Neprekinjeno mešani-tank reaktorji vznemirjeni z ultrazvoka

Nenehno mešani reaktorji tankov (CSTR) se pogosto uporabljajo za različne kemične reakcije, vključno s katalizo, emulzijo kemijo, polimerizacijo, sintezo, ekstrakcijo in kristalizacijo. Počasna reakcija kinetika je pogost problem v CSTR, ki ga lahko enostavno premagamo z uporabo power-ultrasonication. Intenzivno mešanje, vznemirjenost in sonokemični učinki power-ultrazvoka pospešijo reakcijsko kinetiko in bistveno izboljšajo hitrost pretvorbe. Ultrasonicators se lahko enostavno vključijo v CSTRs katerega koli volumna.

Zakaj nanašanje Power-Ultrazvok na neprekinjeno mešani tank reaktor?

Ultrasonically intensified CSTR: Power-ultrasound prootes chemical reactions by intense agitation.Nepretrgoma mešani tank reaktor (CSTR, ali preprosto mešani tank reaktor (STR)) je po glavnih značilnostih precej podoben batch reaktorju. Glavna pomembna razlika je v tem, da je treba za stalno mešanje rezervoarja (CSTR) nastaviti krmo materiala v neprekinjenem pretoku v reaktor in iz tega. Hranjenje reaktorja se lahko doseže z težnostnim tokom ali prisilnim pretokom obtoka z uporabo črpalke. CSTR se včasih imenuje reaktor za nazaj mešanega pretoka (BMR).
CSTRs se pogosto uporabljajo, kadar je potrebna agitacija dveh ali več tekočin. CSTRs se lahko uporablja kot en reaktor ali pa se namesti kot niz konfiguracij za različne tokove koncentracije in reakcijske korake. Poleg uporabe enega reaktorja cisterne se pogosto uporablja serijska montaža različnih rezervoarjev (eden za drugim) ali nastavitev kaskade.
Zakaj ultrasonication? Ultrazvočno mešanje in vznemirjenost, kot tudi sonokemični učinki moč ultrazvok so dobro znani, da prispevajo k učinkovitosti kemičnih reakcij. Izboljšano mešanje in zmanjšanje velikosti delcev zaradi ultrazvočnih vibracij in kavitacije zagotavljajo bistveno pospešeno kinetiko in povečano stopnjo pretvorbe. Sonokemični učinki lahko zagotovijo potrebno energijo za začetek kemičnih reakcij, zamenjavo kemičnih poti, in dajejo višje donose zaradi popolne reakcije.

Ultrazvočno-intenzivni CSTR se lahko uporablja za aplikacije, kot so:

  • Heterogene tekoče-tekoče reakcije
  • Heterogene trdne reakcije
  • Homogene reakcije v tekoči fazi
  • Heterogene plinsko-tekoče reakcije
  • Heterogene plinsko trdne tekočinske reakcije

Prošnja za informacije




Upoštevajte naše Politika zasebnosti.


The ultrasonicator UP200St in a stirred vessel for emulsification of reactants

Neprekinjeno mešani reaktor cisterne (CSTR) z ultrasonicator UP200St za intenzivne postopke

Ultrasonication kot sintetični kemijski sistem visoke hitrosti

Visokohitrostna sintetična kemija je nova reakcija tehnika, ki se uporablja za začetek in intenzivne kemične sinteze. V primerjavi s tradicionalnimi reakcijskih poti, ki potrebujejo več ur ali dni pod refluksom, ultrazvočno spodbuja sintezni reaktorji lahko zmanjšajo trajanje reakcije na nekaj minut, kar ima za posledico pomembno pospešeno sintezno reakcijo. Ultrazvočna intenzifikacija sinteze temelji na delovnem principu akustične kavitacije in z njimi povezanih sil, vključno z lokalno omejenim nadhladkanjem. Preberite več o ultrazvoku, akustični kavitariji in sonokemiji v naslednjem razdelku.

Ultrazvočna kavitacija in njegovi sonokemični učinki

Ultrazvočna (ali akustična) kavitacija se pojavi, ko moč ultrazvok se spoji v tekočine ali blata. Kavitacija je prehod iz tekoče faze v parno fazo, ki se pojavi zaradi padanja tlaka na raven napetosti pare tekočine.
Ultrazvočna kavitacija ustvarja zelo visoke omejevane sile in tekoče mlete z do 1000m/s. Ta tekoča letala pospešijo delce in povzročijo trke med delci in s tem zmanjšajo velikost delcev trdnih snovi in kapljic. Poleg tega – lokalizirana znotraj in v neposredni bližini implodiranje kavitacijo mehurček – nastajajo izjemno visoki pritiski na vrstni red več sto atmosfer in temperatur na vrstnem redu tisoč stopinj Kelvina.
Čeprav je ultrasonication povsem mehanska metoda obdelave, lahko proizvaja lokalno omejeno ekstremno zvišanje temperature. To je posledica intenzivnih sil, ki nastajajo znotraj in v neposredni bližini uhajajočih kavitacijnih mehurčkov, kjer je mogoče zlahka doseči temperature več tisoč stopinj Celzija. V raztopini v raztopini v raztopini je povišanje temperature, ki je posledica implozije enega mehurčka, skoraj zanemarljivo, vendar lahko toplotno izpiranje številnih kavitacijnih mehurčkov, kot je opaženo v kavitacijskih žariščih (kot nastane s sonikacijo z ultrazvokom visoke moči), končno povzroči izmerljivo povišanje temperature v razsutem stanju. Prednost ultrasonikacije in sonokemije leži v kontroliranih temperaturnih učinkih med obdelavo: Nadzor temperature raztopine raztopine v razsutem stanju je mogoče doseči z uporabo rezervoarjev s hladilnim jaknami, kot tudi pulzno sonication. Hielscher Ultrasonics sofisticirani ultrasonicators lahko zaustavi ultrazvok, ko je dosežena zgornja meja temperature in nadaljujte z ultrasonikacijo takoj, ko je dosežena nižja vrednost ∆T. To je še posebej pomembno pri uporabi toplotno občutljivih reakantov.

Sonokemija izboljša reakcijsko kinetiko

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.Ker sonication ustvarja intenzivne vibracije in kavitacijo, je prizadeta kemična kinetika. Kinetika kemijskega sistema tesno korelira s kavitacijo mehurčkov širitev in implozijo, s čimer znatno vpliva na dinamiko gibanja mehurčkov. Raztopeni plini v raztopini kemijske reakcije vplivajo na značilnosti sonokemične reakcije prek obeh, toplotnih učinkov in kemičnih učinkov. Toplotni učinki vplivajo na vrhovne temperature, ki se dosežejo med sesuvanjem mehurčkov znotraj kavitacijo praznine; kemični učinki spreminjajo učinke plinov, ki so neposredno vključeni v reakcijo.
Heterogene in homogene reakcije s počasno reakcijsko kinetiko, vključno s Suzukijevimi spojnimi reakcijami, padavinami, kristalizacijo in emulzijo, je predodločen za začetek in spodbujanje s pomočjo moč-ultrazvoka in njenih sonokemičnih učinkov.
Na primer, za sintezo ferulna kislina, nizko frekvenčni (20kHz) sonication z močjo 180 W dal 94% donos ferulna kislina pri 60 °C v 3 h. Ti rezultati, ki jih truong et al. (2018) kažejo, da je uporaba nizke frekvence (tipa roga in obsevanja visoke moči) izboljšala stopnjo pretvorbe, ki znatno daje donose višje od 90%.

Prošnja za informacije




Upoštevajte naše Politika zasebnosti.


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.

Nepretrgoma mešani tank reaktor (CSTR) z integriranim ultrazvočnim UIP2000hdT (2kW, 20kHz) za izboljšano kinetiko in stopnje pretvorbe.

Ultrazvočno intenzivna emulzija kemija

Heterogene reakcije, kot je emulzija kemija, imajo pomembno korist od uporabe ultrazvoka moči. Ultrazvočna kavitacija se je zniževala in razdelila kapljice vsake faze homogeno med seboj in ustvarila sub-mikron ali nano-emulzijo. Ker kapljice nano velikosti ponujajo drastično povečano površino za interakcijo z različnimi kapljicami, se hitrost prenosa mase in reakcije bistveno izboljša. Pri sonikaciji reakcije, znane po tipično počasni kinetiki, kažejo dramatično izboljšane stopnje pretvorbe, višje donose, manj neželenih produktov ali odpadkov ter boljšo splošno učinkovitost. Ultrazvočno izboljšana emulzija kemija se pogosto uporablja za emulzije polimerizacije, npr.

10 Stvari, ki bi jih morali vedeti, preden kupite kemični reaktor

Ko izberete kemični reaktor za kemični proces obstaja veliko dejavnikov, ki vplivajo na optimalno zasnovo kemičnega reaktorja. Če vaš kemični proces vključuje večfazne, heterogene kemične reakcije in ima počasno reakcijsko kinetiko, sta agitacija reaktorja in aktivacija procesa bistvena dejavnika za uspešno kemično pretvorbo in za ekonomične (operativne) stroške kemičnega reaktorja.
Ultrasonication izboljša reakcijsko kinetiko tekočinsko-tekočih in tekočinsko trdnih kemičnih reakcij v kemičnih reaktorjih serije in inline reakcijskih posodah bistveno. Zato lahko integracija ultrazvočnih sond v kemični reaktor zmanjša stroške reaktorja in izboljša splošno učinkovitost in kakovost končnega izdelka.
Zelo pogosto, kemijski reaktor inženiring manjka znanje o ultrazvočno podprto izboljšanje procesa. Brez globokega znanja o vplivu električnega ultrazvoka, ultrazvočne agitacije, akustične kavitacije in sonokemičnih učinkov na delovanje kemičnega reaktorja, kemijske analize reaktorja in konvencionalnih oblikovalskih temeljev lahko proizvajajo le revnejše rezultate. V nadaljevanju boste dobili pregled nad temeljnimi prednostmi ultrazvočne opreme za načrtovanje in optimizacijo kemičnih reaktorjev.

Prednosti ultrazvočno intenzivnega neprekinjenega mešanega tank reaktorja (CSTR)

  • Ultrazvočno okrepljeni reaktorji za laboratorij in proizvodnjo:
    Enostavna skalabilnost: Ultrazvočni procesorji so takoj na voljo za velikost laboratorija, pilot in obsežno proizvodnjo
    Pomnoževalno / ponočljivo rezultatov zaradi natančno nadzorovanih ultrazvočnih parametrov
    Zmogljivost in hitrost reakcije: ultrazvočno intenzivne reakcije so hitrejše in s tem bolj ekonomične (nižji stroški)
  • Sonokemija se uporablja za splošne in posebne namene
  • – Prilagodljivost & vsestranskost, npr. prilagodljive možnosti namestitve in nastavitev ter interdisciplinarna uporaba

  • Ultrasonication se lahko uporablja v eksplozivnih okoljih
    – čiščenje (npr. dušikovo odejo)
    – brez odprte površine
  • Preprosto čiščenje: samočistitev (CIP – čisto na mestu)
  • Izberite želene materiale gradnje
    – steklo, iz nerjavečega jekla, titan
    – brez rotacijskih tesnil
    – široka izbira tesnjev
  • Ultrasonicatorji se lahko uporabljajo v širokem razponu temperatur
  • Ultrasonicatorji se lahko uporabljajo pri široki paleti pritiskov
  • Sinergistični učinek z drugimi tehnologijami, npr., elektrokemija (sono-elektrokemija), katalizizacija (sono-kataliza), kristalizacija (sono-kristalizacija) itd.
  • Sonication je idealen za izboljšanje bioreaktorjev, npr.
  • Raztapljanje / Raztapljanje: V postopkih raztapljanja delci prečkajo iz ene faze v drugo, npr. Ugotovilo se je, da stopnja vznemirjenosti vpliva na hitrost procesa. Veliko majhnih kristalov se raztopi veliko hitreje pod ultrazvočno kavitacijo kot eden v konvencionalno mešanih batch reaktorjih. Tudi tu je razlog za različne hitrosti v različnih stopnjah prenosa mase na površinah delca. Ultrasonication se na primer uspešno uporablja za ustvarjanje nadnasičenih rešitev, npr.
  • Ultrazvočno-spodbuja kemično ekstrakcijo:
    – Tekočinsko trdna, npr.
    – Tekočina-Tekočina: Ko se ultrazvok nanese na tekoči-tekoči sistem za ekstrakcijo, se ustvari emulzija ene od faz v drugi. Ta tvorba emulzije vodi v povečana medfacialna območja med obema nepomemljivima fazama, kar ima za posledico povečan tok množičnega prenosa med fazami.

Kako sonication izboljša kemične reakcije v mešanih tank reaktorjih?

  • Večja površina stika: Pri reakcijah med reakantami v heterogenih fazah lahko reagirajo le delci, ki trčejo drug z drugim na vmesniku. Večji kot je vmesnik, več trkov lahko pride. Ker se tekočina ali trdni del snovi razčleni na manjše kapljice ali trdne delce, ki so suspendirani v neprekinjeni fazi tekočine, se površina te snovi poveča. Poleg tega se zaradi zmanjšanja velikosti število delcev poveča in zato se povprečna razdalja med temi delci zmanjša. To izboljša izpostavljenost neprekinjene faze razpršeni fazi. Zato se stopnja reakcije povečuje s stopnjo razdrobljenosti faze razpršitev. Številne kemične reakcije v disperzijah ali emulzijah kažejo drastične izboljšave reakcijske hitrosti kot posledica ultrazvočnega zmanjšanja velikosti delcev.
  • Kataliza (aktivacijska energija): Katalizovalci so zelo pomembni pri številnih kemičnih reakcijah, razvoju laboratorijev in industrijski proizvodnji. Pogosto so katalizniki v trdni ali tekoči fazi in nesmiselni z enim reakantom ali vsemi reakanti. Zato je kataliza pogosteje kot ne heterogena kemična reakcija. Pri proizvodnji najpomembnejših osnovnih kemikalij, kot so žveplova kislina, amoniak, dušikova kislina, eten in metanol, imajo pomembno vlogo katalizovalci. Velika področja okoljske tehnologije temeljijo na katalitičnih procesih. Trk delcev privede do kemične reakcije, to je regroupinga atomov, le če delci trčejo v zadostno kinetično energijo. Ultrasonication je zelo učinkovito sredstvo za povečanje kinetike v kemičnih reaktorjih. V heterogenem postopku katalizacije lahko dodajanje ultrazvočnih elementov v zasnovo kemičnega reaktorja zniža zahtevo za katalizovalca. To lahko povzroči uporabo manj katalizovalcev ali manj manj plemenitih katalizovalcev.
  • Višja frekvenca kontakta / Izboljšan prenos mase: Ultrazvočno mešanje in vznemirjenost je zelo učinkovita metoda za ustvarjanje minutne kapljice in delcev (to je, sub-mikron in nano-delci), ki ponujajo višjo aktivno površino za reakcije. V okviru dodatne intenzivne vznemirjenosti in mikro-gibanja, ki ga povzroča moč-ultrazvok, se pogostost stika med delci drastično poveča, kar ima za posledico bistveno izboljšano stopnjo pretvorbe.
  • Stisnjena plazma: Pri številnih reakcijah zvišanje temperature reaktorja za 10 Kelvin povzroča približno dvojno hitrost reakcije. Ultrazvočna kavitacija proizvaja lokalizirana visoko reaktivna žarišča do 5000K znotraj tekočine, brez znatnega ogrevanja celotnega volumna tekočine v kemijskem reaktorju.
  • Toplotna energija: Vsaka ultrazvočna energija, ki jo dodate kemični zasnovi reaktorja, bo končno pretvorjena v toplotno energijo. Zato lahko ponovno porabite energijo za kemični proces. Namesto vnosa toplotne energije z grelnimi elementi ali paro ultrasonication uvaja postopek aktiviranja mehanske energije s pomočjo visoko frekvenčnih vibracij. V kemijskem reaktorju to proizvaja ultrazvočno kavitacijo, ki je aktivirala kemični proces na več ravneh. Končno neizmerno ultrazvočno omejevanje kemikalij ima za rezultat pretvorbo v toplotno energijo, torej toploto. Za hlajenje lahko uporabite jaknene serije reaktorjev ali inline reaktorjev, da bi ohranili stalno temperaturo procesa za vašo kemično reakcijo.

Ultrasonicatorji visoke zmogljivosti za izboljšane kemične reakcije v CSTR

Hielscher Ultrasonics designs, proizvaja in distribuira visoko zmogljiv ultrazvočne homogenizatorje in razpršilce za integracijo v neprekinjeno mešane tank reaktorje (CSTR). Hielscher ultrasonicatorji se uporabljajo po vsem svetu za spodbujanje, pospeševanje, pospeševanje in izboljšanje kemičnih reakcij.
Hielscher Ultrazvočna’ ultrazvočni procesorji so na voljo v kateri koli velikosti od majhnih laboratorijskih naprav do velikih industrijskih procesorjev za aplikacije za kemijo pretoka. Natančna prilagoditev ultrazvočne amplitude (ki je najpomembnejši parameter) omogoča delovanje Hielscher ultrasonicators na nizkih do zelo visokih amplitudah in natančno nastavitev amplitude točno na zahtevane ultrazvočne procesne pogoje specifičnega kemijskega reakcijskega sistema.
Hielscherjev ultrazvočni generator ima pametno programsko opremo z avtomatskim podatkovnim protokolom. Vsi pomembni parametri obdelave, kot so ultrazvočna energija, temperatura, tlak in čas, se samodejno shranijo na vgrajeno SD kartico takoj, ko je naprava vklopena.
Spremljanje procesov in zapisovanje podatkov sta pomembna za stalno standardizacijo procesov in kakovost izdelka. Z dostopom do samodejno posnetih procesnih podatkov lahko revidirate prejšnje postopke sonication in ocenite izid.
Druga uporabniku prijazna funkcija je brskalnik daljinski upravljalnik naših digitalnih ultrazvočnih sistemov. Preko daljinskega upravljalnika brskalnika lahko zaženete, ustavite, prilagodite in spremljate ultrazvočni procesor na daljavo od kjerkoli.
Kontaktirajte nas zdaj, da izveste več o naših visoko zmogljiv ultrazvočnih homogenizatorjev lahko izboljšajo vaš neprekinjeno mešani tank reaktor (CSTR)!
V spodnji tabeli vam daje podatek o približni zmogljivosti obdelave naših ultrasonicators:

serija Volume Pretok Priporočena naprave
1 do 500ml 10 do 200 ml / min UP100H
10 do 2000 ml 20 do 400ml / min UP200Ht, UP400St
00,1 do 20L 00,2 do 4L / min UIP2000hdT
10 do 100L 2 do 10L / min UIP4000hdT
ni podatkov 10 do 100L / min UIP16000
ni podatkov večja gruča UIP16000

Kontaktiraj nas! / Vprašajte nas!

Vprašajte za več informacij

Prosimo, uporabite spodnji obrazec, da zahteva dodatne informacije o ultrazvočni procesorji, aplikacije in ceno. Mi bo z veseljem razpravljali vaš proces z vami in vam ponudimo ultrazvočni sistem, ki izpolnjuje vaše zahteve!









Prosimo, upoštevajte naše Politika zasebnosti.


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

Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljivost ultrazvočnih homogenizatorjev za mešanje aplikacij, disperzijo, emulgiranje in ekstrakcijo na lab, pilot in industrijske lestvice.

Literatura/reference



Dejstva je treba vedeti

Ultrazvočna agitacija v kemijskih reaktorjih proizvaja boljše rezultate kot običajni neprekinjen mešani reaktor rezervoarja ali batchmix reaktor. Ultrazvočna vznemirjenost zaradi boljšega mešanja tekočine in predelave v rezervoarju reaktorja ali v reaktorju pretoka povzroči več omejev in bolj pomnoževalnih rezultatov kot reaktivni mešani reaktor.


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 proizvaja visoko zmogljivost ultrazvočnih homogenizatorjev iz laboratorij do industrijske velikosti.