, химическая экстракция
    – Жидкость-жидкость: Когда ультразвук применяется к системе экстракции жидкости и жидкости, создается эмульсия одной из фаз в другой. Это образование эмульсии приводит к увеличению межфазных площадей между двумя несмешиваемыми фазами, что приводит к усилению потока массопереноса между фазами.

Как ультразвук улучшает химические реакции в реакторах с перемешиваемым резервуаром?

  • Большая контактная поверхность: В реакциях между реагентами в гетерогенных фазах могут реагировать только частицы, которые сталкиваются друг с другом на границе раздела. Чем больше интерфейс, тем больше столкновений может произойти. Когда жидкая или твердая часть вещества разбивается на более мелкие капли или твердые частицы, взвешенные в непрерывной фазе жидкости, площадь поверхности этого вещества увеличивается. Кроме того, в результате уменьшения размера увеличивается количество частиц и, следовательно, уменьшается среднее расстояние между этими частицами. Это улучшает воздействие непрерывной фазы на дисперсную фазу. Поэтому скорость реакции увеличивается со степенью фрагментации дисперсной фазы. Многие химические реакции в дисперсиях или эмульсиях показывают резкое улучшение скорости реакции в результате уменьшения размера ультразвуковых частиц.
  • Катализ (энергия активации): Катализаторы имеют большое значение во многих химических реакциях, в лабораторных разработках и в промышленном производстве. Часто катализаторы находятся в твердой или жидкой фазе и несшиваются с одним реагентом или всеми реагентами. Следовательно, чаще всего катализ представляет собой гетерогенную химическую реакцию. В производстве наиболее важных основных химических веществ, таких как серная кислота, аммиак, азотная кислота, этилен и метанол, катализаторы играют важную роль. Большие области экологических технологий основаны на каталитических процессах. Столкновение частиц приводит к химической реакции, т.е. перегруппировке атомов, только в том случае, если частицы сталкиваются с достаточной кинетической энергией. Ультразвук является высокоэффективным средством повышения кинетики в химических реакторах. В процессе гетерогенного катализа добавление ультразвука к конструкции химического реактора может снизить потребность в катализаторе. Это может привести к использованию меньшего катализатора или более низких, менее благородных катализаторов.
  • Более высокая частота контакта / Улучшенный массообнос: Ультразвуковое смешивание и перемешивание является высокоэффективным методом для получения мельчайших капель и частиц (т.е. субмикрон и наночастиц), которые предлагают более высокую активную поверхность для реакций. При дополнительном интенсивном перемешивании и микромощности, вызванных силовым ультразвуком, частота контакта между частицами резко увеличивается, что приводит к значительному улучшению скорости преобразования.
  • Сжатая плазма: Для многих реакций повышение температуры реактора на 10 Кельвинов приводит к тому, что скорость реакции примерно удваивается. Ультразвуковая кавитация создает локализованные высокореактивные горячие точки до 5000K внутри жидкости без существенного нагрева общего объема жидкости в химическом реакторе.
  • Тепловая энергия: Любая ультразвуковая энергия, которую вы добавляете в конструкцию химического реактора, будет, наконец, преобразована в тепловую энергию. Таким образом, вы можете повторно использовать энергию для химического процесса. Вместо ввода тепловой энергии нагревательными элементами или паром ультразвук вводит процесс, активирующий механическую энергию с помощью высокочастотных колебаний. В химическом реакторе это производит ультразвуковую кавитацию, которая активирует химический процесс на нескольких уровнях. Наконец, огромный ультразвуковой сдвиг химических веществ приводит к преобразованию в тепловую энергию, то есть тепло. Вы можете использовать периодические реакторы с рубашкой или встроенные реакторы для охлаждения, чтобы поддерживать постоянную температуру процесса для вашей химической реакции.

Высокоэффективные ультразвуковые аппараты для улучшения химических реакций в CSTR

Hielscher Ultrasonics разрабатывает, производит и распространяет высокоэффективные ультразвуковые гомогенизаторы и диспергаторы для интеграции в реакторы с непрерывным перемешиванием (CSTR). Ультразвуковые аппараты Hielscher используются во всем мире для стимулирования, интенсификации, ускорения и улучшения химических реакций.
Hielscher Ультразвук’ Ультразвуковые процессоры доступны в любом размере от небольших лабораторных устройств до крупных промышленных процессоров для применения в химическом потоке. Точная регулировка ультразвуковой амплитуды (которая является наиболее важным параметром) позволяет эксплуатировать ультразвуковые аппараты Hielscher на низких и очень высоких амплитудах и точно настраивать амплитуду в соответствии с требуемыми условиями ультразвукового процесса конкретной системы химических реакций.
Ультразвуковой генератор Hielscher оснащен интеллектуальным программным обеспечением с автоматическим протоколом передачи данных. Все важные параметры обработки, такие как ультразвуковая энергия, температура, давление и время, автоматически сохраняются на встроенной SD-карте, как только устройство включено.
Мониторинг процессов и запись данных имеют важное значение для непрерывной стандартизации процессов и качества продукции. Доступ к автоматически записанным данным процесса, вы можете пересмотреть предыдущие запуски sonication и оценить результат.
Еще одной удобной функцией является удаленное управление браузером наших цифровых ультразвуковых систем. С помощью пульта дистанционного управления браузером вы можете начать, остановить, настроить и контролировать ультразвуковой процессор удаленно из любого места.
Свяжитесь с нами сейчас, чтобы узнать больше о наших высокоэффективных ультразвуковых гомогенизаторах, которые могут улучшить ваш реактор с непрерывным перемешиваниями (CSTR)!
В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:

Объем партии Скорость потока Рекомендуемые устройства
От 1 до 500 мл От 10 до 200 мл / мин UP100H
От 10 до 2000 мл От 20 до 400 мл / мин Uf200 ः т, UP400St
0.1 до 20L 0.2 до 4L / мин UIP2000hdT
От 10 до 100 литров От 2 до 10 л / мин UIP4000hdT
не доступно От 10 до 100 л / мин UIP16000
не доступно больше кластер UIP16000

Свяжитесь с нами! / Спросите нас!

Запросить дополнительную информацию

Пожалуйста, используйте форму ниже, чтобы запросить дополнительную информацию об ультразвуковых процессорах, приложениях и цене. Мы будем рады обсудить ваш процесс с Вами и предложить вам ультразвуковую систему, отвечая вашим требованиям!









Пожалуйста, обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


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

Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов для смешивания приложений, дисперсии, эмульгации и экстракции в лабораторных, пилотных и промышленных масштабах.

Литература / Ссылки



Полезные сведения

Ультразвуковое перемешивание в химических реакторах дает лучшие результаты, чем обычный реактор с непрерывным перемешиванием или реактор с периодическим смешением. Ультразвуковое перемешивание дает больше сдвига и более воспроизводимые результаты, чем реакторы со струйным перемешиванием, благодаря лучшему смешиванию и обработке жидкости в баке реактора или в проточном реакторе.


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 производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов из лаборатория в промышленного размера.