Kontinuerlige omrørte tankreaktorer (CSTR'er)

Q: Hvad er en CSTR? Hvordan fungerer en CSTR?

En kontinuerlig omrørt tankreaktor (CSTR) er en beholder, der anvendes til kemiske reaktioner. Det tillader de stoffer, der er nødvendige for reaktionen, at strømme ind, mens produkterne strømmer ud på samme tid. Dette gør det til et fantastisk værktøj til kontinuerlig fremstilling af kemikalier. CSTR-reaktoren blander stofferne godt og fungerer konsekvent under stabile forhold. Typisk er blandingen, der kommer ud, den samme som hvad der er indeni, hvilket afhænger af, hvor længe stofferne er i beholderen, og hvor hurtigt reaktionen opstår. I visse tilfælde, når en reaktion er for langsom, eller to forskellige væsker er til stede, der kræver en høj omrøringshastighed, kan flere CSTR'er forbindes sammen for at skabe en kaskade. En CSTR antager ideel backmixing, hvilket er det modsatte af en plug flow-reaktor (PFR).

Q: Er en CSTR en batchreaktor?

Nej, en CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) er ikke en batchreaktor. Hovedforskellen mellem en CSTR og en batchreaktor er, at en CSTR er en kontinuerlig strømningsreaktor, hvor reaktanter kontinuerligt føres ind i reaktoren, og produkter fjernes kontinuerligt, mens der i en batchreaktor tilsættes en fast mængde reaktanter til reaktoren og får lov til at reagere, indtil reaktionen er afsluttet, før produkterne fjernes. I en CSR blandes reaktanterne kontinuerligt ved hjælp af en omrører eller omrører, som sikrer, at reaktionsblandingen er homogen og godt blandet. CSTR'er bruges ofte i store industrielle processer, hvor der kræves en kontinuerlig forsyning af reaktanter for at imødekomme produktionskravene. Batchreaktorer anvendes derimod mere almindeligt i laboratorieforsøg, hvor der kræves mindre mængder reaktanter til test og analyse og til fremstilling af lægemidler i mindre mængder, agrokemikalier og specialkemikalier. Lær mere om batch vs CSTR reaktorer.

Q: Hvad er forskellen mellem en CSTR-reaktor og PFR?

PFR (Plug Flow Reactor) og CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) er to almindelige typer kemiske reaktorer, der anvendes i industrielle og laboratorieindstillinger. De vigtigste forskelle mellem disse to reaktorer er den måde, de fungerer på, og deres anvendelser. PFR fungerer ved at føre reaktanter gennem et langt rør eller kanal, hvor de blandes og reagerer, når de bevæger sig gennem reaktoren. I en PFR skal reaktionsbetingelserne, såsom temperatur og tryk, styres præcist langs rørets længde. Produktstrømmen fra en PFR er kontinuerlig, og konverteringsfrekvensen for reaktanter er typisk høj. PFR'er bruges ofte til storstilet, kontinuerlig produktion af kemikalier og petrokemikalier. CSTR er en godt blandet reaktor, der kontinuerligt omrører reaktanter i en tank eller beholder. I en CSR er reaktionsbetingelserne ensartede i hele reaktoren, og reaktionshastigheden bestemmes af strømningshastigheden af reaktanter ind og ud af tanken. CSTR'er anvendes almindeligvis til homogene og heterogene reaktioner, der kræver en høj grad af blanding og en relativt kort opholdstid. Samlet set afhænger valget mellem en PFR og CSTR af den specifikke reaktion, der udføres, og det ønskede produktionsresultat. Laboratoriedata af høj kvalitet er uvurderlige til reaktionskarakterisering, og procesmodellering kan bruges til at hjælpe reaktorvalg. Lær mere om CSTR vs PFR.

Q: Hvad er fordelene ved CSTR i forhold til PFR?

Hvorvidt kontinuerlig strømning (CSTR) eller PFR (plug flow) er bedre til en bestemt applikation, afhænger af den specifikke reaktion, der udføres, og det ønskede resultat. Generelt foretrækkes CSTR'er imidlertid ofte frem for PFR'er af flere årsager: God blanding: CSTR'er giver god blanding af reaktanter, især opslæmninger, hvilket hjælper med at opretholde en ensartet reaktionshastighed og forhindre lokaliserede hot spots eller døde zoner. I modsætning hertil kan PFR'er undertiden føre til gradienter i temperatur, koncentration eller strømningshastighed, hvilket kan påvirke reaktionseffektiviteten. Fleksibilitet: CSTR'er er meget fleksible og kan let tilpasses forskellige reaktionsbetingelser eller volumener. For eksempel kan opholdstiden let justeres ved at ændre strømningshastigheden, og reaktoren kan skaleres op eller ned afhængigt af produktionsbehovet. Reduceret reaktionstid: CSTR'er kan ofte opnå en høj konverteringsfrekvens på en relativt kort opholdstid, da reaktanterne er godt blandede, og reaktionsbetingelserne er ensartede. Dette kan føre til hurtigere reaktionstider og højere produktionshastigheder. Lavere omkostninger: CSTR'er er generelt enklere og billigere at konstruere og betjene end PFR'er, da de ikke kræver lange, specialiserede slanger og tilhørende udstyr. Samlet set afhænger valget mellem en CSTR og en PFR af de specifikke behov for den reaktion, der udføres, og begge reaktorer har deres fordele og ulemper. CSTR'er foretrækkes dog ofte for deres fleksibilitet, gode blanding og evne til at opnå høje konverteringsfrekvenser på kort opholdstid. Lær mere om CSTR vs PFR.

Flowteknologi til kemiske og biologiske synteser

Ring for tilbud

Oversigt
Industri applikationer
Relaterede ressourcer
Citater og referencer
Ofte stillede spørgsmål

Hvad er en kontinuerlig omrørt tankreaktor?

En kontinuerlig omrørt tankreaktor (CSTR) er en reaktionsbeholder, hvori reagenser, reaktanter og opløsningsmidler strømmer ind i reaktoren, mens reaktionsprodukterne samtidig forlader beholderen. På denne måde anses tankreaktoren for at være et værdifuldt værktøj til kontinuerlig kemisk behandling.

CSTR-reaktorer er kendt for deres effektive blanding og stabile, ensartede ydeevne under stationære forhold. Typisk er udgangssammensætningen den samme som materialet inde i reaktoren, hvilket afhænger af opholdstiden og reaktionshastigheden.

I situationer, hvor en reaktion er for langsom, når to ublandbare eller viskøse væsker kræver en høj omrøringshastighed, eller når der ønskes stikstrømsadfærd, kan flere reaktorer forbindes sammen for at skabe en CSTR-kaskade.

En CSTR antager et ideelt backmix-scenarie, hvilket er det nøjagtige modsatte af en plug flow-reaktor (PFR).

CSTR vs batchreaktor

Generelt kan reaktorer klassificeres som enten kontinuerlige (fig. 1) eller batchreaktorer (fig. 2). CSTR'er er typisk mindre i størrelse og muliggør problemfri tilsætning af reaktanter og reagenser, mens produktet kan strømme kontinuerligt ud uden afbrydelse.

I modsætning hertil er en batchreaktor en kemisk reaktor, der involverer tilsætning af en fast mængde reaktanter til reaktorbeholderen efterfulgt af reaktionsprocessen, indtil det ønskede produkt opnås. I modsætning til en kontinuerlig reaktor tilsættes reaktanter ikke kontinuerligt, og produkter fjernes ikke kontinuerligt. Desuden blandes batchreaktorer ikke så ensartet, og temperatur- og trykforholdene kan variere under reaktionen.

CSTR'er har den unikke evne til at håndtere højere reaktantkoncentrationer såvel som mere energiske reaktioner på grund af deres overlegne varmeoverførselsegenskaber sammenlignet med batchreaktorer. På denne måde betragtes en CSTR som et værktøj, der understøtter flowkemi.

Design og drift af CSTR'er

Kontinuerlige omrørte tankreaktorer (CSTR'er) består af:

En tankreaktor
Omrøringssystem til blanding af reaktanter (pumpehjul eller hurtigt flydende introduktion af reaktanter)
Foder- og udgangsrør for at introducere reaktanter og fjerne produkter

CSTR'er anvendes mest i industriel forarbejdning, primært i homogene væskefaseflowreaktioner, hvor konstant omrøring er påkrævet. De bruges dog også i medicinalindustrien og til biologiske processer, såsom cellekulturer og fermentorer.

CSTR'er kan anvendes i en kaskadeapplikation (fig. 3) eller enkeltstående (fig. 1).

CSTR og PFR

Hvad er forskellen mellem CSTR og PFR (plug flow reactor)?

CSTR'er (fig. 1) og PFR'er (fig. 4) anvendes begge i kontinuerlig strømningskemi. CSTR'er og PFR'er kan enten fungere som selvstændige reaktionssystemer eller kombineres for at indgå i en kontinuerlig strømningsproces. Blanding er et afgørende aspekt af CSTR'er, mens PFR'er er designet som rørformede reaktorer, hvor individuelle bevægelige stik indeholder reaktanter og reagenser, der fungerer som minibatchreaktorer. Hvert stik i en PFR har en lidt anden sammensætning, og de blandes internt, men ikke med det nærliggende stik foran eller bagved. I en ideelt blandet CSR er produktsammensætningen ensartet i hele volumenet, mens produktsammensætningen i en PFR varierer afhængigt af dens position i den rørformede reaktor. Hver type reaktor har sit eget sæt fordele og ulemper sammenlignet med de andre.

Mens en CSTR kan producere betydelige mængder produkt pr. Tidsenhed og kan fungere i længere perioder, er det muligvis ikke det bedste valg til reaktioner med langsom kinetik. I sådanne tilfælde er batchreaktorer typisk den foretrukne mulighed for syntese.

Plug flow-reaktorer er generelt mere pladseffektive og har højere konverteringsfrekvenser sammenlignet med andre typer reaktorer. De er dog ikke egnede til stærkt eksoterme reaktioner, fordi det kan være udfordrende at kontrollere pludselige temperaturstigninger. Desuden medfører PFR'er typisk højere drifts- og vedligeholdelsesomkostninger end CSTR'er.

Fordele ved CSTR i forhold til PFR

Temperaturregulering opretholdes let
CSTR-adfærd er velkendt, herunder i blanding (evne til at håndtere faste stoffer og opslæmninger), reaktionskalorimetri, doseringsmuligheder og kemisk kinetik
Billigere og lettere at konstruere end dedikerede specialflowsystemer
Det indre af reaktoren er tilgængeligt for procesanalytisk teknologi (PAT)
Flere enheder kan nemt sammenføjes til kaskadedrift eller integration i mere komplekse flowsystemer med PFR osv.

Ulemper ved CSTR i forhold til PFR

Samlet gennemstrømning pr. volumenenhed er typisk lavere end rørformede flowreaktorer
En stabil tilstand skal opretholdes, så systemet skal forstås godt
Enkelte enheder er ikke optimale til reaktioner med langsom kinetik

Vejledning i grøn kemi og bæredygtig teknik

Fremme af grøn kemi

Se vores fulde liste over grønne og bæredygtige kemiressourcer, herunder casestudier og brancheeksempler. Dette white paper viser, hvordan oplysningerne fra avanceret teknologi fra METTLER TOLEDO hjælper med at understøtte grøn og bæredygtig kemi i forskning, udvikling og produktion af farmaceutiske, kemiske og polymere molekyler og produkter

Optimering af CSTR-ydeevne

Fordeling af opholdstid (FTU) i CSTR-reaktorer

CSTR Fordeling af opholdstid (RTD)

Fordeling af opholdstid (RTD) beskriver den varighed, som en væskekomponent forbliver i et system eller en reaktor. CSTR-opholdstid vedrører den tid, som reaktanter bruger i reaktoren, før de forlader den.

Forståelse af opholdstidsfordelingen af en CSTR er afgørende for design og optimering af reaktorer til kemiske reaktioner. Det hjælper med at evaluere reaktorens effektivitet og den varighed, der kræves for at opnå en komplet reaktion. Afvigelse fra idealitet kan skyldes kanalisering af væske gennem beholderen, genbrug af væske i beholderen eller tilstedeværelsen af dårligt blandede eller stationære områder i beholderen. Som et resultat anvendes en sandsynlighedsfordelingsfunktion, RTD, til at beskrive den tid, som en endelig del af væsken befinder sig i reaktoren. Dette hjælper med at karakterisere blandings- og strømningsegenskaberne i reaktoren og sammenligne reaktorens opførsel med ideelle modeller. For eksempel udviser en kaskade af CSTR'er strammere opholdstid og reaktionsopløsning, da antallet af reaktorer stiger i kaskadeopsætningen.

Opholdstidsfordelingen af en væske i en beholder kan bestemmes eksperimentelt ved tilsætning af et ikke-reaktivt sporstof i systemindløbet. Koncentrationen af dette sporstof varieres af en kendt funktion, og de samlede strømningsforhold i beholderen bestemmes ved at spore koncentrationen af sporstoffet i beholderens spildevand.

Modellering for grønnere kemi

Grøn og bæredygtig kemi er en voksende tendens i den farmaceutiske og finkemiske industri. Denne tilgang til kemi sigter mod at minimere miljøpåvirkningen af kemiske processer ved at reducere affald og energiforbrug, bruge vedvarende ressourcer og designe processer, der er sikre og effektive.

Ved hjælp af modelleringssoftware kan forskere og ingeniører forudsige, hvordan kemiske reaktioner vil opføre sig under forskellige forhold, optimere reaktionsbetingelser for at reducere affald og energiforbrug og designe processer, der er sikrere og mere effektive. For eksempel kan evalueringer af batch versus flowkemi foretages hurtigt eller bestemme CSTR'er størrelse for bedste ydeevne. Kontinuerlige processer kan være mere bæredygtige end batch, af årsager som lavere volumen, mindre brug af opløsningsmidler og reducerede rengøringscyklusser.

Kemisk reaktionsmodellering og simulering er særligt velegnet til at understøtte grønne kemiinitiativer. Scale-up Suites avancerede modelleringsfunktioner giver brugerne mulighed for nøjagtigt at simulere komplekse kemiske reaktioner, herunder flertrinsreaktioner og optimere procesparametre såsom temperatur, tryk og reaktantkoncentrationer for at minimere spild og maksimere udbyttet.

Scale-up Suite™ har også funktioner, der giver brugerne mulighed for at vurdere miljøpåvirkningen af deres processer, såsom beregning af kulstoffodaftrykket eller energiforbruget for en given reaktion. Disse oplysninger kan hjælpe brugerne med at træffe informerede beslutninger om procesdesign og identificere muligheder for at gøre deres processer mere bæredygtige.

Lær mere om kemisk reaktionsmodellering.

CSTR og procesanalytisk teknologi (PAT)

Automatiserede kemiske reaktorer i laboratorieskala kan hjælpe med at konvertere fra batch- til CSTR-drift.

Parallelle syntesereaktorer som EasyMax har flere velkontrollerede uafhængige reaktorer, der kan bruges individuelt eller sammen som CSTR'er
Syntesereaktorer og reaktorkontrolsystemer kan fungere som enkelte CSTR-systemer eller kobles til andre reaktorer, der styres fra den samme pc
Til krystalliseringer eller flerfasereaktioner kan trykforskel bruges til at overføre opslæmninger

Procesanalytisk teknologi er uvurderlig for at holde steady state overvåget og godt kontrolleret.

FTIR-spektroskopi og Raman-spektroskopi giver realtidsmåling af kritiske reaktionsarter.
- For eksempel kan FTIR-spektrometre i kontinuerlige krystalliseringer måle og præsentere steady state-koncentration af et eller flere vigtige opløste stoffer.
- Raman-spektrometre måler og overvåger krystalformudviklingen som funktion af tiden
ParticleTrack bruger FBRM (Focused Beam Reflectance Measurement) til at overvåge vigtige krystalliseringsparametre, herunder partikelstørrelsesfordeling og akkordlængde
pH - og O₂-sonder overvåger løbende forholdene i CSTR - efter behov

Brug for hjælp til din ansøgning?

Vores eksperter står klar til at hjælpe

Hvis du har spørgsmål eller brug for hjælp til din tekniske anvendelse, står vores team af tekniske applikationskonsulenter klar til at guide dig i den rigtige retning.

Industri applikationer

Kontinuerlig proces til sikker produktion af diazomethan

ReactIR overvåger diazoketonkoncentrationen og anvendes til RTD-bestemmelse

Forfatterne rapporterer udviklingen af en diazomethangenerator bestående af en CSTR-kaskade med intern membranseparationsteknologi. De brugte denne teknologi i en tre-trins, teleskopiseret syntese af en chiral α-chloroketon - en vigtig mellemliggende forbindelse i syntesen af HIV-proteasehæmmere. En spolereaktor blev brugt til at generere et blandet anhydrid, der blev passeret ind i CSTR-diazomethankaskaden. Teflonmembranen tillod diffusion af diazomethan ind i CSTR, hvor den reagerede med anhydridet for at danne den tilsvarende diazoketon. Diazoketonen blev derefter omdannet til α-chlorketon ved reaktion med HCI i en batchreaktor.

ReactIR-målinger blev brugt til at følge dannelsen af den mellemliggende diazoketonforbindelse (sporing 2107 cm-1 top) og også til eksperimentelt at bestemme opholdstidsfordelingen for systemet ved at spore sporstoffet. Sporstofeksperimentet, der blev overvåget af ReactIR, fastslog, at fem reaktorvolumener af den anden CSTR i kaskaden var nødvendige for at nå steady state, svarende til en 6-timers opstartstid.

Wernik, M., Poechlauer, P., Schmoelzer, C., Dallinger, D., & Kappe, C. O. (2019). Design og optimering af en kontinuerlig omrørt tankreaktorkaskade til membranbaseret diazomethanproduktion: syntese af α-chlorketoner. Forskning og udvikling i organiske processer, 23(7), 1359–1368. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00115

Automatiseret Suzuki-koblingssystem med intermitterende flow med tilhørende downstream-operationer

OptiMax anvendes som MSMPR-reaktionsbeholdere i kontinuerlig krystallisation

Forfatterne rapporterer udviklingen af et system til at muliggøre en fuldautomatisk intermitterende flowvæske-flydende Suzuki-kobling samt håndtere batchmetalbehandling og kontinuerlig krystallisering. Med hensyn til den kontinuerlige krystallisering blev OptiMax-reaktorer anvendt i serie som flertrins blandet suspension og blandet produktfjernelse (MSMPR) beholdere , der drev omgivelsestemperaturens antisolventkrystallisation.

Disse MSMPR-fartøjer fungerer som CSTR'er, der producerer og overfører en gylle, der indeholder krystaller af produktet. Forfatterne rapporterer, at den nominelle opholdstid i krystallisatorerne blev beregnet af krystallisatorernes påfyldningsvolumen divideret med den samlede strømningshastighed for indgående feeds. PAT, herunder ParticleTrack med FBRM og svækket total reflektans (ATR), blev anvendt til måling af den kontinuerlige krystallisering.

Cole, K. P., Campbell, B. M., Forst, M. B., McClary Groh, J., Hess, M., Johnson, M. D., Miller, R. D., Mitchell, D., Polster, C. S., Reizman, B. J., & Rosemeyer, M. (2016). En automatiseret intermitterende flowtilgang til kontinuerlig Suzuki-kobling. Forskning og udvikling i organiske processer, 20(4), 820–830. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00030

PFR-CSTR-kaskade til kontinuerlig reaktiv krystallisation

ReactIR og ParticleTrack giver PAT-information og feedback

Forfatterne rapporterer udviklingen af et kombineret PFR-CSTR-kaskadeflowreaktorsystem, der inkorporerede inline FTIR - og FBRM-sensorer som procesanalytisk teknologi. Dette system blev brugt til at undersøge flere kontinuerlige reaktive krystalliseringer, bestemmelse af krystalmorfologi, krystalstørrelsesfordeling, reaktions- og krystallisationsudbytter og overmætningsniveauer. Opholdstidsfordelingen (RTD) for PFR-, CSTR-kaskade- og PFR-CSTR-kaskaden blev målt og viste, at den kombinerede PFR-CSTR-kaskade havde en lidt længere RTD end CSTR-kaskaden alene. Til den reaktive krystallisation blev der opnået et højere udbytte for PFR-CSTR-kaskadesystemet som et resultat af PFR's smallere RTD, hvilket minimerede både ureageret materiale og urenhedsdannelse.

ReactIR - og ParticleTrack-sonder målte reaktantkoncentrationen og krystalakkordlængden under den reaktive krystallisationsproces. Reaktantkoncentrationerne i moderlud målt ved ReactIR var i god overensstemmelse med HPLC-resultaterne (forudsigelsesfejl < 0,17 %). ParticleTrack-målinger afslørede en relativt stabil akkordlængde på ~ 150 μm.

Hu, C., Shores, B. T., Derech, R. A., Testa, C. J., Hermant, P., Wu, W., Shvedova, K., Ramnath, A., Al Ismaili, L. Q., Su, Q., siger, R., Born, S. C., Takizawa, B., O'Connor, T. F., Yang, X., Ramanujam, S., & Mascia, S. (2020). Kontinuerlig reaktiv krystallisation af en API i PFR-CSTR-kaskade med in-line PAT'er. Reaktionskemi og teknik, 5(10), 1950–1962. https://doi.org/10.1039/d0re00216j

Relaterede ressourcer

Kontinuerlig flowkemi

Continuous flow chemistry opens options with exothermic synthetic steps that are not possible in batch reactors, and new developments in flow reactor...

Webinar: Flowkemi ved hjælp af online PAT-analyse

Eric Fang of Snapdragon discusses how continuous flow chemistry is applicable across the entire value chain. Early implementation of continuous flow...

Accelerated Process Development

Process development focused on continuous processes can utilize many of the same tools used in traditional batch processes. Nalas Engineering develops...

Using Data-Rich Experimentation to Enable the Development of Continuous Processes

David Ford of Nalas investigated an Oxidative Nitration reaction with a fast and highly exothermic oxidation step using reaction calorimetry and Proce...

Mixing for Heterogeneous, Continuous Processes

Development of continuous processes is a chemical engineering challenge that requires a balance of heat transfer, mass transfer and kinetics. This web...

Continuous Flow Chemistry for API Manufacturing

Presented by Dr. Frederic Buono of Boehringer-Ingelheim, this on-demand webinar reviews continuous flow process development, including general concept...

Continuous Manufacturing of Beta-Lactam Antibiotics

In this webinar, we review a process model developed for a pilot plant that included an MSMPR reactor-crystallizer by coupling relevant reaction and c...

Continuous Primary Processing Facilitated by PAT

In this highly informative session, our esteemed experts in continuous flow chemistry, PAT, and chemical synthesis will guide you through the transfor...

Citater og referencer

Kontinuerlige omrørte tankreaktorer i tidsskriftpublikationer

Glace, M., Wu, W., Kraus, H., Acevedo, D., Roper, T. D., & Mohammad, A. (2023). Udvikling af en kontinuerlig synteseproces for carbamazepin ved hjælp af valideret in-line Raman-spektroskopi og kinetisk modellering til forstyrrelsessimulering. Reaktionskemi og teknik. https://doi.org/10.1039/d2re00476c
Copelli, S., Petrucci, N. B., Florit, F., & Barozzi, M. (2022). Øget sikkerhed ved at skifte semi-batchpolymerisationer til semi-kontinuerlig produktion. DOAJ (DOAJ: Fortegnelse over Open Access tidsskrifter). https://doi.org/10.3303/cet2290101
Muir, R., G, B. J., Pearsall, A., Jørgensen, M. J., Sims, B., Yonoski, K., Mehta, N., & Salan, J. S. (2021). Udvikling af en sikker kontinuerlig proces til natriumnitrotetrazolat via fast fase "catch and release". Forskning og udvikling i organiske processer, 25(8), 1882–1888. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.1c00129
Talicska, C. N., O'Connell, E. C., Ward, H. W., Diaz, A., Hardink, M., Foley, D. P., Connolly, D., Girard, K. P., & Ljubicic, T. (2022). Procesanalytisk teknologi (PAT): applikationer til flowprocesser til udvikling af aktive farmaceutiske ingredienser (API). Reaktionskemi og teknik, 7(6), 1419–1428. https://doi.org/10.1039/d2re00004k
Ahmed, B., Brown, C., McGlone, T., Bowering, D., Sefcik, J., & Florence, A. J. (2019). Konstruktion af acetaminophenpartikelattributter ved hjælp af en krystalliseringsplatform til vådfræsning. International Journal of Pharmaceutics, 554, 201–211. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2018.10.073
Copelli, S., Barozzi, M., Petrucci, N., & Moreno, V. C. (2019). Modellering og procesoptimering af en fuldskala emulsionspolymerisationsreaktor. Tidsskrift for kemiteknik, 358, 1410–1420. https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.10.055
Glace, A. M., Cohen, B. J., Dixon, D. D., Beutner, G. L., Vanyo, D., Akpinar, F., Rosso, V. W., Fraunhoffer, K. J., DelMonte, A. J., Santana, E., Wilbert, C., Gallo, F., & Bartels, W. (2020b). Sikker opskalering af en iltfrigivende spaltning af Evans oxazolidinon med hydrogenperoxid. Forskning og udvikling i organiske processer, 24(2), 172–182. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00462
Hu, C., Shores, B. T., Derech, R. A., Testa, C. J., Hermant, P., Wu, W., Shvedova, K., Ramnath, A., Ismaili, L. Q. A., Su, Q., siger, R., Born, S. C., Takizawa, B., O'Connor, T. G., Yang, X., Ramanujam, S., & Mascia, S. (2020). Kontinuerlig reaktiv krystallisation af en API i PFR-CSTR-kaskade med in-line PAT'er. Reaktionskemi og teknik, 5(10), 1950–1962. https://doi.org/10.1039/d0re00216j
Feng, R., Ramchandani, S., Salih, N. M., Lim, X. Y., Tan, S., Lee, L. S., Teoh, S. S., Sharratt, P. N., & Boodhoo, K. (2019). Procesintensiveringsstrategier og bæredygtighedsanalyse til amideringsbehandling i medicinalindustrien. Forskning i industriel kemi, 58(11), 4656–4666. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.8b04063
Wernik, M., Poechlauer, P., Schmoelzer, C., Dallinger, D., & Kappe, C. O. (2019). Design og optimering af en kontinuerlig omrørt tankreaktorkaskade til membranbaseret diazomethanproduktion: syntese af α-chlorketoner. Forskning og udvikling i organiske processer, 23(7), 1359–1368. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00115
Agnew, L. R., McGlone, T., Wheatcroft, H. P., Robertson, A., Parsons, A. R., & Wilson, C. C. (2017). Kontinuerlig krystallisation af paracetamol (acetaminophen) Form II: Selektiv adgang til en metastabil fast form. Krystalvækst og design, 17(5), 2418–2427. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.6b01831
Guinand, C. I., Dabros, M., Meyer, T., & Stoessel, F. (2017). Undersøgelse af reaktordynamik baseret på kalorimetriske data. Canadisk tidsskrift for kemiteknik. https://doi.org/10.1002/cjce.22700
Yang, X., Acevedo, D., Mohammad, A., Pavurala, N., Wu, H., Brayton, A. L., Shaw, R., Goldman, M. J., He, F., Li, S., Fisher, R. N., O'Connor, T. G., & Cruz, C. N. (2017). Risikoovervejelser ved udvikling af et kontinuerligt krystallisationssystem for carbamazepin. Forskning og udvikling i organiske processer, 21(7), 1021–1033. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.7b00130
Cole, K. D., Campbell, B. A., Forst, M. B., Groh, J. M., Hess, M., Johnson, M. H., Miller, R. A., Mitchell, D. L., Polster, C. S., Reizman, B. J., & Rosemeyer, M. (2016). En automatiseret intermitterende flowtilgang til kontinuerlig Suzuki-kobling. Forskning og udvikling i organiske processer, 20(4), 820–830. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00030
Yang, Y., Song, L., & Nagy, Z. K. (2015). Automatiseret direkte nukleationskontrol i kontinuerlig blandet suspension, fjernelse af blandede produkter, afkøling, krystallisering. Krystalvækst og design, 15(12), 5839–5848. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.5b01219
Rudniak, L., Machniewski, P., Milewska, A., & Molga, E. (2004). CFD-modellering af kemiske reaktorer i omrørte tanke: homogene og heterogene reaktionssystemer. Kemiingeniørvidenskab, 59 (22–23), 5233–5239. https://doi.org/10.1016/j.ces.2004.09.014

Ofte stillede spørgsmål

FAQs

Hvad er en CSTR? Hvordan fungerer en CSTR?

En kontinuerlig omrørt tankreaktor (CSTR) er en beholder, der anvendes til kemiske reaktioner. Det tillader de stoffer, der er nødvendige for reaktionen, at strømme ind, mens produkterne strømmer ud på samme tid. Dette gør det til et fantastisk værktøj til kontinuerlig fremstilling af kemikalier. CSTR-reaktoren blander stofferne godt og fungerer konsekvent under stabile forhold. Typisk er blandingen, der kommer ud, den samme som hvad der er indeni, hvilket afhænger af, hvor længe stofferne er i beholderen, og hvor hurtigt reaktionen opstår.

I visse tilfælde, når en reaktion er for langsom, eller to forskellige væsker er til stede, der kræver en høj omrøringshastighed, kan flere CSTR'er forbindes sammen for at skabe en kaskade. En CSTR antager ideel backmixing, hvilket er det modsatte af en plug flow-reaktor (PFR).

Er en CSTR en batchreaktor?

Nej, en CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) er ikke en batchreaktor. Hovedforskellen mellem en CSTR og en batchreaktor er, at en CSTR er en kontinuerlig strømningsreaktor, hvor reaktanter kontinuerligt føres ind i reaktoren, og produkter fjernes kontinuerligt, mens der i en batchreaktor tilsættes en fast mængde reaktanter til reaktoren og får lov til at reagere, indtil reaktionen er afsluttet, før produkterne fjernes.

I en CSR blandes reaktanterne kontinuerligt ved hjælp af en omrører eller omrører, som sikrer, at reaktionsblandingen er homogen og godt blandet.

CSTR'er bruges ofte i store industrielle processer, hvor der kræves en kontinuerlig forsyning af reaktanter for at imødekomme produktionskravene. Batchreaktorer anvendes derimod mere almindeligt i laboratorieforsøg, hvor der kræves mindre mængder reaktanter til test og analyse og til fremstilling af lægemidler i mindre mængder, agrokemikalier og specialkemikalier.

Lær mere om batch vs CSTR reaktorer.

Hvad er forskellen mellem en CSTR-reaktor og PFR?

PFR (Plug Flow Reactor) og CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) er to almindelige typer kemiske reaktorer, der anvendes i industrielle og laboratorieindstillinger. De vigtigste forskelle mellem disse to reaktorer er den måde, de fungerer på, og deres anvendelser.

PFR fungerer ved at føre reaktanter gennem et langt rør eller kanal, hvor de blandes og reagerer, når de bevæger sig gennem reaktoren. I en PFR skal reaktionsbetingelserne, såsom temperatur og tryk, styres præcist langs rørets længde. Produktstrømmen fra en PFR er kontinuerlig, og konverteringsfrekvensen for reaktanter er typisk høj. PFR'er bruges ofte til storstilet, kontinuerlig produktion af kemikalier og petrokemikalier.
CSTR er en godt blandet reaktor, der kontinuerligt omrører reaktanter i en tank eller beholder. I en CSR er reaktionsbetingelserne ensartede i hele reaktoren, og reaktionshastigheden bestemmes af strømningshastigheden af reaktanter ind og ud af tanken. CSTR'er anvendes almindeligvis til homogene og heterogene reaktioner, der kræver en høj grad af blanding og en relativt kort opholdstid.

Samlet set afhænger valget mellem en PFR og CSTR af den specifikke reaktion, der udføres, og det ønskede produktionsresultat. Laboratoriedata af høj kvalitet er uvurderlige til reaktionskarakterisering, og procesmodellering kan bruges til at hjælpe reaktorvalg. Lær mere om CSTR vs PFR.

Hvad er fordelene ved CSTR i forhold til PFR?

Hvorvidt kontinuerlig strømning (CSTR) eller PFR (plug flow) er bedre til en bestemt applikation, afhænger af den specifikke reaktion, der udføres, og det ønskede resultat. Generelt foretrækkes CSTR'er imidlertid ofte frem for PFR'er af flere årsager:

God blanding: CSTR'er giver god blanding af reaktanter, især opslæmninger, hvilket hjælper med at opretholde en ensartet reaktionshastighed og forhindre lokaliserede hot spots eller døde zoner. I modsætning hertil kan PFR'er undertiden føre til gradienter i temperatur, koncentration eller strømningshastighed, hvilket kan påvirke reaktionseffektiviteten.
Fleksibilitet: CSTR'er er meget fleksible og kan let tilpasses forskellige reaktionsbetingelser eller volumener. For eksempel kan opholdstiden let justeres ved at ændre strømningshastigheden, og reaktoren kan skaleres op eller ned afhængigt af produktionsbehovet.
Reduceret reaktionstid: CSTR'er kan ofte opnå en høj konverteringsfrekvens på en relativt kort opholdstid, da reaktanterne er godt blandede, og reaktionsbetingelserne er ensartede. Dette kan føre til hurtigere reaktionstider og højere produktionshastigheder.
Lavere omkostninger: CSTR'er er generelt enklere og billigere at konstruere og betjene end PFR'er, da de ikke kræver lange, specialiserede slanger og tilhørende udstyr.

Samlet set afhænger valget mellem en CSTR og en PFR af de specifikke behov for den reaktion, der udføres, og begge reaktorer har deres fordele og ulemper. CSTR'er foretrækkes dog ofte for deres fleksibilitet, gode blanding og evne til at opnå høje konverteringsfrekvenser på kort opholdstid.

Lær mere om CSTR vs PFR.