Lò phản ứng bể khuấy liên tục kích động bằng siêu âm

Lò phản ứng bể khuấy liên tục (CSTR) được áp dụng rộng rãi cho các phản ứng hóa học khác nhau bao gồm xúc tác, hóa học nhũ tương, trùng hợp, tổng hợp, chiết xuất và kết tinh. Động học phản ứng chậm là một vấn đề phổ biến trong CSTR, có thể dễ dàng được khắc phục bằng cách áp dụng ultrasonication điện. Sự pha trộn mạnh mẽ, kích động và tác dụng sonochemical của siêu âm điện tăng tốc động học phản ứng và cải thiện tỷ lệ chuyển đổi đáng kể. Ultrasonicators có thể dễ dàng tích hợp vào CSTRs của bất kỳ khối lượng.

Tại sao áp dụng power-siêu âm cho lò phản ứng bể khuấy liên tục?

Ultrasonically intensified CSTR: Power-ultrasound prootes chemical reactions by intense agitation.Lò phản ứng bể khuấy liên tục (CSTR, hoặc đơn giản là lò phản ứng bể khuấy (STR)) có các đặc tính chính khá giống với lò phản ứng hàng loạt. Sự khác biệt quan trọng chính là, đối với lò phản ứng bể khuấy liên tục (CSTR), nguồn cấp dữ liệu vật liệu phải được cung cấp trong dòng chảy liên tục vào và ra khỏi lò phản ứng. Cho ăn lò phản ứng có thể đạt được bằng dòng hấp dẫn hoặc dòng chảy tuần hoàn bắt buộc bằng cách sử dụng máy bơm. CSTR đôi khi được gọi là lò phản ứng dòng chảy ngược hỗn hợp (BMR).
CSTRs thường được sử dụng khi kích động của hai hoặc nhiều chất lỏng là cần thiết. CSTR có thể được sử dụng như lò phản ứng đơn hoặc được cài đặt như một loạt các cấu hình cho các dòng nồng độ khác nhau và các bước phản ứng. Bên cạnh việc sử dụng một lò phản ứng bể duy nhất, việc lắp đặt nối tiếp các bể khác nhau (lần này đến lần khác) hoặc thiết lập tầng thường được sử dụng.
Tại sao ultrasonication? Siêu âm trộn và kích động cũng như các hiệu ứng sonochemical của siêu âm điện được biết đến để góp phần vào hiệu quả của các phản ứng hóa học. Việc cải thiện trộn và giảm kích thước hạt do rung động siêu âm và cavitation cung cấp một động học tăng tốc đáng kể và tăng cường tỷ lệ chuyển đổi. Hiệu ứng sonochemical có thể cung cấp năng lượng cần thiết để bắt đầu phản ứng hóa học, chuyển đổi con đường hóa học, và cho năng suất cao hơn do một phản ứng hoàn chỉnh hơn.

Ultrasonically tăng cường CSTR có thể được sử dụng cho các ứng dụng như:

  • Phản ứng lỏng không đồng nhất
  • Phản ứng chất lỏng rắn không đồng nhất
  • Phản ứng pha lỏng đồng nhất
  • Phản ứng khí-lỏng không đồng nhất
  • Phản ứng khí-rắn-lỏng không đồng nhất

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


The ultrasonicator UP200St in a stirred vessel for emulsification of reactants

Lò phản ứng bể khuấy liên tục (CSTR) với ultrasonicator UP200St để tăng cường quy trình

Ultrasonication như hệ thống hóa chất tổng hợp tốc độ cao

Hóa học tổng hợp tốc độ cao là một kỹ thuật phản ứng mới được sử dụng để bắt đầu và tăng cường tổng hợp hóa học. So với các con đường phản ứng truyền thống, cần vài giờ hoặc vài ngày dưới trào ngược, lò phản ứng tổng hợp ultrasonically-thúc đẩy có thể giảm thiểu thời gian phản ứng đến một vài phút dẫn đến một phản ứng tổng hợp tăng tốc đáng kể. Tăng cường tổng hợp siêu âm dựa trên nguyên tắc làm việc của cavitation âm thanh và các lực lượng liên quan của nó bao gồm cả quá nóng hạn chế cục bộ. Tìm hiểu thêm về siêu âm, cavitation âm thanh và sonochemistry trong phần tiếp theo.

Siêu âm Cavitation và hiệu ứng Sonochemical của nó

Siêu âm (hoặc âm thanh) cavitation xảy ra khi siêu âm điện được kết hợp thành chất lỏng hoặc slurries. Cavitation là sự chuyển đổi từ pha lỏng sang pha hơi, xảy ra do áp suất giảm xuống mức độ căng thẳng hơi của chất lỏng.
Cavitation siêu âm tạo ra lực cắt rất cao và máy bay phản lực chất lỏng với lên đến 1000m / s. Các máy bay phản lực chất lỏng này tăng tốc hạt và gây ra va chạm giữa các hạt do đó làm giảm kích thước hạt của chất rắn và giọt. ngoài ra – được bản địa hóa trong và gần bong bóng cavitation nổ – áp suất cực cao đối với thứ tự của hàng trăm bầu khí quyển và nhiệt độ theo thứ tự hàng ngàn độ Kelvin được tạo ra.
Mặc dù ultrasonication là một phương pháp xử lý hoàn toàn cơ học, nó có thể tạo ra sự gia tăng nhiệt độ cực đoan hạn chế cục bộ. Điều này là do các lực mạnh được tạo ra bên trong và gần với bong bóng cavitation sụp đổ, nơi có thể dễ dàng đạt được nhiệt độ vài nghìn độ C. Trong giải pháp số lượng lớn, sự gia tăng nhiệt độ do một vụ nổ bong bóng duy nhất là gần như không đáng kể, nhưng tản nhiệt từ nhiều bong bóng cavitation như quan sát thấy trong cavitation nóng-spots (như được tạo ra bởi sonication với siêu âm công suất cao) cuối cùng có thể gây ra sự gia tăng nhiệt độ đo lường được ở nhiệt độ số lượng lớn. Ưu điểm của ultrasonication và sonochemistry nằm ở hiệu ứng nhiệt độ có thể kiểm soát trong quá trình xử lý: Kiểm soát nhiệt độ của dung dịch số lượng lớn có thể đạt được bằng cách sử dụng bể chứa với áo khoác làm mát cũng như sonication xung. Ultrasonicators tinh vi của Hielscher Ultrasonics có thể tạm dừng siêu âm khi đạt đến giới hạn nhiệt độ trên và tiếp tục ultrasonication ngay khi đạt đến giá trị thấp hơn của một ∆T thiết lập. Điều này đặc biệt quan trọng khi sử dụng các chất phản ứng nhạy cảm với nhiệt.

Sonochemistry cải thiện động học phản ứng

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.Kể từ khi sonication tạo ra rung động dữ dội và cavitation, động học hóa học bị ảnh hưởng. Động học của một hệ thống hóa học tương quan chặt chẽ với sự giãn nở và nổ bong bóng cavitation, theo đó tác động đến động lực của chuyển động bong bóng đáng kể. Khí hòa tan trong dung dịch phản ứng hóa học ảnh hưởng đến các đặc tính của phản ứng sonochemical thông qua cả hai, hiệu ứng nhiệt và tác dụng hóa học. Các hiệu ứng nhiệt ảnh hưởng đến nhiệt độ cao nhất đạt được trong sự sụp đổ bong bóng trong khoảng trống cavitation; các hiệu ứng hóa học sửa đổi tác động của khí, có liên quan trực tiếp đến phản ứng.
Các phản ứng không đồng nhất và đồng nhất với động học phản ứng chậm bao gồm phản ứng khớp nối Suzuki, lượng mưa, kết tinh và hóa học nhũ tương được bắt đầu và thúc đẩy thông qua siêu âm điện và hiệu ứng sonochemical của nó.
Ví dụ, để tổng hợp axit ferulic, sonication tần số thấp (20kHz) ở công suất 180 W cho năng suất axit ferulic 94% ở 60 ° C trong 3 h. Những kết quả này của Truong et al. (2018) chứng minh rằng việc sử dụng tần số thấp (loại sừng và chiếu xạ công suất cao) đã cải thiện tỷ lệ chuyển đổi đáng kể cho năng suất cao hơn 90%.

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


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.

Lò phản ứng bể khuấy liên tục (CSTR) với ultrasonicator tích hợp UIP2000hdT (2kW, 20kHz) để cải thiện động học và tỷ lệ chuyển đổi.

Hóa học nhũ tương tăng cường Ultrasonically

Các phản ứng không đồng nhất như hóa học nhũ tương có lợi đáng kể từ việc áp dụng siêu âm điện. Cavitation siêu âm giảm dần và phân phối các giọt của mỗi pha đồng nhất trong nhau tạo ra một sub-micron hoặc nano-nhũ tương. Vì các giọt có kích thước nano cung cấp diện tích bề mặt tăng đáng kể để tương tác với các giọt khác nhau, tốc độ truyền khối lượng và phản ứng được cải thiện đáng kể. Dưới sonication, các phản ứng được biết đến với động học thường chậm của họ cho thấy tỷ lệ chuyển đổi được cải thiện đáng kể, năng suất cao hơn, ít sản phẩm bổ trợ hoặc chất thải và hiệu quả tổng thể tốt hơn. Hóa học nhũ tương được cải thiện ultrasonically thường được áp dụng cho trùng hợp nhũ tương, ví dụ, để sản xuất hỗn hợp polymer, chất kết dính nước và polyme đặc biệt.

10 điều bạn nên biết, trước khi mua lò phản ứng hóa học

Khi bạn chọn một lò phản ứng hóa học cho một quá trình hóa học, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế lò phản ứng hóa học tối ưu. Nếu quá trình hóa học của bạn liên quan đến các phản ứng hóa học đa pha, không đồng nhất và động học phản ứng chậm, kích động lò phản ứng và kích hoạt quá trình là những yếu tố ảnh hưởng thiết yếu để chuyển đổi hóa học thành công và chi phí kinh tế (hoạt động) của lò phản ứng hóa học.
Ultrasonication cải thiện động học phản ứng của phản ứng hóa học lỏng-lỏng và rắn lỏng trong lò phản ứng hàng loạt hóa học và tàu phản ứng nội tuyến đáng kể. Do đó, việc tích hợp đầu dò siêu âm trong lò phản ứng hóa học có thể làm giảm chi phí lò phản ứng và cải thiện hiệu quả tổng thể và chất lượng của sản phẩm cuối cùng.
Rất thường xuyên, kỹ thuật lò phản ứng hóa học thiếu kiến thức về tăng cường quá trình ultrasonically hỗ trợ. Không có kiến thức sâu sắc về ảnh hưởng của siêu âm điện, kích động siêu âm, cavitation âm thanh và hiệu ứng sonochemical về hiệu suất lò phản ứng hóa học, phân tích lò phản ứng hóa học và các nguyên tắc cơ bản thiết kế thông thường chỉ có thể tạo ra kết quả kém hơn. Dưới đây, bạn sẽ có được một cái nhìn tổng quan về những lợi ích cơ bản của Ultrasonics cho thiết kế và tối ưu hóa lò phản ứng hóa học.

Ưu điểm của ultrasonically tăng cường liên tục khuấy bể lò phản ứng (CSTR)

  • Lò phản ứng tăng cường ultrasonically cho phòng thí nghiệm và sản xuất:
    Khả năng mở rộng dễ dàng: Bộ vi xử lý siêu âm có sẵn cho kích thước phòng thí nghiệm, thí điểm và sản xuất quy mô lớn
    Có thể tái sản xuất / lặp lại kết quả do các thông số siêu âm có thể kiểm soát chính xác
    Công suất và tốc độ phản ứng: phản ứng ultrasonically tăng cường nhanh hơn và do đó kinh tế hơn (chi phí thấp hơn)
  • Sonochemistry được áp dụng cho các mục đích chung cũng như đặc biệt
  • – khả năng thích ứng & tính linh hoạt, ví dụ: các tùy chọn cài đặt và thiết lập linh hoạt và sử dụng liên ngành

  • Ultrasonication có thể được sử dụng trong môi trường nổ
    – thanh lọc (ví dụ: chăn nitơ)
    – không có bề mặt mở
  • Vệ sinh đơn giản: tự làm sạch (CIP – sạch sẽ tại chỗ)
  • Chọn vật liệu xây dựng ưa thích của bạn
    – thủy tinh, thép không gỉ, titan
    – không có con dấu quay
    – nhiều lựa chọn chất bịt kín
  • Ultrasonicators có thể được sử dụng trong một loạt các nhiệt độ
  • Ultrasonicators có thể được sử dụng ở một loạt các áp lực
  • Hiệu ứng hiệp đồng với các công nghệ khác, ví dụ, điện hóa học (sono-điện hóa học), xúc tác (sono-xúc tác), kết tinh (kết tinh sono) v.v.
  • Sonication là lý tưởng để tăng cường phản ứng sinh học, ví dụ, lên men.
  • Hòa tan / hòa tan: Trong quá trình hòa tan, các hạt chuyển từ pha này sang pha khác, ví dụ như khi các hạt rắn hòa tan trong chất lỏng. Người ta thấy rằng mức độ kích động ảnh hưởng đến tốc độ của quá trình. Nhiều tinh thể nhỏ hòa tan nhanh hơn nhiều dưới cavitation siêu âm hơn một trong các lò phản ứng hàng loạt khuấy thông thường. Ở đây cũng vậy, lý do cho các tốc độ khác nhau nằm ở tốc độ truyền khối lượng khác nhau ở bề mặt hạt. Ví dụ, ultrasonication được áp dụng thành công để tạo ra các giải pháp siêu bão hòa, ví dụ, trong quá trình kết tinh (kết tinh sono).
  • Ultrasonically thúc đẩy khai thác hóa chất:
    – Chất lỏng-rắn, ví dụ như chiết xuất thực vật, khai thác hóa chất
    – Chất lỏng-chất lỏng: Khi siêu âm được áp dụng cho một hệ thống chiết xuất chất lỏng-lỏng, một nhũ tương của một trong các giai đoạn trong giai đoạn khác được tạo ra. Sự hình thành nhũ tương này dẫn đến tăng các khu vực giao tiếp giữa hai giai đoạn không thể xen kẽ dẫn đến thông lượng chuyển khối lượng tăng cường giữa các giai đoạn.

Làm thế nào để Sonication cải thiện phản ứng hóa học trong lò phản ứng bể khuấy?

  • Diện tích bề mặt tiếp xúc lớn hơn: Trong các phản ứng giữa các chất phản ứng trong các pha không đồng nhất, chỉ có các hạt va chạm với nhau tại giao diện mới có thể phản ứng. Giao diện càng lớn, càng có nhiều va chạm có thể xảy ra. Khi một phần chất lỏng hoặc rắn của một chất được chia thành các giọt nhỏ hơn hoặc các hạt rắn lơ lửng trong chất lỏng pha liên tục, diện tích bề mặt của chất này tăng lên. Hơn nữa, do giảm kích thước, số lượng hạt tăng lên và do đó khoảng cách trung bình giữa các hạt này giảm. Điều này cải thiện mức phơi sáng của pha liên tục với pha phân tán. Do đó, tốc độ phản ứng tăng theo mức độ phân mảnh của pha phân tán. Nhiều phản ứng hóa học trong phân tán hoặc nhũ tương cho thấy những cải tiến mạnh mẽ về tốc độ phản ứng là kết quả của việc giảm kích thước hạt siêu âm.
  • Xúc tác (Năng lượng kích hoạt): Chất xúc tác có tầm quan trọng lớn trong nhiều phản ứng hóa học, trong phát triển phòng thí nghiệm và trong sản xuất công nghiệp. Thông thường các chất xúc tác ở giai đoạn rắn hoặc lỏng và không thể chấp nhận được với một chất phản ứng hoặc tất cả các chất phản ứng. Do đó, thường xuyên hơn không, xúc tác là một phản ứng hóa học không đồng nhất. Trong sản xuất các hóa chất cơ bản quan trọng nhất như axit sulfuric, amoniac, axit nitric, ethene và methanol, chất xúc tác đóng một vai trò quan trọng. Các lĩnh vực lớn của công nghệ môi trường dựa trên các quá trình xúc tác. Sự va chạm của các hạt dẫn đến phản ứng hóa học, tức là sự tập hợp các nguyên tử, chỉ khi các hạt va chạm với đủ động năng. Ultrasonication là một phương tiện hiệu quả cao để tăng động học trong lò phản ứng hóa học. Trong một quá trình xúc tác không đồng nhất, việc bổ sung ultrasonics vào thiết kế lò phản ứng hóa học có thể làm giảm yêu cầu cho một chất xúc tác. Điều này có thể dẫn đến việc sử dụng ít chất xúc tác hơn hoặc chất xúc tác kém hơn, ít cao quý hơn.
  • Tần suất tiếp xúc cao hơn / Cải thiện chuyển khối lượng: Siêu âm trộn và kích động là một phương pháp hiệu quả cao để tạo ra các giọt nhỏ và các hạt (tức là sub-micron và nano-hạt), cung cấp một bề mặt hoạt động cao hơn cho các phản ứng. Dưới sự kích động dữ dội bổ sung và chuyển động vi mô gây ra bởi siêu âm điện, tần số tiếp xúc giữa các hạt được tăng lên đáng kể dẫn đến tỷ lệ chuyển đổi được cải thiện đáng kể.
  • Plasma nén: Đối với nhiều phản ứng, nhiệt độ lò phản ứng tăng 10 Kelvin khiến tốc độ phản ứng tăng gần gấp đôi. Cavitation siêu âm sản xuất các điểm nóng phản ứng cao cục bộ lên đến 5000K trong chất lỏng, mà không làm nóng đáng kể thể tích chất lỏng tổng thể trong lò phản ứng hóa học.
  • Năng lượng nhiệt: Bất kỳ năng lượng siêu âm mà bạn thêm vào một thiết kế lò phản ứng hóa học, cuối cùng sẽ được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt. Do đó, bạn có thể tái sử dụng năng lượng cho quá trình hóa học. Thay vì đầu vào năng lượng nhiệt bằng các yếu tố sưởi ấm hoặc hơi nước, Ultrasonication giới thiệu một quá trình kích hoạt năng lượng cơ học bằng các rung động tần số cao. Trong lò phản ứng hóa học, điều này tạo ra cavitation siêu âm kích hoạt quá trình hóa học trên nhiều cấp độ. Cuối cùng, việc cắt siêu âm to lớn của các hóa chất dẫn đến việc chuyển đổi sang năng lượng nhiệt, tức là nhiệt. Bạn có thể sử dụng lò phản ứng hàng loạt hoặc lò phản ứng nội tuyến để làm mát để duy trì nhiệt độ quá trình không đổi cho phản ứng hóa học của bạn.

Ultrasonicators hiệu suất cao để cải thiện phản ứng hóa học trong CSTR

Hielscher Ultrasonics thiết kế, sản xuất và phân phối homogenizers siêu âm hiệu suất cao và phân tán để tích hợp vào lò phản ứng bể khuấy liên tục (CSTR). Ultrasonicators Hielscher được sử dụng trên toàn thế giới để thúc đẩy, tăng cường, tăng tốc và cải thiện phản ứng hóa học.
Hielscher Ultrasonics’ bộ vi xử lý siêu âm có sẵn ở bất kỳ kích thước nào từ các thiết bị phòng thí nghiệm nhỏ đến bộ vi xử lý công nghiệp lớn cho các ứng dụng hóa học dòng chảy. Điều chỉnh chính xác biên độ siêu âm (là thông số quan trọng nhất) cho phép vận hành ultrasonicators Hielscher ở biên độ thấp đến rất cao và tinh chỉnh biên độ chính xác với các điều kiện quá trình siêu âm cần thiết của hệ thống phản ứng hóa học cụ thể.
Máy phát siêu âm của Hielscher có một phần mềm thông minh với giao thức dữ liệu tự động. Tất cả các thông số xử lý quan trọng như năng lượng siêu âm, nhiệt độ, áp suất và thời gian được tự động lưu trữ vào thẻ SD tích hợp ngay khi thiết bị được bật.
Giám sát quy trình và ghi dữ liệu rất quan trọng đối với việc tiêu chuẩn hóa quy trình liên tục và chất lượng sản phẩm. Bằng cách truy cập dữ liệu quá trình được ghi lại tự động, bạn có thể sửa đổi các lần chạy sonication trước đó và đánh giá kết quả.
Một tính năng thân thiện với người dùng khác là điều khiển từ xa trình duyệt của hệ thống siêu âm kỹ thuật số của chúng tôi. Thông qua điều khiển trình duyệt từ xa, bạn có thể bắt đầu, dừng, điều chỉnh và giám sát bộ xử lý siêu âm của mình từ xa từ bất cứ đâu.
Liên hệ với chúng tôi ngay bây giờ để tìm hiểu thêm về homogenizers siêu âm hiệu suất cao của chúng tôi có thể cải thiện lò phản ứng bể khuấy liên tục của bạn (CSTR)!
Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm:

batch Khối lượng Tốc độ dòng Thiết bị khuyến nghị
1 đến 500ml 10 đến 200mL / phút UP100H
10 đến 2000mL 20 đến 400mL / phút UP200Ht, UP400St
0.1 đến 20L 00,2 đến 4L / phút UIP2000hdT
10 đến 100L 2 đến 10L / phút UIP4000hdT
N.A. 10 đến 100L / phút UIP16000
N.A. lớn hơn Cụm UIP16000

Liên hệ chúng tôi! / Hỏi chúng tôi!

Yêu cầu thêm thông tin

Vui lòng sử dụng mẫu dưới đây để yêu cầu thêm thông tin về bộ vi xử lý siêu âm, ứng dụng và giá cả. Chúng tôi sẽ vui mừng để thảo luận về quá trình của bạn với bạn và để cung cấp cho bạn một hệ thống siêu âm đáp ứng yêu cầu của bạn!










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

Hielscher Ultrasonics sản xuất hiệu suất cao siêu âm homogenizers cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ tương và khai thác trên phòng thí nghiệm, thí điểm và quy mô công nghiệp.

Văn học/tài liệu tham khảo



Sự kiện đáng biết

Kích động siêu âm trong lò phản ứng hóa học tạo ra kết quả tốt hơn so với lò phản ứng bể khuấy liên tục thông thường hoặc lò phản ứng batchmix. Sự kích động siêu âm tạo ra nhiều kết quả cắt và tái sản xuất hơn so với lò phản ứng khuấy phản lực, do trộn và xử lý chất lỏng tốt hơn trong bể lò phản ứng hoặc trong lò phản ứng dòng chảy.


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 sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ Phòng thí nghiệm đến kích thước công nghiệp.