- Szakaszos reaktor vs CSTR
- CSTR tervezés
- PFR vs CSTR
- Előnyök és hátrányok
- CSTR tartózkodási idő eloszlása (RTD)
- CSTR-ek modellezése és szimulációja
- PAT integráció
- Ipari alkalmazások
- Idézetek és hivatkozások
- GYIK
Mi az a folyamatos keverésű tartályreaktor?
A folyamatos keverésű tartályreaktor (CSTR) olyan reakcióedény, amelyben reagensek, reagensek és oldószerek áramlanak a reaktorba, miközben a reakció termékei egyidejűleg kilépnek az edényből. Ily módon a tartályreaktor értékes eszköznek tekinthető a folyamatos kémiai feldolgozáshoz.
A CSTR reaktorok hatékony keverésükről és stabil, egyenletes teljesítményükről ismertek állandósult körülmények között. A kimeneti összetétel általában megegyezik a reaktor belsejében lévő anyaggal, amely a tartózkodási időtől és a reakciósebességtől függ.
Olyan helyzetekben, amikor a reakció túl lassú, amikor két nem elegyedő vagy viszkózus folyadék nagy keverési sebességet igényel, vagy amikor a dugó áramlási viselkedése kívánatos, több reaktor összekapcsolható CSTR kaszkád létrehozásához.
A CSTR ideális visszakeverési forgatókönyvet feltételez, amely pontosan ellentétes a dugós áramlású reaktorral (PFR).
Gyors linkek
CSTR vs szakaszos reaktor
Általában a reaktorok folyamatos (1. ábra) vagy szakaszos reaktorként (2. ábra) osztályozhatók. A CSTR-ek jellemzően kisebb méretűek, és lehetővé teszik a reagensek és reagensek zökkenőmentes hozzáadását, miközben a termék megszakítás nélkül folyamatosan kifolyhat.
Ezzel szemben a szakaszos reaktor olyan kémiai reaktor, amely magában foglalja egy meghatározott mennyiségű reagens hozzáadását a reaktortartályhoz, majd a reakciófolyamatot, amíg a kívánt terméket meg nem kapja. A folyamatos reaktorral ellentétben a reagenseket nem adják hozzá folyamatosan, és a termékeket nem távolítják el folyamatosan. Ezenkívül a szakaszos reaktorok nem olyan egyenletesen keverednek, és a hőmérséklet és a nyomás körülményei változhatnak a reakció során.
A CSTR-ek egyedülálló képességgel rendelkeznek a magasabb reagenskoncentrációk kezelésére, valamint nagyobb energiájú reakciókra, mivel a szakaszos reaktorokhoz képest jobb hőátadási tulajdonságaik vannak. Ily módon a CSTR az áramlási kémiát támogató eszköznek tekinthető.
CSTR-ek tervezése és működtetése
A folyamatos keverésű tartályreaktorok (CSTR-ek) a következőkből állnak:
- Tartályreaktor
- Keverőrendszer reagensek keverésére (járókerék vagy reagensek gyors áramlású bevezetése)
- Betápláló és kiléptető csövek a reagensek bevezetéséhez és a termékek eltávolításához
A CSTR-eket leggyakrabban az ipari feldolgozásban használják, elsősorban homogén folyadékfázisú áramlási reakciókban, ahol állandó keverésre van szükség. Ugyanakkor a gyógyszeriparban és biológiai folyamatokban, például sejtkultúrákban és fermentorokban is használják őket.
A CSTR-ek kaszkád alkalmazásban (3. ábra) vagy önállóan (1. ábra) használhatók.
CSTR és PFR
Mi a különbség a CSTR és a PFR (dugós áramlású reaktor) között?
A CSTR-eket (1. ábra) és a PFR-eket (4. ábra) egyaránt használják a folyamatos áramlású kémiában . A CSTR-ek és a PFR-ek működhetnek önálló reakciórendszerként, vagy kombinálhatók egy folyamatos áramlási folyamat részeként. A keverés a CSTR-ek kulcsfontosságú szempontja, míg a PFR-eket csőreaktorokként tervezik, ahol az egyes mozgó dugók reagenseket és reagenseket tartalmaznak, amelyek mini szakaszos reaktorokként működnek. A PFR minden dugója kissé eltérő összetételű, és belsőleg keverednek, de nem a közeli dugóval előtte vagy mögötte. Egy ideálisan kevert CSTR-ben a termékösszetétel egyenletes a teljes térfogatban, míg a PFR-ben a termékösszetétel a csőreaktorban elfoglalt helyétől függően változik. Minden reaktortípusnak saját előnyei és hátrányai vannak a többihez képest.
Míg a CSTR jelentős mennyiségű terméket képes előállítani időegységenként, és hosszabb ideig működhet, nem biztos, hogy a legjobb választás a lassú kinetikával való reakciókhoz. Ilyen esetekben jellemzően a szakaszos reaktorok az előnyben részesített lehetőség a szintézishez.
A dugós áramlású reaktorok általában helytakarékosabbak és nagyobb konverziós arányuk van más típusú reaktorokhoz képest. Azonban nem alkalmasak erősen exoterm reakciókra, mert kihívást jelenthet a hirtelen hőmérséklet-emelkedések szabályozása. Ezenkívül a PFR-ek jellemzően magasabb üzemeltetési és karbantartási költségekkel járnak, mint a CSTR-ek.
A CSTR előnyei a PFR-rel szemben
- A hőmérséklet-szabályozás könnyen karbantartható
- A CSTR viselkedése jól ismert, beleértve a keverést (szilárd anyagok és iszapok kezelésének képessége), a reakciókalorimetriát, az adagolási lehetőségeket és a kémiai kinetikát
- Olcsóbb és könnyebben megépíthető, mint a dedikált speciális áramlási rendszerek
- A reaktor belseje hozzáférhető a folyamatanalitikai technológia (PAT) számára
- Több egység könnyen csatlakoztatható kaszkád működéshez vagy bonyolultabb áramlási rendszerekbe történő integráláshoz PFR stb. segítségével.
A zöld kémia fejlesztése
Tekintse meg a zöld és fenntartható kémiai erőforrások teljes listáját, beleértve az esettanulmányokat és az iparági példákat. Ez a tanulmány bemutatja, hogy a METTLER TOLEDO fejlett technológiája által nyújtott információk hogyan segítik a zöld és fenntartható vegyipar támogatását a gyógyszeripari, vegyipari és polimer molekulák és termékek kutatása, fejlesztése és gyártása során
A CSTR teljesítményének optimalizálása
CSTR tartózkodási idő eloszlása (RTD)
A tartózkodási idő eloszlása (RTD) azt az időtartamot írja le, ameddig egy folyadékkomponens egy rendszerben vagy reaktorban marad. A CSTR tartózkodási ideje arra az időre vonatkozik, amelyet a reagensek a reaktorban töltenek, mielőtt elhagynák azt.
A CSTR tartózkodási idő eloszlásának megértése kritikus fontosságú a reaktorok kémiai reakciókhoz való tervezésében és optimalizálásában. Segít értékelni a reaktor hatékonyságát és a teljes reakció eléréséhez szükséges időtartamot. Az ideálisságtól való eltérés a folyadéknak az edényen keresztül történő elvezetéséből, az edényen belüli folyadék újrahasznosításából, vagy rosszul kevert vagy álló régiók jelenlétéből eredhet az edényben. Ennek eredményeként egy valószínűségi eloszlásfüggvényt, az RTD-t használják annak leírására, hogy a folyadék véges része mennyi ideig tartózkodik a reaktorban. Ez segít jellemezni a reaktor keverési és áramlási jellemzőit, és összehasonlítani a reaktor viselkedését az ideális modellekkel. Például a CSTR-ek kaszkádja szűkebb tartózkodási időt és reakciófelbontást mutat, mivel a reaktorok száma növekszik a kaszkád beállításban.
A folyadék tartózkodási idejének eloszlása egy edényben kísérletileg meghatározható egy nem reaktív jelölőanyagnak a rendszer bemenetébe történő hozzáadásával. Ennek a jelölőanyagnak a koncentrációját egy ismert funkció változtatja, és az edényben az általános áramlási viszonyokat úgy határozzák meg, hogy nyomon követik a jelölőanyag koncentrációját az edény szennyvizében.
Modellezés a zöldebb kémia érdekében
A zöld és fenntartható kémia egyre növekvő trend a gyógyszeriparban és a finomvegyiparban. A kémia ezen megközelítésének célja a kémiai folyamatok környezeti hatásának minimalizálása a hulladék és az energiafogyasztás csökkentésével, a megújuló erőforrások felhasználásával, valamint a biztonságos és hatékony folyamatok tervezésével.
A modellező szoftverek használatával a tudósok és mérnökök megjósolhatják, hogyan viselkednek a kémiai reakciók különböző körülmények között, optimalizálhatják a reakciókörülményeket a hulladék és az energiafogyasztás csökkentése érdekében, valamint biztonságosabb és hatékonyabb folyamatokat tervezhetnek. Például gyorsan elvégezhető a kötegelt és az áramlási kémia értékelése, vagy a CSTR-ek méretének meghatározása a legjobb teljesítmény érdekében. A folyamatos folyamatok fenntarthatóbbak lehetnek, mint a tétel, olyan okok miatt, mint a kisebb térfogat, a kevesebb oldószerhasználat és a rövidebb tisztítási ciklusok.
A kémiai reakciók modellezése és szimulációja különösen alkalmas a zöld kémiai kezdeményezések támogatására. A Scale-up Suite fejlett modellezési képességei lehetővé teszik a felhasználók számára, hogy pontosan szimulálják az összetett kémiai reakciókat, beleértve a többlépcsős reakciókat is, és optimalizálják a folyamatparamétereket, például a hőmérsékletet, a nyomást és a reaktánsok koncentrációját a hulladék minimalizálása és a hozam maximalizálása érdekében.
A Scale-up Suite™ olyan funkciókkal is rendelkezik, amelyek lehetővé teszik a felhasználók számára, hogy felmérjék folyamataik környezeti hatását, például kiszámítsák egy adott reakció szénlábnyomát vagy energiafogyasztását. Ezek az információk segíthetnek a felhasználóknak megalapozott döntéseket hozni a folyamattervezéssel kapcsolatban, és azonosítani a folyamatok fenntarthatóbbá tételének lehetőségeit.
CSTR és folyamatanalitikai technológia (PAT)
Az automatizált, laboratóriumi méretű kémiai reaktorok segíthetnek a kötegelt működésről a CSTR működésre való áttérésben.
- A párhuzamos szintézisű reaktorok, mint például az EasyMax , több jól ellenőrzött, független reaktorral rendelkeznek, amelyek külön-külön vagy együttesen használhatók CSTR-ként
- A szintézisreaktorok és reaktorvezérlő rendszerek működhetnek egyetlen CSTR rendszerként, vagy kapcsolódhatnak más, ugyanarról a számítógépről vezérelt reaktorokhoz
- Kristályosodáshoz vagy többfázisú reakciókhoz nyomáskülönbség használható a szuszpenziók átvitelére
A folyamatanalitikai technológia felbecsülhetetlen értékű az állandó állapot felügyeletében és megfelelő ellenőrzésében.
- Az FTIR spektroszkópia és a Raman-spektroszkópia a kritikus reakciójú fajok valós idejű mérését biztosítja.
- Például folyamatos kristályosítások esetén az FTIR spektrométerek képesek mérni és bemutatni egy vagy több kulcsfontosságú oldott anyag egyensúlyi koncentrációját.
- A Raman-spektrométerek mérik és monitorozzák a kristályforma fejlődését az idő függvényében
- A ParticleTrackfókuszált nyalábvisszaverődési mérést (FBRM) használ a legfontosabb kristályosodási paraméterek monitorozására, beleértve a szemcsék méreteloszlását és az akkordhosszt
- A pH és O₂ szondák folyamatosan figyelik a CSTR körülményeit - szükség szerint
Segítségre van szüksége a jelentkezésével kapcsolatban?
Szakértőink készek segíteni
Ha kérdése van, vagy segítségre van szüksége a műszaki alkalmazással kapcsolatban, műszaki alkalmazás tanácsadói csapatunk készen áll arra, hogy a helyes irányba vezesse.
Ipari alkalmazások
Folyamatos folyamat a diazo-metán biztonságos előállításához
A ReactIR figyeli a diazoketon koncentrációt és a KTF meghatározására használják
A szerzők egy belső membránelválasztási technológiával rendelkező CSTR kaszkádból álló diazometán generátor kifejlesztéséről számolnak be. Ezt a technológiát egy királis α-klórketon háromlépcsős, teleszkópos szintézisében használták - ez egy fontos közbenső vegyület a HIV-proteázgátlók szintézisében. Egy tekercsreaktort használtak egy kevert anhidrid előállítására, amelyet a CSTR diazo-metán kaszkádba vezettek. A teflonmembrán lehetővé tette a diazo-metán diffúzióját a CSTR-be, ahol az anhidriddel reagálva megfelelő diazoketont képez. A diazoketont ezután α-klórketonná alakítottuk HCl-lel reagáltatva szakaszos reaktorban.
A ReactIR méréseket a közbenső diazoketon vegyület képződésének követésére (2107 cm-1 csúcs követése), valamint a nyomjelző anyag nyomon követésével a rendszer tartózkodási idő eloszlásának kísérleti meghatározására használtuk. A ReactIR által megfigyelt nyomjelző kísérlet megállapította, hogy a kaszkádban lévő második CSTR öt reaktortérfogatára van szükség ahhoz, hogy elérjék az egyensúlyi állapotot, ami 6 órás indítási időnek felel meg.
Wernik, M., Poechlauer, P., Schmoelzer, C., Dallinger, D., & Kappe, C. O. (2019). Folyamatos keverésű tartályreaktor kaszkád tervezése és optimalizálása membránalapú diazometán előállításához: α-klórketonok szintézise. Szerves folyamatkutatás és -fejlesztés, 23(7), 1359–1368. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00115
Automatizált szakaszos áramlású Suzuki kapcsolórendszer a kapcsolódó downstream műveletekkel
Az OptiMax MSMPR reakcióedényként használható folyamatos kristályosításban
A szerzők egy olyan rendszer kifejlesztéséről számolnak be, amely lehetővé teszi a teljesen automatizált szakaszos áramlású folyadék-folyadék Suzuki csatolást, valamint a szakaszos fémkezelést és a folyamatos kristályosítást. A folyamatos kristályosítás tekintetében az OptiMax reaktorokat sorba állítottuk többfokozatú vegyes szuszpenziós és vegyes termék eltávolító (MSMPR) edényekként , amelyek a környezeti hőmérsékletű antiszolvens kristályosítást hajtják.
Ezek az MSMPR-edények CSTR-ként működnek, amelyek a termék kristályait tartalmazó hígtrágyát állítanak elő és továbbítanak. A szerzők arról számolnak be, hogy a kristályosítókban való névleges tartózkodási időt úgy számították ki, hogy a kristályosítók töltési térfogatát elosztották a bejövő takarmányok teljes áramlási sebességével. A folyamatos kristályosodás mérésére PAT-ot használtunk, beleértve az FBRM-mel ellátott ParticleTrack-et és az attenuated total reflectance-t (ATR).
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. és Rosemeyer, M. (2016). Automatizált szakaszos áramlásos megközelítés a folyamatos Suzuki tengelykapcsolóhoz. Szerves folyamatkutatás és -fejlesztés, 20(4), 820–830. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00030
PFR-CSTR kaszkád a folyamatos reaktív kristályosításhoz
A ReactIR és a ParticleTrack PAT információkat és visszajelzést nyújt
A szerzők egy kombinált PFR-CSTR kaszkád áramlású reaktorrendszer kifejlesztéséről számolnak be, amely inline FTIR és FBRM érzékelőket tartalmazott folyamatanalitikai technológiaként. Ezt a rendszert több folyamatos reaktív kristályosodás vizsgálatára használták, meghatározva a kristálymorfológiát, a kristályméret-eloszlást, a reakció- és kristályosodási hozamokat és a túltelítettségi szinteket. Megmérték a PFR, CSTR kaszkád és PFR-CSTR kaszkád tartózkodási idő eloszlását (RTD), és azt mutatták, hogy a kombinált PFR-CSTR kaszkád RTD-je valamivel hosszabb, mint a CSTR kaszkádé. A reaktív kristályosításhoz nagyobb hozamot kaptunk a PFR-CSTR kaszkádrendszer esetében a PFR szűkebb RTD-jének eredményeként, minimalizálva mind a reagálatlan anyag, mind a szennyeződés képződését.
A ReactIR és ParticleTrack szondák a reaktív kristályosítási folyamat során mérték a reaktáns koncentrációját és a kristályakkord hosszát. A ReactIR által mért reagenskoncentrációk az anyalúgban jó egyezést mutattak a HPLC eredményekkel (előrejelzési hiba < 0,17%). A ParticleTrack mérései viszonylag stabil, ~ 150 μm-es akkordhosszt mutattak.
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., mondás, R., Born, S. C., Takizawa, B., O'Connor, T. F., Yang, X., Ramanujam, S., & Mascia, S. (2020). API folyamatos reaktív kristályosítása PFR-CSTR kaszkádban in-line PAT-ekkel. Reakciókémia és mérnöki, 5(10), 1950–1962. https://doi.org/10.1039/d0re00216j
Kapcsolódó források
Idézetek és hivatkozások
Folyamatos kevert tartályreaktorok folyóirat-kiadványokban
- Glace, M., Wu, W., Kraus, H., Acevedo, D., Roper, T. D. és Mohammad, A. (2023). Karbamazepin folyamatos szintézisének fejlesztése validált in-line Raman-spektroszkópiával és kinetikai modellezéssel zavarszimulációhoz. Reakciókémia és mérnöki tudományok. https://doi.org/10.1039/d2re00476c
- Copelli, S., Petrucci, N. B., Florit, F., & Barozzi, M. (2022). A biztonság növelése a féltételes polimerizációk félig folyamatos gyártásba való áthelyezésével. DOAJ (DOAJ: Open Access folyóiratok könyvtára). https://doi.org/10.3303/cet2290101
- Muir, R., G, B. J., Pearsall, A., Jorgensen, M. J., Sims, B., Yonoski, K., Mehta, N. és Salan, JS (2021). Biztonságos, folyamatos folyamat kifejlesztése nátrium-nitrotetrazolátumra szilárd fázisú "fogás és kibocsátás" útján. Szerves folyamatkutatás és -fejlesztés, 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. és Ljubicic, T. (2022). Folyamatanalitikai technológia (Process analytical technology, PAT): alkalmazások folyamatfolyamatokhoz gyógyszerhatóanyagok (API) fejlesztéséhez. Reakciókémia és mérnöki tudományok, 7(6), 1419–1428. https://doi.org/10.1039/d2re00004k
- Ahmed, B., Brown, C., McGlone, T., Bowering, D., Sefcik, J. és Florence, A. J. (2019). Acetaminophen részecske attribútumok tervezése nedves marási kristályosító platform segítségével. 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). Teljes körű emulziós polimerizációs reaktor modellezése és folyamatoptimalizálása. Vegyészmérnöki Közlöny, 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. és Bartels, W. (2020b). Az Evans oxazolidinon oxigént felszabadító hasításának biztonságos növelése hidrogén-peroxiddal. Szerves folyamatkutatás és -fejlesztés, 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., mondván, R., Született, S. C., Takizawa, B., O'Connor, T. G., Yang, X., Ramanujam, S., & Mascia, S. (2020). API folyamatos reaktív kristályosítása PFR-CSTR kaszkádban in-line PAT-ekkel. Reakciókémia és mérnöki tudományok, 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). Folyamatintenzifikációs stratégiák és fenntarthatósági elemzés a gyógyszeriparban történő amidációs feldolgozáshoz. Ipari és mérnöki kémiai kutatás, 58(11), 4656–4666. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.8b04063
- Wernik, M., Poechlauer, P., Schmoelzer, C., Dallinger, D., & Kappe, C. O. (2019). Folyamatos keverésű tartályreaktor kaszkád tervezése és optimalizálása membránalapú diazometán előállításához: α-klórketonok szintézise. Szerves folyamatkutatás és -fejlesztés, 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. és Wilson, C. C. (2017). A paracetamol (acetaminofen) folyamatos kristályosodása II. forma: szelektív hozzáférés metastabil szilárd formához. Kristálynövekedés és tervezés, 17(5), 2418–2427. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.6b01831
- Guinand, C. I., Dabros, M., Meyer, T. és Stoessel, F. (2017). Reaktordinamikai vizsgálat kalorimetriai adatok alapján. Canadian Journal of Chemical Engineering. 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. és Cruz, C. N. (2017). A karbamazepin folyamatos kristályosítási rendszerének kifejlesztésével kapcsolatos kockázati megfontolások. Szerves folyamatkutatás és -fejlesztés, 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. és Rosemeyer, M. (2016). Automatizált szakaszos áramlásos megközelítés a folyamatos Suzuki tengelykapcsolóhoz. Szerves folyamatkutatás és -fejlesztés, 20(4), 820–830. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00030
- Yang, Y., Song, L., & Nagy, Z. K. (2015). Automatizált közvetlen nukleációvezérlés folyamatos kevert szuszpenzió, vegyes termék eltávolítása, hűtés, kristályosítás során. Kristálynövekedés és tervezés, 15(12), 5839–5848. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.5b01219
- Rudniak, L., Machniewski, P., Milewska, A., & Molga, E. (2004). Kevert tartályos kémiai reaktorok CFD modellezése: homogén és heterogén reakciórendszerek. Vegyészmérnöki tudomány, 59(22–23), 5233–5239. https://doi.org/10.1016/j.ces.2004.09.014
GYIK
FAQs
Mi az a CSTR? Hogyan működik a CSTR?
A folyamatos keverésű tartályreaktor (CSTR) kémiai reakciókhoz használt tartály. Lehetővé teszi a reakcióhoz szükséges anyagok beáramlását, miközben a termékek egyidejűleg kifolynak. Ez nagyszerű eszközzé teszi a vegyi anyagok folyamatos előállításához. A CSTR reaktor jól keveri az anyagokat, és állandó körülmények között is következetesen működik. Általában a kilépő keverék ugyanaz, mint ami benne van, ami attól függ, hogy mennyi ideig vannak az anyagok a tartályban és milyen gyorsan megy végbe a reakció.
Bizonyos esetekben, amikor a reakció túl lassú, vagy két különböző folyadék van jelen, amelyek nagy keverési sebességet igényelnek, több CSTR összekapcsolható kaszkád létrehozásához. A CSTR ideális backmixelést feltételez, ami a plug flow reaktor (PFR) ellentéte.
A CSTR szakaszos reaktor?
Nem, a CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) nem szakaszos reaktor. A fő különbség a CSTR és a szakaszos reaktor között az, hogy a CSTR egy folyamatos áramlású reaktor, ahol a reagenseket folyamatosan táplálják a reaktorba, és a termékeket folyamatosan eltávolítják, míg a szakaszos reaktorban meghatározott mennyiségű reagenst adnak a reaktorhoz, és hagyják reagálni, amíg a reakció befejeződik, mielőtt a termékeket eltávolítják.
A CSTR-ben a reagenseket keverővel vagy keverővel folyamatosan keverik, ami biztosítja, hogy a reakcióelegy homogén és jól kevert legyen.
A CSRR-eket gyakran használják nagyméretű ipari folyamatokban, ahol a termelési igények kielégítéséhez folyamatos reagensellátásra van szükség. A szakaszos reaktorokat viszont gyakrabban használják laboratóriumi léptékű kísérletekben, ahol kisebb mennyiségű reagensre van szükség a teszteléshez és elemzéshez, valamint a kisebb mennyiségű gyógyszerek, agrokémiai anyagok és speciális vegyi anyagok előállításához.
Mi a különbség a CSTR reaktor és a PFR között?
A PFR (Plug Flow Reactor) és a CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) az ipari és laboratóriumi környezetben használt kémiai reaktorok két gyakori típusa. A két reaktor közötti fő különbségek a működésük és alkalmazásuk módja.
- A PFR úgy működik, hogy a reagenseket egy hosszú csövön vagy csatornán vezetik át, ahol keverednek és reagálnak, amikor áthaladnak a reaktoron. PFR-ben a reakciókörülményeket, például a hőmérsékletet és a nyomást pontosan szabályozni kell a cső hossza mentén. A PFR-ből származó termékáram folyamatos, és a reagensek konverziós aránya jellemzően magas. A PFR-eket gyakran használják vegyi anyagok és petrolkémiai anyagok nagyszabású, folyamatos gyártásához.
- A CSTR egy jól kevert reaktor, amely folyamatosan keveri a reagenseket egy tartályban vagy edényben. A CSTR-ben a reakciókörülmények egyenletesek a reaktorban, és a reakciósebességet a reagensek áramlási sebessége határozza meg a tartályba és a tartályból. A CSTR-eket általában homogén és heterogén reakciókhoz használják, amelyek nagyfokú keverést és viszonylag rövid tartózkodási időt igényelnek.
Összességében a PFR és a CSTR közötti választás az elvégzett specifikus reakciótól és a kívánt gyártási eredménytől függ. A kiváló minőségű laboratóriumi adatok felbecsülhetetlen értékűek a reakciójellemzéshez, és a folyamatmodellezés felhasználható a reaktor kiválasztásának elősegítésére. További információ a CSTR és a PFR összehasonlításáról.
Milyen előnyei vannak a CSTR-nek a PFR-rel szemben?
Az, hogy a folyamatos áramlás (CSTR) vagy a PFR (dugó áramlása) jobb-e egy adott alkalmazáshoz, az elvégzett specifikus reakciótól és a kívánt eredménytől függ. Általában azonban a CSTR-eket gyakran előnyben részesítik a PFR-ekkel szemben, több okból is:
- Jó keverés: A CSTR-ek biztosítják a reagensek, különösen a szuszpenziók jó keverését, ami segít fenntartani az egyenletes reakciósebességet és megakadályozza a lokalizált forró pontokat vagy halott zónákat. Ezzel szemben a PFR-ek néha hőmérséklet-, koncentráció- vagy áramlási sebesség-gradiensekhez vezethetnek, ami befolyásolhatja a reakció hatékonyságát.
- Rugalmasság: A CSTR-ek rendkívül rugalmasak és könnyen adaptálhatók a különböző reakciófeltételekhez vagy térfogatokhoz. Például a tartózkodási idő könnyen beállítható az áramlási sebesség megváltoztatásával, és a reaktor a termelési igényektől függően növelhető vagy csökkenthető.
- Csökkentett reakcióidő: A CSTR-ek gyakran magas konverziós arányt érhetnek el viszonylag rövid tartózkodási idő alatt, mivel a reagensek jól keverednek és a reakciókörülmények egyenletesek. Ez gyorsabb reakcióidőhöz és magasabb termelési sebességhez vezethet.
- Alacsonyabb költségek: A CSTR-ek általában egyszerűbbek és olcsóbbak, mint a PFR-ek, mivel nem igényelnek hosszú, speciális csöveket és kapcsolódó berendezéseket.
Összességében a CSTR és a PFR közötti választás az alkalmazott reakció sajátos igényeitől függ, és mindkét reaktornak megvannak az előnyei és hátrányai. A CSTR-eket azonban gyakran előnyben részesítik rugalmasságuk, jó keverésük és azon képességük miatt, hogy rövid tartózkodási idő alatt magas konverziós arányt érjenek el.