Ultratovush bilan aralashtirilgan doimiy aralashtirilgan tank reaktorlari

Doimiy aralashtiriladigan tank reaktorlari (CSTR) kataliz, emulsiya kimyosi, polimerizatsiya, sintez, ekstraktsiya va kristallanish kabi turli xil kimyoviy reaktsiyalar uchun keng qo'llaniladi. Sekin reaksiya kinetikasi CSTRda keng tarqalgan muammo bo'lib, uni quvvatli ultratovush yordamida osongina engish mumkin. Kuchli aralashtirish, qo'zg'alish va kuchli ultratovushning sonokimyoviy ta'siri reaktsiya kinetikasini tezlashtiradi va konversiya tezligini sezilarli darajada yaxshilaydi. Ultrasonikatorlar har qanday hajmdagi CSTRlarga osongina qo'shilishi mumkin.

Nima uchun doimiy aralashtiriladigan tank reaktoriga quvvat ultratovushini qo'llash kerak?

Doimiy aralashtiriladigan tank reaktori (CSTR yoki oddiygina aralashtirilgan tank reaktori (STR)) o'zining asosiy xususiyatlariga ko'ra partiyali reaktorga juda o'xshaydi. Asosiy muhim farq shundaki, doimiy aralashtirilgan tank reaktorini (CSTR) o'rnatish uchun materialning oziqlanishi reaktorga va undan tashqariga doimiy oqim bilan ta'minlanishi kerak. Reaktorni oziqlantirish tortishish oqimi yoki nasos yordamida majburiy aylanish oqimi orqali amalga oshirilishi mumkin. CSTR ba'zan orqaga aralashgan oqim reaktori (BMR) deb ataladi.
CSTRlar odatda ikki yoki undan ortiq suyuqlikni aralashtirish zarur bo'lganda qo'llaniladi. CSTRlar bitta reaktor sifatida ishlatilishi yoki turli kontsentratsiya oqimlari va reaktsiya bosqichlari uchun bir qator konfiguratsiyalar sifatida o'rnatilishi mumkin. Yagona tankli reaktordan foydalanishdan tashqari, ko'pincha turli xil tanklarni (birin-ketin) ketma-ket o'rnatish yoki kaskadni o'rnatish qo'llaniladi.
Nima uchun ultratovush? Ultrasonik aralashtirish va qo'zg'alish, shuningdek, kuchli ultratovushning sonokimyoviy ta'siri kimyoviy reaktsiyalarning samaradorligiga hissa qo'shishi yaxshi ma'lum. Ultrasonik tebranishlar va kavitatsiya tufayli yaxshilangan aralashtirish va zarrachalar hajmini kamaytirish sezilarli darajada tezlashtirilgan kinetika va yaxshilangan konversiya tezligini ta'minlaydi. Sonokimyoviy ta'sirlar kimyoviy reaktsiyalarni boshlash, kimyoviy yo'llarni almashtirish va to'liqroq reaktsiya tufayli yuqori hosil olish uchun zarur energiyani etkazib berishi mumkin.

Ultrasonik intensivlashtirilgan CSTR quyidagi ilovalar uchun ishlatilishi mumkin:

• Geterogen suyuqlik-suyuqlik reaksiyalari
• Geterogen qattiq-suyuq reaksiyalar
• Bir jinsli suyuqlik fazali reaksiyalar
• Geterogen gaz-suyuqlik reaksiyalari
• Geterogen gaz-qattiq-suyuq reaksiyalar

Ultrasonication yuqori tezlikda sintetik kimyoviy tizim sifatida

Yuqori tezlikdagi sintetik kimyo kimyoviy sintezni boshlash va kuchaytirish uchun ishlatiladigan yangi reaksiya usulidir. Qayta oqim ostida bir necha soat yoki kun talab qilinadigan an'anaviy reaktsiya yo'llari bilan solishtirganda, ultratovushli sintez reaktorlari reaktsiya davomiyligini bir necha daqiqagacha kamaytirishi mumkin, bu esa sezilarli darajada tezlashtirilgan sintez reaktsiyasiga olib keladi. Ultrasonik sintezning kuchayishi akustik kavitatsiya va unga bog'liq bo'lgan kuchlarning ishlash printsipiga asoslanadi, shu jumladan mahalliy chegaralangan qizib ketish. Keyingi bo'limda ultratovush, akustik kavitatsiya va sonokimyo haqida ko'proq bilib oling.

Ultrasonik kavitatsiya va uning sonokimyoviy ta'siri

Ultrasonik (yoki akustik) kavitatsiya kuchli ultratovush suyuqliklar yoki bulamaçlarga birlashtirilganda paydo bo'ladi. Kavitatsiya suyuqlik fazasidan bug 'fazasiga o'tish bo'lib, u suyuqlikning bug' tarangligi darajasiga bosimning pasayishi natijasida yuzaga keladi.
Ultrasonik kavitatsiya 1000m / s gacha bo'lgan juda yuqori kesish kuchlari va suyuq oqimlarni hosil qiladi. Ushbu suyuqlik oqimlari zarrachani tezlashtiradi va zarrachalar orasidagi to'qnashuvlarni keltirib chiqaradi va shu bilan qattiq moddalar va tomchilarning zarracha hajmini kamaytiradi. Qo'shimcha – portlovchi kavitatsiya pufakchasi ichida va unga yaqin joyda lokalize qilingan – yuzlab atmosfera darajasida juda yuqori bosim va minglab Kelvin darajalarida harorat hosil bo'ladi.
Ultrasonikatsiya faqat mexanik ishlov berish usuli bo'lsa-da, u mahalliy chegaralangan ekstremal harorat ko'tarilishiga olib kelishi mumkin. Bu qulab tushadigan kavitatsiya pufakchalari ichida va ularga yaqin joyda hosil bo'ladigan kuchli kuchlar bilan bog'liq bo'lib, u erda bir necha ming daraja Selsiyga osonlik bilan erishiladi. Ommaviy eritmada bitta qabariq portlashi natijasida haroratning oshishi deyarli ahamiyatsiz, ammo kavitatsiyaning issiq nuqtalarida kuzatilgan ko'plab kavitatsiya pufakchalaridan issiqlik tarqalishi (yuqori quvvatli ultratovush yordamida sonikatsiya natijasida hosil bo'lgan) nihoyat o'lchanadigan haroratga olib kelishi mumkin. massa haroratini oshiradi. Ultrasonikatsiya va sonokimyoning afzalligi ishlov berish jarayonida boshqariladigan harorat ta'sirida yotadi: Ommaviy eritmaning haroratni nazorat qilish sovutish ko'ylagi bo'lgan tanklar, shuningdek impulsli sonikatsiya yordamida amalga oshirilishi mumkin. Hielscher Ultrasonics-ning murakkab ultrasonikatorlari yuqori harorat chegarasiga erishilganda ultratovushni to'xtatib turishi va belgilangan ∆T ning pastki qiymatiga erishilishi bilan ultratovushni davom ettirishi mumkin. Bu issiqlikka sezgir reaktivlar ishlatilganda ayniqsa muhimdir.

Sonokimyo reaksiya kinetikasini yaxshilaydi

Sonikatsiya kuchli tebranishlar va kavitatsiyani keltirib chiqarganligi sababli, kimyoviy kinetika ta'sir qiladi. Kimyoviy tizimning kinetikasi kavitatsiya pufakchasining kengayishi va portlashi bilan chambarchas bog'liq bo'lib, bu pufak harakati dinamikasiga sezilarli ta'sir qiladi. Kimyoviy reaksiya eritmasida erigan gazlar issiqlik effektlari va kimyoviy ta'sirlar orqali sonokimyoviy reaktsiyaning xususiyatlariga ta'sir qiladi. Termal effektlar kavitatsiya bo'shlig'ida qabariqning qulashi paytida erishiladigan eng yuqori haroratlarga ta'sir qiladi; kimyoviy ta'sirlar reaktsiyada bevosita ishtirok etadigan gazlarning ta'sirini o'zgartiradi.
Sekin reaksiya kinetikasiga ega heterojen va bir hil reaktsiyalar, shu jumladan Suzuki bog'lanish reaktsiyalari, yog'ingarchilik, kristallanish va emulsiya kimyosi kuchli ultratovush va uning sonokimyoviy ta'siri orqali boshlanishi va targ'ib qilinishi oldindan belgilab qo'yilgan.
Masalan, ferul kislotasini sintez qilish uchun 180 Vt quvvatda past chastotali (20 kHz) sonikatsiya 3 soat ichida 60 ° C da 94% ferul kislotasi hosilini berdi. Truong va boshqalar tomonidan olingan bu natijalar. (2018) shuni ko'rsatadiki, past chastotali (shox turi va yuqori quvvatli nurlanish) foydalanish konversiya tezligini sezilarli darajada yaxshilagan va 90% dan yuqori hosil beradi.

Ultrasonik intensivlashtirilgan emulsiya kimyosi

Emulsiya kimyosi kabi heterojen reaktsiyalar kuchli ultratovushni qo'llashdan sezilarli foyda keltiradi. Ultrasonik kavitatsiya har bir fazaning tomchilarini kamaytirdi va bir-birining ichida bir hil taqsimlandi va mikron yoki nano-emulsiya hosil qildi. Nano-o'lchamdagi tomchilar turli tomchilar bilan o'zaro ta'sir qilish uchun keskin kattalashgan sirt maydonini taklif qilganligi sababli, massa uzatish va reaktsiya tezligi sezilarli darajada yaxshilanadi. Sonikatsiya ostida odatda sekin kinetikasi bilan ma'lum bo'lgan reaktsiyalar konversiya tezligining keskin yaxshilanishini, yuqori rentabellikni, kamroq yon mahsulotlar yoki chiqindilarni va umumiy samaradorlikni ko'rsatadi. Ultrasonik jihatdan takomillashtirilgan emulsiya kimyosi ko'pincha emulsiyalarni polimerizatsiya qilish uchun qo'llaniladi, masalan, polimer aralashmalari, suv elimlari va maxsus polimerlarni ishlab chiqarish uchun.

Kimyoviy reaktor sotib olishdan oldin bilishingiz kerak bo'lgan 10 ta narsa

Kimyoviy jarayon uchun kimyoviy reaktorni tanlaganingizda, kimyoviy reaktorning optimal dizayniga ta'sir qiluvchi ko'plab omillar mavjud. Agar sizning kimyoviy jarayoningiz ko'p fazali, heterojen kimyoviy reaktsiyalarni o'z ichiga olsa va sekin reaksiya kinetikasiga ega bo'lsa, reaktorni aralashtirish va jarayonni faollashtirish muvaffaqiyatli kimyoviy konvertatsiya qilish va kimyoviy reaktorning iqtisodiy (operatsion) xarajatlariga ta'sir qiluvchi muhim omillardir.
Ultrasonikatsiya kimyoviy partiya reaktorlari va inline reaktsiya idishlarida suyuqlik-suyuqlik va suyuq-qattiq kimyoviy reaktsiyalarning reaksiya kinetikasini sezilarli darajada yaxshilaydi. Shunday qilib, kimyoviy reaktorga ultratovushli zondlarning integratsiyasi reaktor xarajatlarini kamaytirishi va umumiy samaradorlik va yakuniy mahsulot sifatini yaxshilashi mumkin.
Ko'pincha kimyoviy reaktor muhandisligi ultratovush yordamida jarayonni yaxshilash haqida ma'lumotga ega emas. Quvvatli ultratovush, ultratovushli ajitatsiya, akustik kavitatsiya va sonokimyoviy ta'sirlarning kimyoviy reaktor ishlashiga ta'siri haqida chuqur ma'lumotga ega bo'lmasa, kimyoviy reaktor tahlili va an'anaviy dizayn asoslari faqat past natijalarga olib kelishi mumkin. Quyida siz kimyoviy reaktorni loyihalash va optimallashtirish uchun ultratovushning asosiy afzalliklari haqida umumiy ma'lumotga ega bo'lasiz.

Ultrasonik intensivlashtirilgan doimiy aralashtirilgan tank reaktorining (CSTR) afzalliklari

• • Laboratoriya va ishlab chiqarish uchun ultratovushli takomillashtirilgan reaktorlar:
    Oson miqyoslash: Ultrasonik protsessorlar laboratoriya o'lchami, uchuvchi va keng ko'lamli ishlab chiqarish uchun tayyor
    Qayta tiklanadigan / takrorlanadigan aniq nazorat qilinadigan ultratovush parametrlari tufayli natijalar
    Imkoniyat va reaktsiya tezligi: ultratovushli intensivlashtirilgan reaktsiyalar tezroq va shuning uchun tejamkor (pastroq xarajatlar)
  • Sonokimyo umumiy va maxsus maqsadlarda qo'llaniladi

– moslashuvchanlik & ko'p qirralilik, masalan, moslashuvchan o'rnatish va sozlash variantlari va fanlararo foydalanish

• Ultrasonikatsiya portlovchi muhitda ishlatilishi mumkin
  – tozalash (masalan, azotli adyol)
  – ochiq sirt yo'q
• Oddiy tozalash: o'z-o'zini tozalash (CIP – joyida toza)
• O'zingiz yoqtirgan qurilish materiallarini tanlang
  – shisha, zanglamaydigan po'lat, titanium
  – aylanadigan muhrlar yo'q
  – plombalarning keng tanlovi
• Ultrasonikatorlar keng harorat oralig'ida ishlatilishi mumkin
• Ultrasonikatorlar keng bosim oralig'ida ishlatilishi mumkin
• Boshqa texnologiyalar bilan sinergik ta'sir, masalan, elektrokimyo (sono-elektrokimyo), kataliz (sono-kataliz), kristallanish (sono-kristallanish) va boshqalar.
• Sonication bioreaktorlarni yaxshilash uchun ideal, masalan, fermentatsiya.
• Eritma / eritish: Eritma jarayonlarida zarralar bir fazadan ikkinchisiga o'tadi, masalan, qattiq zarralar suyuqlikda eriydi. Aniqlanishicha, qo'zg'alish darajasi jarayonning tezligiga ta'sir qiladi. Ko'pgina kichik kristallar ultratovushli kavitatsiya ostida an'anaviy aralashtiriladigan partiyali reaktorlarga qaraganda tezroq eriydi. Bu erda ham turli tezliklarning sababi zarrachalar sirtlarida turli xil massa uzatish tezligida yotadi. Masalan, ultratovush to'yingan eritmalarni yaratish uchun muvaffaqiyatli qo'llaniladi, masalan, kristallanish jarayonlarida (sono-kristallanish).
• Ultratovushli kimyoviy ekstraktsiya:
  – Suyuq-qattiq, masalan, botanika ekstrakti, kimyoviy ekstraktsiya
  – Suyuq-suyuqlik: ultratovush suyuqlik-suyuqlik ekstraktsiya tizimiga qo'llanilganda, boshqa fazalardan birining emulsiyasi hosil bo'ladi. Emulsiya hosil bo'lishi ikki aralashmaydigan fazalar orasidagi interfasial maydonlarning ko'payishiga olib keladi, bu esa fazalar o'rtasida massa uzatish oqimining kuchayishiga olib keladi.

Qanday qilib sonikatsiya aralashtirilgan tank reaktorlarida kimyoviy reaktsiyalarni yaxshilaydi?

• Kattaroq aloqa yuzasi: Geterogen fazalardagi reaktivlar orasidagi reaktsiyalarda faqat interfeysda bir-biri bilan to'qnashgan zarralar reaksiyaga kirishishi mumkin. Interfeys qanchalik katta bo'lsa, to'qnashuvlar shunchalik ko'p bo'lishi mumkin. Moddaning suyuq yoki qattiq qismi uzluksiz fazali suyuqlikda to'xtatilgan kichikroq tomchilar yoki qattiq zarrachalarga bo'linishi natijasida ushbu moddaning sirt maydoni ortadi. Bundan tashqari, o'lchamning qisqarishi natijasida zarrachalar soni ortadi va shuning uchun bu zarralar orasidagi o'rtacha masofa kamayadi. Bu uzluksiz fazaning dispers fazaga ta'sirini yaxshilaydi. Shuning uchun reaksiya tezligi dispers fazaning parchalanish darajasi bilan ortadi. Dispersiyalar yoki emulsiyalardagi ko'plab kimyoviy reaktsiyalar ultratovushli zarrachalar hajmini kamaytirish natijasida reaktsiya tezligining keskin yaxshilanishini ko'rsatadi.
• Kataliz (faollashtirish energiyasi): Katalizatorlar ko'pgina kimyoviy reaksiyalarda, laboratoriya ishlanmalarida va sanoat ishlab chiqarishida katta ahamiyatga ega. Ko'pincha katalizatorlar qattiq yoki suyuq fazada bo'lib, bitta reaktiv yoki barcha reaktivlar bilan aralashmaydi. Demak, ko'pincha kataliz heterojen kimyoviy reaktsiya hisoblanadi. Sulfat kislota, ammiak, nitrat kislota, eten va metanol kabi eng muhim asosiy kimyoviy moddalarni ishlab chiqarishda katalizatorlar muhim rol o'ynaydi. Atrof-muhit texnologiyasining katta sohalari katalitik jarayonlarga asoslangan. Zarrachalar to'qnashuvi kimyoviy reaksiyaga, ya'ni atomlarning qayta guruhlanishiga olib keladi, faqat zarrachalar etarli kinetik energiya bilan to'qnashsa. Ultrasonikatsiya kimyoviy reaktorlarda kinetikani oshirish uchun yuqori samarali vositadir. Heterojen kataliz jarayonida kimyoviy reaktor dizayniga ultratovush qo'shilishi katalizatorga bo'lgan talabni kamaytirishi mumkin. Bu kamroq katalizator yoki pastroq, kamroq olijanob katalizatorlardan foydalanishga olib kelishi mumkin.
• Kontaktning yuqori chastotasi / Yaxshilangan massa uzatish: Ultrasonik aralashtirish va aralashtirish - bu reaktsiyalar uchun yuqori faol sirtni taklif qiluvchi daqiqali tomchilar va zarrachalarni (ya'ni, sub-mikron va nano-zarrachalar) hosil qilishning yuqori samarali usuli. Quvvatli ultratovush ta'siridan kelib chiqqan qo'shimcha kuchli qo'zg'alish va mikro-harakat ostida zarralar orasidagi aloqa chastotasi keskin oshadi, natijada konversiya tezligi sezilarli darajada yaxshilanadi.
• Siqilgan plazma: Ko'pgina reaktsiyalar uchun reaktor haroratining 10 Kelvinga oshishi reaktsiya tezligini taxminan ikki baravar oshirishga olib keladi. Ultrasonik kavitatsiya kimyoviy reaktorda suyuqlikning umumiy hajmini sezilarli darajada qizdirmasdan, suyuqlik ichida 5000K gacha bo'lgan mahalliy yuqori reaktiv nuqtalarni hosil qiladi.
• Issiqlik energiyasi: Kimyoviy reaktor dizayniga qo'shadigan har qanday ultratovush energiyasi nihoyat issiqlik energiyasiga aylanadi. Shunday qilib, siz energiyani kimyoviy jarayon uchun qayta ishlatishingiz mumkin. Isitish elementlari yoki bug 'bilan issiqlik energiyasini kiritish o'rniga, ultrasonikatsiya yuqori chastotali tebranishlar orqali mexanik energiyani faollashtiradigan jarayonni joriy qiladi. Kimyoviy reaktorda bu kimyoviy jarayonni bir necha darajalarda faollashtirgan ultratovushli kavitatsiyani ishlab chiqaradi. Nihoyat, kimyoviy moddalarning ulkan ultratovushli kesishi issiqlik energiyasiga, ya'ni issiqlikka aylanishiga olib keladi. Kimyoviy reaktsiyangiz uchun doimiy jarayon haroratini saqlab turish uchun sovutish uchun jaketli partiyali reaktorlardan yoki ichki reaktorlardan foydalanishingiz mumkin.

CSTRda yaxshilangan kimyoviy reaktsiyalar uchun yuqori samarali ultratovush apparatlari

Hielscher Ultrasonics doimiy aralashtirilgan tank reaktorlariga (CSTR) integratsiya qilish uchun yuqori samarali ultratovushli homogenizatorlar va disperserlarni ishlab chiqadi, ishlab chiqaradi va tarqatadi. Hielscher ultrasonikatorlari kimyoviy reaktsiyalarni targ'ib qilish, kuchaytirish, tezlashtirish va yaxshilash uchun butun dunyoda qo'llaniladi.
Hielscher Ultrasonics’ ultratovushli protsessorlar kichik laboratoriya qurilmalaridan oqim kimyosi ilovalari uchun yirik sanoat protsessorlariga qadar har qanday hajmda mavjud. Ultrasonik amplitudani aniq sozlash (bu eng muhim parametr) Hielscher ultrasonikatorlarini past va juda yuqori amplitudalarda ishlashga va amplitudani aniq kimyoviy reaktsiya tizimining talab qilinadigan ultratovush jarayoni shartlariga aniq sozlash imkonini beradi.
Hielscherning ultratovush generatori avtomatik ma'lumotlarni protokollash bilan aqlli dasturiy ta'minotga ega. Ultrasonik energiya, harorat, bosim va vaqt kabi barcha muhim qayta ishlash parametrlari qurilma yoqilgan zahoti avtomatik ravishda o'rnatilgan SD-kartaga saqlanadi.
Jarayon monitoringi va ma'lumotlarni yozib olish jarayonlarni doimiy standartlashtirish va mahsulot sifati uchun muhim ahamiyatga ega. Avtomatik qayd etilgan jarayon ma'lumotlariga kirish orqali siz oldingi sonikatsiya ishlarini qayta ko'rib chiqishingiz va natijani baholashingiz mumkin.
Yana bir foydalanuvchilar uchun qulay xususiyat - bu raqamli ultratovush tizimlarimizni brauzer masofadan boshqarish. Brauzerni masofadan boshqarish orqali siz ultratovushli protsessoringizni istalgan joydan masofadan turib ishga tushirishingiz, to'xtatishingiz, sozlashingiz va kuzatishingiz mumkin.
Bizning yuqori samarali ultratovushli gomogenizatorlarimiz doimiy aralashtiriladigan tank reaktorini (CSTR) yaxshilashi mumkinligi haqida ko'proq bilish uchun hozir biz bilan bog'laning!
Quyidagi jadvalda ultrasonikatorlarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati ko'rsatilgan: