Neprekidno stirred-tank reaktori uznemireni ultrazvukom

Neprekidno uzburkani tenkovski reaktori (CSTR) se široko primenjuju za različite hemijske reakcije, uključujući katalizaciju, emulzionu hemiju, polimerizaciju, sintezu, vađenje i kristalizaciju. Kinetika spore reakcije je čest problem u CSTR-u, koji se lako može prevazići primenom power-ultrasonication. Intenzivno mešanje, agitovanje i sonohemijski efekti power-ultrazvuka ubrzavaju kinetiku reakcije i značajno poboljšavaju stopu konverzije. Ultrazvučni se mogu lako integrisati u CSTR bilo kog volumena.

Zašto primeniti Power-Ultrasound na neprekidno uzburkani tenkovski reaktor?

Ultrasonically intensified CSTR: Power-ultrasound prootes chemical reactions by intense agitation.Neprekidno uzburkani tenkovski reaktor (CSTR, ili jednostavno uzburkani tenkovski reaktor (STR)) je u svojim glavnim karakteristikama prilično sličan grupnom reaktoru. Glavna važna razlika je u tome što, za neprekidno uzburkani tenkovski reaktor (CSTR) podešavanje feed materijala mora biti obezbeđen u neprekidnom protoku u reaktor i iz njega. Hranjenje reaktora može se postići protokom gravitacije ili nusp-cirkulacijom pomoću pumpe. CSTR se ponekad naziva reaktorom mešovitog toka (BMR).
CSTR se obično koristi kada je potrebno agitovanje dve ili više tečnosti. CSTR-i se mogu koristiti kao jedan reaktor ili se instaliraju kao niz konfiguracija za različite tokove koncentracije i korake reakcije. Pored upotrebe jednog tenkovskog reaktora, obično se koriste i serijske instalacije raznih rezervoara (jedan za drugim) ili kaskadno podešavanje.
Zašto ultrazvučnost? Ultrazvučno mešanje i agitovanje kao i sonohemijski efekti ultrazvuka snage dobro su poznati da doprinose efikasnosti hemijskih reakcija. Poboljšano mešanje i smanjenje veličine čestica usled ultrazvučnih vibracija i kavitacija obezbeđuju značajno ubrzanu kinetiku i poboljšanu stopu konverzije. Sonohemijski efekti mogu da isporuče potrebnu energiju za pokretanje hemijskih reakcija, zamenu hemijskih puteva i daju veće prinose zbog potpunije reakcije.

Ultrasonično intenzivirani CSTR se može koristiti za aplikacije kao što su:

  • Heterogene tečne reakcije
  • Heterogene solid-liquid reakcije
  • Homogene tečne reakcije
  • Heterogene reakcije na gas-tečnost
  • Heterogene gasovi-čvrste-tečne reakcije

Захтев за информације




Obratite pažnju na naše Правила о приватности.


The ultrasonicator UP200St in a stirred vessel for emulsification of reactants

Neprekidno mešan tenkovski reaktor (CSTR) sa ultrazvučni UP200St za intenziju procesa

Ultrazvučnost kao brzi sintetički hemijski sistem

Brza sintetička hemija je tehnika reakcije romana koja se koristi za pokretanje i intenziviranje hemijske sinteze. U poređenju sa tradicionalnim putanjama reakcije, kojima je potrebno nekoliko sati ili dana pod refluksom, ultrasonično promovisani reaktori sinteze mogu da svedu trajanje reakcije na nekoliko minuta, što rezultira značajnom ubrzanom sintezom reakcije. Ultrazvučna sinteza intenzije zasnovana je na radnom principu akustične kavitacije i povezanim snagama, uključujući lokalno ograničeno superhevanje. Više o ultrazvuku, akustičnoj kavitaciji i sonohemiji saznajte u sledećem odeljku.

Ultrazvučna kavitacija i njeni sonohemijski efekti

Ultrazvučna (ili akustična) kavitacija se javlja kada se ultrazvuk napajanja udostoji tečnosti ili srljanja. Kavitacija je prelazak iz tečne faze u fazu pare, do koje dolazi usled pada pritiska na nivo napetosti u paru tečnosti.
Ultrazvučna kavitacija stvara veoma visoke sile i tečne mlaznjake sa do 1000m/s. Ovi tečni mlaznjaci ubrzavaju čestice i izazivaju sudar među-česticama čime se smanjuje veličina čestica čvrstina i kapljica. Pored toga – lokalizovan unutar i u neposrednoj blizini implodirajuće kavitacione mehuriće – ekstremno visok pritisak po redosledu stotina atmosfera i temperatura po redosledu hiljada stepeni Kelvina se generiše.
Iako je ultrazvučnost čisto mehanički način obrade, ona može da proizvede lokalno ograničen ekstremni porast temperature. To je posledica intenzivnih sila generisanih unutar i u neposrednoj blizini urušavanja mehurića kavitacije, gde se lako mogu dostići temperature od nekoliko hiljada stepeni Celzijusa. U masovnom rastvoru, povećanje temperature nastale kao posledica jedne implozije mehurića je gotovo zanemarljivo, ali toplotno rasipanje od brojnih mehurića kavitacije kao što je primećeno u žarištima kavitacije (kao što je generisano soniranjem ultrazvukom visoke snage) konačno može da izazove merljivo povećanje temperature na masovnoj temperaturi. Prednost ultrazvučnosti i sonohemije leži u kontrolnim temperaturnim efektima tokom obrade: Kontrola temperature masovnog rastvora može se postići korišćenjem rezervoara sa rashladnim jaknama kao i pulsiranom sonikacijom. Sofisticirani ultrazvučni ultrazvučnici Hielscher Ultrazvuka mogu da pauziraju ultrazvuk kada se dostigne gornja granica temperature i nastave sa ultrazvukom čim se dostigne niža vrednost seta ∆T. Ovo je posebno važno kada se koriste reaktivanti osetljivi na toplotu.

Sonohemija 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.Pošto sonicija generiše intenzivne vibracije i kavitaciju, to utiče na hemijsku kinetiku. Kinetika hemijskog sistema blisko je povezana sa proširenjem i implozijom kavitacionog mehura, što značajno utiče na dinamiku kretanja mehurića. Rastvoreni gasovi u rastvoru hemijske reakcije utiču na karakteristike sonohemijske reakcije putem oba, toplotnih efekata i hemijskih efekata. Toplotni efekti utiču na vrhunske temperature do kojih se stiže tokom kolapsa mehura unutar praznine kavitacije; hemijski efekti modifikuju efekte gasova, koji su direktno uključeni u reakciju.
Heterogene i homogene reakcije sa sporom reakcijom kinetike uključujući Suzuki prevratne reakcije, padavine, kristalizaciju i emulziju hemije su predodređene da se pokrenu i promovišu kroz power-ultrazvuk i njegove sonohemijske efekte.
Na primer, za sintezu ferulične kiseline, niskofrekventna (20kHz) sonication na snazi od 180 W dala je prinos ferulične kiseline od 94% na 60°C u 3 h. Ovi rezultati kompanije Truong et al. (2018) pokazuju da je upotreba niske frekvencije (vrsta rogova i iragijacija velike snage) poboljšala stopu konverzije značajno dajući prinose veće od 90 odsto.

Захтев за информације




Obratite pažnju na naše Правила о приватности.


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.

Neprekidno uzburkani tenkovski reaktor (CSTR) sa integrisanim ultrazvučnim UIP2000hdT (2kW, 20kHz) za poboljšanu kinetiku i stope konverzije.

Ultrasonično intenzivirana hemija emulzije

Heterogene reakcije kao što je emulzijska hemija imaju značajnu korist od primene power ultrazvuka. Ultrazvučna kavitacija je umanjila i distribuirala kapljice svake faze homogeno jedna u drugoj stvarajući pod-mikron ili nano-emulaciju. S obzirom da kapljice nano veličine nude drastično povećanu površinu za interakciju sa različitim kapljicama, masovni transfer i stopa reakcije su značajno poboljšani. Pod sonikacijom, reakcije poznate po tipično sporoj kinetici pokazuju dramatično poboljšanu stopu konverzije, veće prinose, manje nus-proizvoda ili otpada i bolju ukupnu efikasnost. Ultrasonično poboljšana emulziona hemija se često primenjuje za emulziju polimerizacije, npr.

10 stvari koje bi trebalo da znate, pre nego što kupite hemijski reaktor

Kada odaberete hemijski reaktor za hemijski proces postoji mnogo faktora koji utiču na optimalni dizajn hemijskog reaktora. Ako vaš hemijski proces podrazumeva višestepene, heterogene hemijske reakcije i ima sporu reakciju kinetika, agitacija reaktora i aktiviranje procesa su esencijalni faktori koji utiču na uspešnu hemijsku konverziju i za ekonomične (operativne) troškove hemijskog reaktora.
Ultrazvučnost značajno poboljšava reakciju kinetike tečnih i tečno-čvrstih hemijskih reakcija u hemijskim grupnim reaktorima i posudama za umetnutu reakciju. Stoga integracija ultrazvučnih sondi u hemijski reaktor može da smanji troškove reaktora i poboljša ukupnu efikasnost i kvalitet finalnog proizvoda.
Vrlo često, inženjering hemijskog reaktora nema dovoljno znanja o poboljšanju procesa uz ultrasoniku pomoć. Bez dubokog znanja o uticaju ultrazvuka snage, ultrazvučne agitacije, akustične kavitacije i sonohemijskih efekata na performanse hemijskog reaktora, analize hemijskog reaktora i osnove konvencionalnog dizajna mogu dati samo inferiorne rezultate. U nastavku ćete dobiti pregled osnovnih prednosti ultrazvuka za dizajn i optimizaciju hemijskog reaktora.

The Advantages of Ultrasonically Intensified Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)

  • Ultrasonično poboljšani reaktori za laboratoriju i proizvodnju:
    Laka skalabilnost: Ultrazvučni procesori su dostupni za laboratorijsku veličinu, pilot i veliku proizvodnju
    Reproduktivno / ponavljajuće rezultati zbog precizno kontrolisanja ultrazvučnih parametara
    Brzina kapaciteta i reakcije: ultrazvučno intenzivirane reakcije su brže i samim time ekonomičnije (niži troškovi)
  • Sonohemija je primenljiva za opšte, kao i za posebne namene
  • – prilagodljivost & svestranost, npr. fleksibilne opcije instalacije i podešavanja i interdisciplinarna upotreba

  • Ultrazvuka se može koristiti u eksplozivnim sredinama
    – čišćenje (npr. azotno ćebe)
    – bez otvorene površine
  • Jednostavno čišćenje: samociscenje (CIP – clean-in-place)
  • Odaberite željene materijale za izgradnju
    – staklo, nerđajući čelik, titanijum
    – bez rotari foka
    – širok izbor zaptivača
  • Ultrazvučni se mogu koristiti u širokom spektru temperatura
  • Ultrazvučni se mogu koristiti u širokom spektru pritisaka
  • Sinergistički efekat sa drugim tehnologijama, npr. elektrohemija (sono-elektrohemija), kataliza (sono-kataliza), kristalizacija (sono-kristalizacija) itd.
  • Sonicija je idealna za poboljšanje bioreaktora, npr.
  • Raspuštanje / Rastvaranje: U procesima raspadanja, čestice se prelamaju iz jedne faze u drugu, npr. kada se čvrste čestice rastvore u tečnosti. Utvrđeno je da stepen agitacije utiče na brzinu procesa. Mnogi mali kristali se rastvaraju mnogo brže pod ultrazvučnom kavitacijom nego jedan u konvencionalno uzburkanim grupnim reaktorima. I ovde, razlog različitih brzina leži u različitim stopama masovnog prenosa na površinama čestica. Na primer, ultrazvučnost se uspešno primenjuje za kreiranje superzasićenih rešenja, npr.
  • Ultrasonično promovisano hemijsko vađenje:
    – Tečnost-Čvrsta, npr. botaničko vađenje, hemijsko vađenje
    – Tečnost-Tečnost: Kada se ultrazvuk primeni na tečno-tečni sistem za vađenje, stvara se emulzija jedne od faza u drugoj. Ovo formiranje emulzije dovodi do povećanja međuverskih oblasti između dve nepogrešivih faza koje rezultiraju pojačanim masovnim prenosom fluksa između faza.

Kako sonication poboljšava hemijske reakcije u stired tank reaktorima?

  • Površina većeg kontakta: U reakcijama između reaktivnata u heterogenim fazama, samo čestice koje se sudaraju jedna sa drugom na interfejsu mogu da reaguju. Što je interfejs veći, može doći do novih sudara. Kako se tečni ili čvrsti deo supstance razbije na manje kapljice ili čvrste čestice suspendovane u neprekidnoj fazi tečnosti, površina ove supstance se povećava. Pored toga, kao rezultat smanjenja veličine, broj čestica se povećava, a samim tim i prosečna razdaljina između ovih čestica opada. Na taj način se poboljšava izloženost neprekidne faze raspršenoj fazi. Zbog toga se stopa reakcije povećava sa stepenom fragmentacije faze raspršivanja. Mnoge hemijske reakcije u disperzijama ili emulzijama pokazuju drastična poboljšanja brzine reakcije kao rezultat ultrazvučnog smanjenja veličine čestica.
  • Katalizacija (Energija aktivacije): Katalizatori su od velikog značaja u mnogim hemijskim reakcijama, u razvoju laboratorija i u industrijskoj proizvodnji. Često su katalizatori u čvrstoj ili tečnoj fazi i nepogrešivi sa jednim reaktorizerom ili svim reakcijama. Stoga, češće nego što nije, kataliza je heterogena hemijska reakcija. U proizvodnji najvažnijih osnovnih hemikalija kao što su sumporna kiselina, amonijak, azotna kiselina, ethene i metanol, katalizatori igraju važnu ulogu. Velike oblasti ekološke tehnologije zasnovane su na katalitičkim procesima. Sudar čestica dovodi do hemijske reakcije, već do pregrupisavanja atoma, samo ako se čestice sudaraju sa dovoljno kinetičke energije. Ultrazvučnost je veoma efikasno sredstvo za povećanje kinetike u hemijskim reaktorima. U heterogenom procesu katalizacije, dodavanje ultrazvuka u dizajn hemijskog reaktora može da smanji uslov za katalizator. To može rezultirati upotrebom manje katalizatora ili inferiornih, manje plemenitih katalizatora.
  • Veća učestalost prenosa kontakata / Poboljšan prenos mase: Ultrazvučno mešanje i agitovanje je veoma efikasnosti metoda generisanja minutnih kapljica i čestica (, pod-mikrona i nano-čestica), koje nude veću aktivnu površinu za reakcije. Pod dodatnom intenzivnom agitošću i mikro-kretanjem izazvanim power-ultrazvukom, učestalost kontakta među česticama je drastično povećana što rezultira značajno poboljšanom stopom konverzije.
  • Komprimovana plazma: Za mnoge reakcije, povećanje temperature reaktora od 10 Kelvina dovodi do toga da se stopa reakcije otprilike udvostruči. Ultrazvučna kavitacija proizvodi lokalizovane visoko reaktivne vruće tačke do 5000K unutar tečnosti, bez znatnog zagrevanja ukupne količine tečnosti u hemijskom reaktoru.
  • Toplotna energija: Svaka ultrazvučna energija koju dodate dizajnu hemijskog reaktora, konačno će biti pretvorena u toplotnu energiju. Zbog toga možete ponovo koristiti energiju za hemijski proces. Umesto toplotnog energetskog unosa zagrevanjem elemenata ili parom, ultrazvučnost uvodi proces aktiviranja mehaničke energije pomoću visokofrekventnih vibracija. U hemijskom reaktoru, ovo proizvodi ultrazvučnu kavitaciju koja je aktivirala hemijski proces na više nivoa. Konačno ogromno ultrazvučno prelivanje hemikalija rezultira konverzijom u toplotnu energiju, već toplotu. Možete koristiti sakaćene grupne reaktore ili umetnute reaktore za hlađenje kako biste održali konstantnu temperaturu procesa za vašu hemijsku reakciju.

Ultrazvučnici visokih performansi za poboljšane hemijske reakcije u CSTR-u

Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučne homogenizatore visokih performansi i raspršivače za integraciju u neprekidno uzburkane tenkovske reaktore (CSTR). Hielscher ultrazvučni se koriste širom sveta za promovisanje, intenziviranje, ubrzavanje i poboljšanje hemijskih reakcija.
Хиелсцхер Ултрасонична терапија’ ultrazvučni procesori su dostupni u bilo kojoj veličini od malih laboratorijskih uređaja do velikih industrijskih procesora za aplikacije za hemiju toka. Precizno podešavanje ultrazvučne amplitude (što je najvažniji parametar) omogućava rad Hielscher ultrazvučnih na niskim do veoma visokim amplitude i precizno podešavanje amplitude tačno na potrebne ultrazvučne procesne uslove specifičnog sistema hemijske reakcije.
Hielscherov ultrazvučni generator sadrži pametni softver sa automatskim protokolanjem podataka. Svi važni parametri obrade kao što su ultrazvučna energija, temperatura, pritisak i vreme automatski se skladište na ugrađenu SD-karticu čim se uređaj uključi.
Praćenje procesa i snimanje podataka su važni za kontinuiranu standardizaciju procesa i kvalitet proizvoda. Pristupom automatski zapisanom podatku procesa možete da korigujete prethodne sonication runs i procenite ishod.
Još jedna funkcija prilagođena korisniku je daljinsko upravljanje pregledačem naših digitalnih ultrazvučnih sistema. Putem daljinskog upravljača pregledačem možete da pokrenete, zaustavite, podesite i nadgledate ultrazvučni procesor daljinski sa bilo kog mesta.
Kontaktirajte nas odmah da biste saznali više o našim ultrazvučnim homogenizatorima visokih performansi koji mogu poboljšati vaš neprekidno uzburkani tenkovski reaktor (CSTR)!
Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја:

батцх tom Проток Препоручени уређаји
1 до 500 мл 10 до 200мЛ / мин УП100Х
10 до 2000мЛ 20 до 400мЛ / мин УП200Хт, УП400Ст
0.1 до 20Л 0.2 до 4Л / мин УИП2000хдТ
10 до 100Л 2 до 10Л / мин UIP4000hdT
Н.А. 10 до 100Л / мин УИП16000
Н.А. веће кластер УИП16000

Контактирајте нас! / Питајте нас!

Traži više informacija

Koristite donji obrazac da biste zatražili dodatne informacije o Ultrason, procesorima, aplikacijama i ceni. Biće nam drago da razgovaramo o vašem procesu sa vama i da vam ponudimo ultrasonični sistem koji ispunjava vaše zahteve!









Molimo vas da zabeležite naše Правила о приватности.


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

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za mešanje aplikacija, raspršivanje, emulzifikaciju i vađenje na laboratorijskoj, pilotskoj i industrijskoj skali.

Literatura/reference



Чињенице вреди знати

Ultrazvučna agitacija u hemijskim reaktorima daje bolje rezultate od konvencionalnog kontinuiranog uzburkanog tenkovskog reaktora ili batchmix reaktora. Ultrazvučna agitacija daje više čistih i reproduktivnijih rezultata od mlaznih uzburkanih reaktora, zbog boljeg mešanja i obrade tečnosti u rezervoaru 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 od Лаб до industrijske veličine.