Nepretržite miešané tankové reaktory rozrušené ultrazvukom

Nepretržite miešané reaktory (CSTR) sú široko používané pre rôzne chemické reakcie vrátane katalýzy, emulzie chémie, polymerizácie, syntézy, extrakcie a kryštalizácie. Pomalá reakčná kinetika je bežným problémom v CSTR, ktorý možno ľahko prekonať aplikáciou power-ultrazvukom. Intenzívne miešanie, miešanie a sonochemical účinky power-ultrazvuk urýchliť reakčnú kinetiku a výrazne zlepšiť rýchlosť konverzie. Ultrasonicators možno ľahko integrovať do CSTRs akéhokoľvek objemu.

Prečo použitie power-ultrazvuk na nepretržite miešané tank reaktora?

Ultrasonically intensified CSTR: Power-ultrasound prootes chemical reactions by intense agitation.Reaktor s nepretržitým miešaním (CSTR, alebo jednoducho miešaný reaktor nádrže (STR)) je vo svojich hlavných charakteristikách veľmi podobný dávkovému reaktoru. Hlavným dôležitým rozdielom je, že pre nastavenie reaktora s nepretržitým miešaním (CSTR) musí byť krmivo materiálu zabezpečené v nepretržitom prietoku do reaktora a z neho. Kŕmenie reaktora sa môže dosiahnuť gravitačným prietokom alebo tokom nútenej cirkulácie pomocou čerpadla. CSTR sa niekedy nazýva reaktor so zmiešaným prietokom (BMR).
CSTR sa bežne používajú, ak sa vyžaduje miešanie dvoch alebo viacerých kvapalín. CSTR môžu byť použité ako jeden reaktor alebo inštalované ako séria konfigurácií pre rôzne koncentračné prúdy a reakčné kroky. Okrem použitia reaktora s jednou nádržou sa bežne používa sériová inštalácia rôznych nádrží (jedna po druhej) alebo kaskádové nastavenie.
Prečo ultrazvukom? Ultrazvukový miešanie a miešanie, rovnako ako sonochemical účinky výkonu ultrazvuk sú dobre známe, že prispievajú k účinnosti chemických reakcií. Zlepšené miešanie a zníženie veľkosti častíc v dôsledku ultrazvukových vibrácií a kavitácie poskytujú výrazne zrýchlenú kinetiku a zvýšenú mieru konverzie. Sonochemical účinky môžu priniesť potrebnú energiu na začatie chemických reakcií, zmenu chemických ciest a poskytnúť vyššie výnosy v dôsledku úplnejšie reakcie.

Rozpúšťadle-intenzifikované CSTR môžu byť použité pre aplikácie, ako sú:

  • Heterogénne kvapalné reakcie
  • Heterogénne reakcie tuhej kvapaliny
  • Homogénne reakcie kvapalnej fázy
  • Heterogénne reakcie plynových kvapalín
  • Heterogénne reakcie plyn-tuhá kvapalina

Žiadosť o informácie





The ultrasonicator UP200St in a stirred vessel for emulsification of reactants

Nepretržite miešaný reaktor nádrže (CSTR) s Ultrasonicator UP200St na intenzifikáciu procesov

Ultrazvukom ako vysokorýchlostný syntetický chemický systém

Vysokorýchlostná syntetická chémia je nová reakčná technika, ktorá sa používa na iniciovanie a zintenzívnenie chemickej syntézy. V porovnaní s tradičnými reakčnými cestami, ktoré potrebujú niekoľko hodín alebo dní pod refluxom, rozpúšťadle propagované syntézové reaktory môžu minimalizovať trvanie reakcie na niekoľko minút, čo vedie k významnej zrýchlenej syntéznej reakcii. Ultrazvukový syntéza intenzifikácia je založená na pracovnom princípe akustickej kavitácie a jej súvisiacich síl, vrátane lokálne obmedzeného prehriatia. Viac informácií o ultrazvuku, akustickej kavitácii a sonochemistry nájdete v ďalšej časti.

Ultrazvukový kavitácie a jeho sonochemical účinky

Ultrazvukový (alebo akustický) kavitácie nastane, keď výkon ultrazvuk je spojené do kvapalín alebo kalov. Kavitácia je prechod z kvapalnej fázy do fázy pár, ku ktorému dochádza v dôsledku poklesu tlaku na úroveň napätia pary kvapaliny.
Ultrazvukový kavitácie vytvára veľmi vysoké nožné sily a kvapalné trysky s až 1000m/s. Tieto kvapalné trysky urýchľujú častice a spôsobujú zrážky medzi časticami, čím znižujú veľkosť častíc pevných a kvapôčok. dodatočne – lokalizované v rámci a v tesnej blízkosti implodujúce kavitácie bubliny – vznikajú extrémne vysoké tlaky na poradie stoviek atmosfér a teploty rádovej tisícky stupňov Kelvina.
Hoci ultrazvukom je čisto mechanická metóda spracovania, môže produkovať lokálne obmedzený extrémny nárast teploty. Je to spôsobené intenzívnymi silami generovaných vo vnútri a v tesnej blízkosti zrútených kavitácií, kde je možné ľahko dosiahnuť teploty niekoľko tisíc stupňov Celzia. V hromadnom roztoku, zvýšenie teploty vyplývajúce z jednej bubliny imploze je takmer zanedbateľné, ale odvod tepla z mnohých kavitácie bubliny pozorované v kavitácie hot-spots (ako je generované ultrazvukom s vysokým výkonom ultrazvukom) môže konečne spôsobiť merateľné zvýšenie teploty v objemovej teplote. Výhodou ultrazvukom a sonochemistry spočíva v kontrolovateľné teplotné účinky počas spracovania: Regulácia teploty hromadného roztoku možno dosiahnuť pomocou nádrží s chladiacimi plášťami, rovnako ako pulzné ultrazvukom. Hielscher Ultrasonics' sofistikované ultrasonicators môže pozastaviť ultrazvuk, keď sa dosiahne horný teplotný limit a pokračovať s ultrazvukom, akonáhle sa dosiahne nižšia hodnota stanoveného ∆T. To je obzvlášť dôležité, keď sa používajú reakty citlivé na teplo.

Sonochemistry zlepšuje reakčnú kinetiku

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.Vzhľadom k tomu, ultrazvukom vytvára intenzívne vibrácie a kavitácie, chemická kinetika sú ovplyvnené. Kinetika chemického systému úzko koreluje s expanziou a implóziou kavitácie bubliny, čím výrazne ovplyvňuje dynamiku pohybu bublín. Rozpustené plyny v roztoku chemickej reakcie ovplyvňujú vlastnosti sonochemickej reakcie prostredníctvom tepelných účinkov aj chemických účinkov. Tepelné účinky ovplyvňujú maximálne teploty, ktoré sa dosiahli počas kolapsu bubliny v kavitácii prázdnoty; chemické účinky modifikujú účinky plynov, ktoré sú priamo zapojené do reakcie.
Heterogénne a homogénne reakcie s kinetikou pomalej reakcie vrátane Suzuki spojovacích reakcií, zrážok, kryštalizácie a emulzie chémie sú predurčované na iniciovanie a podporu prostredníctvom výkon-ultrazvuk a jeho sonochemical účinky.
Napríklad pre syntézu kyseliny ferulovej, nízkofrekvenčné (20kHz) ultrazvukom pri výkone 180 W dal 94% ferulovej kyseliny výnos pri 60 ° C v 3 h. Z týchto výsledkov truong et al. (2018) vyplýva, že používanie nízkofrekvenčného (typ klaksónu a vysokovýkonné ožarovanie) výrazne zlepšilo mieru konverzie, čo prinieslo výnosy vyššie ako 90 %.

Žiadosť o informácie





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.

Nepretržite miešaný reaktor nádrže (CSTR) s integrovaným ultrasonicator UIP2000hdT (2kW, 20kHz) pre lepšiu kinetiku a konverzné pomery.

Rozpúšťadle zosilnená emulzia chémia

Heterogénne reakcie, ako je emulzia chémie výrazne ťaží z aplikácie ultrazvuku výkonu. Ultrazvukový kavitácie zmenšil a distribuoval kvapôčky každej fázy homogénne v rámci seba vytvára sub-mikrónov alebo nano-emulzie. Vzhľadom k tomu, nano-veľké kvapôčky ponúkajú drasticky zvýšenú plochu povrchu pre interakciu s rôznymi kvapôčkami, hromadný prenos a rýchlosť reakcie sú výrazne zlepšené. Pod ultrazvukom, reakcie známe pre ich typicky pomalú kinetiku ukazujú dramaticky zlepšené miery konverzie, vyššie výnosy, menej by-produkty alebo odpad a lepšiu celkovú účinnosť. Rozpúšťadle zlepšená emulzia chémia je často aplikovaný pre emulzie polymerizácie, napr.

10 vecí, ktoré by ste mali vedieť, predtým, ako si kúpite chemický reaktor

Keď si vyberiete chemický reaktor pre chemický proces, existuje mnoho faktorov, ktoré ovplyvňujú optimálny dizajn chemického reaktora. Ak váš chemický proces zahŕňa viacfázové, heterogénne chemické reakcie a má pomalú reakčnú kinetiku, miešanie reaktora a aktiváciu procesu sú základnými ovplyvňujúcimi faktormi pre úspešnú chemickú konverziu a pre ekonomické (prevádzkové) náklady chemického reaktora.
Ultrazvukom zlepšuje reakčnú kinetiku kvapalných kvapalných a kvapalných chemických reakcií v chemických dávkových reaktoroch a inline reakčných nádobách výrazne. Preto integrácia ultrazvukových sond do chemického reaktora môže znížiť náklady na reaktor a zlepšiť celkovú účinnosť a kvalitu konečného produktu.
Veľmi často, chemické reaktorové inžinierstvo chýba vedomosti o rozpúšťadle-asistované zlepšenie procesu. Bez hlbokých vedomostí o vplyve ultrazvuku výkonu, ultrazvukové miešanie, akustická kavitácia a sonochemical účinky na výkon chemického reaktora, chemického reaktora analýzy a konvenčné návrh základy môžu produkovať len nižšie výsledky. Nižšie získate prehľad o základných výhodách ultrazvukom pre dizajn a optimalizáciu chemických reaktorov.

Výhody rozpúšťadle zosilnené kontinuálne miešané tank reaktora (CSTR)

  • Rozpúšťadle vylepšené reaktory pre laboratórium a výrobu:
    Jednoduchá škálovateľnosť: Ultrazvukové procesory sú ľahko dostupné pre veľkosť laboratória, pilotnú a veľkovýrobu
    Reprodukovateľné / opakovateľné výsledky vďaka presne kontrolovateľným ultrazvukovým parametrom
    Kapacita a reakčná rýchlosť: rozpúšťadle zosilnené reakcie sú rýchlejšie, a tým úsporné (nižšie náklady)
  • Sonochemistry sa vzťahuje na všeobecné, ako aj osobitné účely
  • – prispôsobivosť & všestrannosť, napríklad flexibilné možnosti inštalácie a nastavenia a interdisciplinárne použitie

  • Ultrazvukom môže byť použitý vo výbušnom prostredí
    – čistenie (napr. dusíková prikrývka)
    – žiadny otvorený povrch
  • Jednoduché čistenie: samočistné (CIP – čisté na mieste)
  • Vyberte si preferované stavebné materiály
    – sklo, nehrdzavejúca oceľ, titán
    – žiadne rotačné tesnenia
    – široký výber tesniacich materiálov
  • Ultrasonicators môžu byť použité v širokej škále teplôt
  • Ultrasonicators môžu byť použité pri širokej škále tlakov
  • Synergický efekt s inými technológiami, napríklad elektrochémia (sono-elektrochémia), katalýza (sonokatalýza), kryštalizácia (sonokryštalizácia) atď.
  • Ultrazvukom je ideálny pre zlepšenie bioreaktorov, napr fermentácia.
  • Rozpúšťanie / rozpúšťanie: V procesoch rozpúšťania prechádzajú častice z jednej fázy do druhej, napr. Zistilo sa, že stupeň miešania ovplyvňuje rýchlosť procesu. Mnoho malých kryštálov rozpustiť oveľa rýchlejšie pod ultrazvukovou kavitácie ako jeden v konvenčne miešané dávkové reaktory. Aj v tomto prípade je dôvodom rôznych rýchlostí rôzna rýchlosť prenosu hmoty na povrchoch častíc. Napríklad ultrazvukom je úspešne aplikovaný na vytvorenie presýtených riešení, napr.
  • Rozpúšťadle-propagované chemická extrakcia:
    – Kvapalná tuhá látka, napr.
    – Kvapalina-kvapalina: Keď sa ultrazvuk aplikuje na tekutý a kvapalný extrakčný systém, vytvorí sa emulzia jednej z fáz v druhej. Táto tvorba emulzie vedie k zvýšeniu medzifázových oblastí medzi dvoma nemiešateľnými fázami, čo vedie k zvýšenému toku hromadného prenosu medzi fázami.

Ako ultrazvukom zlepšiť chemické reakcie v miešaných tankových reaktorov?

  • Väčšia kontaktná plocha: V reakciách medzi reaktívnymi prostriedkami v heterogénnych fázach môžu reagovať iba častice, ktoré sa navzájom zrazia na rozhraní. Čím väčšie rozhranie, tým viac kolízií môže nastať. Keďže kvapalná alebo tuhá časť látky sa rozpadá na menšie kvapôčky alebo tuhé častice suspendované v kvapaline s kontinuálnou fázou, povrchová plocha tejto látky sa zvyšuje. Okrem toho sa v dôsledku zníženia veľkosti zvyšuje počet častíc, a preto sa priemerná vzdialenosť medzi týmito časticami znižuje. To zlepšuje expozíciu kontinuálnej fázy rozptýlenej fáze. Preto sa rýchlosť reakcie zvyšuje so stupňom fragmentácie disperznej fázy. Mnoho chemických reakcií v disperziách alebo emulziách ukazuje drastické zlepšenie reakčnej rýchlosti v dôsledku zníženia veľkosti ultrazvukových častíc.
  • Katalýza (aktivačnú energiu): Katalyzátory majú veľký význam v mnohých chemických reakciách, vo vývoji laboratórií a v priemyselnej výrobe. Katalyzátory sú často v pevnej alebo kvapalnej fáze a sú nemiešateľné s jedným reaktívnym prostriedkom alebo všetkými reaktívnymi látkami. Preto je katalýza častejšie heterogénnou chemickou reakciou. Pri výrobe najdôležitejších základných chemikálií, ako je kyselina sírová, amoniak, kyselina dusičná, etén a metanol, zohrávajú dôležitú úlohu katalyzátory. Veľké oblasti environmentálnej technológie sú založené na katalytických procesoch. Zrážka častíc vedie k chemickej reakcii, t. j. k preskupenia atómov, len ak sa častice zrazia s dostatočnou kinetickou energiou. Ultrazvukom je vysoko účinný prostriedok na zvýšenie kinetiky v chemických reaktoroch. V heterogénnom procese katalýzy môže pridanie ultrazvukom do konštrukcie chemického reaktora znížiť požiadavku na katalyzátor. To môže mať za následok použitie menej katalyzátora alebo nižšia, menej ušľachtilé katalyzátory.
  • Vyššia frekvencia kontaktu / Zlepšený prenos hmoty: Ultrazvukový miešanie a miešanie je vysoko účinná metóda na generovanie minút kvapôčok a častíc (tj sub-mikrónov a nano-častíc), ktoré ponúkajú vyšší aktívny povrch pre reakcie. Pod dodatočným intenzívnym miešadlom a mikro-pohybom spôsobeným ultrazvukom výkonu sa frekvencia kontaktu medzi časticami drasticky zvyšuje, čo vedie k výrazne zlepšenej rýchlosti konverzie.
  • Stlačená plazma: Pri mnohých reakciách zvýšenie teploty reaktora o 10 Kelvinov spôsobí, že rýchlosť reakcie sa zhruba zdvojnásobí. Ultrazvukový kavitácie produkuje lokalizované vysoko reaktívne hotspoty až 5000K v kvapaline, bez podstatného ohrevu celkového objemu kvapaliny v chemickom reaktore.
  • tepelná energia: Akákoľvek ultrazvuková energia, ktorú pridáte do chemického reaktora dizajnu, bude nakoniec premenená na tepelnú energiu. Preto môžete znovu použiť energiu pre chemický proces. Namiesto tepelného energetického vstupu vykurovacími prvkami alebo parou zavádza ultrazvukom proces aktivácie mechanickej energie pomocou vysokofrekvenčných vibrácií. V chemickom reaktore to produkuje ultrazvukovú kavitáciu, ktorá aktivovala chemický proces na viacerých úrovniach. Nakoniec obrovské ultrazvukové strihanie chemikálií vedie k premene na tepelnú energiu, t. j. teplo. Na chladenie môžete použiť opláštené dávkové reaktory alebo inline reaktory, aby ste udržali konštantnú teplotu procesu pre vašu chemickú reakciu.

Vysokovýkonné ultrasonicators pre zlepšenie chemických reakcií v CSTR

Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje vysokovýkonné ultrazvukové homogenizers a dispergátory pre integráciu do kontinuálnych miešaných reaktorov (CSTR). Hielscher ultrasonicators sa používajú po celom svete na podporu, zintenzívnenie, zrýchlenie a zlepšenie chemických reakcií.
Hielscher Ultrazvuk’ Ultrazvukové procesory sú k dispozícii v akejkoľvek veľkosti od malých laboratórnych zariadení po veľké priemyselné procesory pre aplikácie chémie toku. Presné nastavenie ultrazvukovej amplitúdy (čo je najdôležitejší parameter) umožňuje prevádzkovať Hielscher ultrasonicators na nízkej až veľmi vysokej amplitúdy a doladiť amplitúdu presne na požadované ultrazvukové procesné podmienky špecifického systému chemickej reakcie.
Hielscher ultrazvukový generátor funkcie inteligentný softvér s automatickým protokolovanie dát. Všetky dôležité parametre spracovania, ako je ultrazvuková energia, teplota, tlak a čas, sa automaticky uložia na vstavanú SD kartu hneď po zapnutí zariadenia.
Monitorovanie procesov a zaznamenávanie údajov sú dôležité pre nepretržitú štandardizáciu procesov a kvalitu výrobkov. Prístupom k automaticky zaznamenaným procesom údajov, môžete revidovať predchádzajúce ultrazvukom beží a vyhodnotiť výsledok.
Ďalšou užívateľsky prívetivou funkciou je diaľkové ovládanie našich digitálnych ultrazvukových systémov prehliadačom. Pomocou diaľkového ovládania prehliadača môžete spustiť, zastaviť, upraviť a monitorovať ultrazvukový procesor na diaľku odkiaľkoľvek.
Kontaktujte nás teraz sa dozviete viac o našich vysokovýkonných ultrazvukových homogenizers môže zlepšiť vaše nepretržite miešané tank reaktor (CSTR)!
Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:

Objem šarže prietok Odporúčané Devices
1 až 500mL 10 až 200mL/min UP100H
10 až 2000mL 20 až 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 až 20L 02 až 4 l / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000hdT
neuv 10 až 100 l / min UIP16000
neuv väčšia strapec UIP16000

Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!

Požiadajte o ďalšie informácie

Prosím, použite formulár nižšie požiadať o ďalšie informácie o ultrazvukové procesory, aplikácie a ceny. Budeme radi diskutovať o vašom procese s vami a ponúknuť vám Ultrazvukový systém spĺňajúci vaše požiadavky!









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


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

Hielscher Ultrazvukom vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory pre miešanie aplikácií, disperzie, emulgácie a extrakcie na laboratórne, pilotné a priemyselné meradle.

Literatúra/referencie



Fakty stojí za to vedieť

Ultrazvukový miešanie v chemických reaktoroch produkuje lepšie výsledky ako konvenčný kontinuálny miešaný reaktor alebo dávkovaný reaktor. Ultrazvukový miešanie produkuje viac stáročky a viac reprodukovateľné výsledky ako prúdové miešané reaktory, kvôli lepšiemu miešaniu a spracovaniu kvapaliny v nádrži reaktora alebo v prietokovom reaktore.


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 vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizers z laboratórium na priemyselnej veľkosti.