- Šaržni reaktor proti CSTR
- Oblikovanje CSTR
- PFR v primerjavi s CSTR
- Prednosti in slabosti
- Porazdelitev časa bivanja CSTR (RTD)
- Modeliranje in simulacija CSTR
- Integracija PAT
- Industrijske aplikacije
- Citati in reference
- Pogosta vprašanja
Kaj je reaktor z neprekinjenim mešanjem rezervoarja?
Reaktor z neprekinjenim mešanjem (CSTR) je reakcijska posoda, v kateri reagenti, reaktanti in topila tečejo v reaktor, produkti reakcije pa hkrati izstopajo iz posode. Na ta način se reaktor rezervoarja šteje za dragoceno orodje za neprekinjeno kemično obdelavo.
CSTR reaktorji so znani po učinkovitem mešanju in stabilni, enotni zmogljivosti v pogojih ustaljenega stanja. Običajno je izhodna sestava enaka materialu v reaktorju, kar je odvisno od zadrževalnega časa in hitrosti reakcije.
V situacijah, ko je reakcija prepočasna, ko dve tekočini, ki se ne mešata ali viskozni, zahtevata visoko stopnjo vznemirjenja ali kadar je zaželeno obnašanje pretoka vtiča, lahko povežemo več reaktorjev, da ustvarimo kaskado CSTR.
CSTR predvideva idealen scenarij mešanja nazaj, ki je ravno nasprotno od reaktorja s pretokom vtiča (PFR).
Hitre povezave
CSTR proti šaržnemu reaktorju
Na splošno lahko reaktorje razvrstimo kot zvezne (slika 1) ali šaržne reaktorje (slika 2). CSTR so običajno manjše velikosti in omogočajo brezhibno dodajanje reaktantov in reagentov, medtem ko lahko produkt neprekinjeno izteka brez prekinitev.
Nasprotno pa je šaržni reaktor kemični reaktor, ki vključuje dodajanje fiksne količine reaktantov reaktorski posodi, čemur sledi reakcijski proces, dokler ne dobimo želenega produkta. Za razliko od kontinuiranega reaktorja se reaktanti ne dodajajo neprekinjeno, produkti pa se ne odstranjujejo neprekinjeno. Poleg tega šaržni reaktorji niso tako enakomerno mešani, temperaturni in tlačni pogoji pa se lahko med reakcijo razlikujejo.
CSTR imajo edinstveno sposobnost obvladovanja višjih koncentracij reaktantov in več energetskih reakcij zaradi svojih vrhunskih lastnosti prenosa toplote v primerjavi s šaržnimi reaktorji. Na ta način se CSTR šteje za orodje, ki podpira kemijo pretoka.
Zasnova in delovanje CSSTR
Reaktorji z neprekinjenim mešanjem rezervoarjev (CSTR) so sestavljeni iz:
- Tankovski reaktor
- Mešalni sistem za mešanje reaktantov (tekač ali hitro tekoče uvajanje reaktantov)
- Dovodne in izstopne cevi za uvajanje reaktantov in odstranjevanje izdelkov
CSTR se najpogosteje uporabljajo v industrijski predelavi, predvsem v homogenih reakcijah pretoka tekoče faze, kjer je potrebno stalno mešanje. Vendar pa se uporabljajo tudi v farmacevtski industriji in za biološke procese, kot so celične kulture in fermentorji.
CSTR se lahko uporabljajo v kaskadni aplikaciji (slika 3) ali samostojno (slika 1).
CSTR in PFR
Kakšna je razlika med CSTR in PFR (reaktor s pretokom vtiča)?
CSTR (slika 1) in PFR (slika 4) se uporabljata v kemiji neprekinjenega toka. CSTR in PFR lahko delujejo kot samostojni reakcijski sistemi ali pa se združijo v del procesa neprekinjenega pretoka. Mešanje je ključni vidik CSTR, medtem ko so PFR zasnovani kot cevni reaktorji, kjer posamezni gibljivi čepi vsebujejo reaktante in reagente, ki delujejo kot mini serijski reaktorji. Vsak vtič v PFR ima nekoliko drugačno sestavo in se notranje mešajo, vendar ne z bližnjim vtičem pred ali za njim. V idealno mešanem CSTR je sestava izdelka enakomerna po celotnem volumnu, medtem ko se pri PFR sestava izdelka spreminja glede na njegov položaj v cevastem reaktorju. Vsaka vrsta reaktorja ima svoj nabor prednosti in slabosti v primerjavi z drugimi.
Čeprav lahko CSTR proizvede znatne količine proizvoda na enoto časa in lahko deluje dlje časa, morda ni najboljša izbira za reakcije s počasno kinetiko. V takih primerih so šaržni reaktorji običajno najprimernejša možnost za sintezo.
Reaktorji z vtikanjem so na splošno bolj prostorsko učinkoviti in imajo višje stopnje pretvorbe v primerjavi z drugimi vrstami reaktorjev. Vendar pa niso primerni za visoko eksotermne reakcije, ker je lahko težko nadzorovati nenadne temperaturne sunke. Poleg tega PFR običajno pomenijo višje operativne stroške in stroške vzdrževanja kot CSTR.
Prednosti CSTR pred PFR
- Nadzor temperature je enostavno vzdrževati
- Obnašanje CSTR je dobro razumljeno, tudi pri mešanju (sposobnost ravnanja s trdnimi snovmi in suspenzijo), reakcijska kalorimetrija, možnosti odmerjanja in kemijska kinetika
- Cenejši in enostavnejši za izdelavo kot namenski posebni sistemi pretoka
- Notranjost reaktorja je dostopna za procesno analitično tehnologijo (PAT)
- Več enot je mogoče enostavno združiti za kaskadno delovanje ali integracijo v bolj zapletene pretočne sisteme s PFR itd.
Napredek zelene kemije
Oglejte si naš celoten seznam virov zelene in trajnostne kemije, vključno s študijami primerov in primeri industrije. Ta bela knjiga prikazuje, kako informacije, ki jih zagotavlja napredna tehnologija podjetja METTLER TOLEDO, pomagajo podpirati zeleno in trajnostno kemijo pri raziskavah, razvoju in proizvodnji farmacevtskih, kemičnih in polimernih molekul in izdelkov
Optimizacija uspešnosti CSTR
Porazdelitev časa bivanja CSTR (RTD)
Porazdelitev zadrževalnega časa (RTD) opisuje trajanje zadrževanja komponente tekočine v sistemu ali reaktorju. Čas zadrževanja CSTR se nanaša na čas, ki ga reaktanti preživijo v reaktorju, preden ga zapustijo.
Razumevanje porazdelitve zadrževalnega časa CSTR je ključnega pomena pri načrtovanju in optimizaciji reaktorjev za kemijske reakcije. Pomaga pri ocenjevanju učinkovitosti reaktorja in trajanja, potrebnega za popolno reakcijo. Odstopanje od idealnosti je lahko posledica kanalizacije tekočine skozi posodo, recikliranja tekočine v posodi ali prisotnosti slabo mešanih ali stacionarnih območij v posodi. Posledično se funkcija porazdelitve verjetnosti, RTD, uporablja za opis časa, v katerem je kateri koli končni del tekočine v reaktorju. To pomaga karakterizirati značilnosti mešanja in pretoka v reaktorju ter primerjati obnašanje reaktorja z idealnimi modeli. Na primer, kaskada CSTR kaže krajši zadrževalni čas in ločljivost reakcije, saj se število reaktorjev poveča v kaskadni postavitvi.
Porazdelitev zadrževalnega časa tekočine v posodi se lahko eksperimentalno določi z dodatkom nereaktivne sledilne snovi v dovod sistema. Koncentracija tega sledilnika se spreminja glede na znano funkcijo, celotni pogoji pretoka v posodi pa se določijo s sledenjem koncentracije sledilnika v odplakah posode.
Modeliranje za bolj zeleno kemijo
Zelena in trajnostna kemija je naraščajoč trend v farmacevtski in fini kemični industriji. Cilj tega pristopa k kemiji je zmanjšati vpliv kemičnih procesov na okolje z zmanjšanjem odpadkov in porabe energije, uporabo obnovljivih virov in oblikovanjem procesov, ki so varni in učinkoviti.
Z uporabo programske opreme za modeliranje lahko znanstveniki in inženirji predvidijo, kako se bodo kemijske reakcije obnašale v različnih pogojih, optimizirajo reakcijske pogoje za zmanjšanje odpadkov in porabe energije ter oblikujejo procese, ki so varnejši in učinkovitejši. Na primer, vrednotenje kemije serij v primerjavi s pretokom se lahko izvede hitro ali določi velikost CSSTR za najboljšo učinkovitost. Stalni procesi so lahko bolj trajnostni kot serija, zaradi razlogov, kot so manjša prostornina, manjša uporaba topil in zmanjšani cikli čiščenja.
Modeliranje in simulacija kemijskih reakcij sta še posebej primerna za podporo pobudam zelene kemije. Napredne zmogljivosti modeliranja-up Suite omogočajo uporabnikom, da natančno simulirajo kompleksne kemijske reakcije, vključno z večstopenjskimi reakcijami, in optimizirajo procesne parametre, kot so temperatura, tlak in koncentracije reaktantov, da zmanjšajo odpadke in povečajo donos.
-up Suite™ ima tudi funkcije, ki uporabnikom omogočajo, da ocenijo vpliv svojih procesov na okolje, na primer izračun ogljičnega odtisa ali porabe energije dane reakcije. Te informacije lahko uporabnikom pomagajo pri sprejemanju informiranih odločitev o zasnovi procesov in prepoznavanju priložnosti, da bi bili njihovi procesi bolj trajnostni.
CSTR in tehnologija procesne analize (PAT)
Avtomatizirani laboratorijski kemični reaktorji lahko pomagajo pri pretvorbi iz serije v delovanje CSTR.
- Reaktorji za vzporedno sintezo, kot je EasyMax , imajo več dobro nadzorovanih neodvisnih reaktorjev, ki se lahko uporabljajo posamezno ali skupaj kot CSTR
- Sintezni reaktorji in sistemi za nadzor reaktorjev lahko delujejo kot enojni sistemi CSTR ali povezani z drugimi reaktorji, ki jih nadzoruje isti računalnik
- Za kristalizacije ali večfazne reakcije se lahko razlika v tlaku uporabi za prenos blata
Procesna analitična tehnologija je neprecenljiva pri spremljanju in dobrem nadzoru stabilnega stanja.
- FTIR spektroskopija in Ramanska spektroskopija omogočata merjenje vrst kritičnih reakcij v realnem času.
- Na primer, pri kontinuiranih kristalizacijah lahko spektrometri FTIR merijo in predstavljajo koncentracijo enega ali več ključnih topljencev v stanju dinamičnega ravnovesja.
- Ramanski spektrometri merijo in spremljajo razvoj kristalne oblike kot funkcijo časa
- ParticleTrack uporablja merjenje refleksije žarka (FBRM) za spremljanje ključnih parametrov kristalizacije, vključno s porazdelitvijo velikosti delcev in dolžino tetive
- sonde pH in O₂ stalno spremljajo pogoje v CSTR - po potrebi
Potrebujete pomoč pri prijavi?
Naši strokovnjaki so pripravljeni pomagati
Če imate vprašanja ali potrebujete pomoč pri tehnični aplikaciji, vas je naša ekipa svetovalcev za tehnične aplikacije pripravljena usmeriti v pravo smer.
Industrijske aplikacije
Neprekinjen postopek za varno proizvodnjo diazometana
ReactIR spremlja koncentracijo diazoketona in se uporablja za določanje RTD
Avtorji poročajo o razvoju generatorja diazometana, sestavljenega iz kaskade CSTR s tehnologijo notranjega membranskega ločevanja. To tehnologijo so uporabili v tristopenjski teleskopski sintezi kiralnega α-kloroketona - pomembne vmesne spojine pri sintezi zaviralcev proteaze HIV. Reaktor tuljave je bil uporabljen za ustvarjanje mešanega anhidrida, ki je bil prenesen v kaskado diazometana CSTR. Teflonska membrana je omogočila difuzijo diazometana v CSTR, kjer je reagiral z anhidridom in tvoril ustrezen diazoketon. Diazoketon je bil nato pretvorjen v α-kloroketon z reakcijo s HCl v šaržnem reaktorju.
Meritve ReactIR so bile uporabljene za spremljanje nastajanja vmesne diazoketonske spojine (sledenje vrha 2107 cm-1) in tudi za eksperimentalno določanje porazdelitve zadrževalnega časa za sistem s sledenjem sledilne snovi. Sledilni poskus, ki ga je spremljal ReactIR, je pokazal, da je potrebnih pet volumnov reaktorja drugega CSTR v kaskadi, da bi dosegli stabilno stanje, kar ustreza 6-urnemu zagonu.
Wernik, M., Poechlauer, P., Schmoelzer, C., Dallinger, D., & Kappe, C. O. (2019). Načrtovanje in optimizacija kaskade reaktorja z neprekinjenim mešanjem za proizvodnjo diazometana na membranski osnovi: sinteza α-kloroketonov. Raziskave in razvoj organskih procesov, 23(7), 1359–1368. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00115
Avtomatiziran Suzuki spenjalni sistem s prekinitvenim tokom s povezanimi postopki v spodnjem delu oskrbovalne verige
OptiMax, ki se uporablja kot reakcijske posode MSMPR pri kontinuirani kristalizaciji
Avtorji poročajo o razvoju sistema, ki omogoča popolnoma avtomatizirano tekočinsko-tekočo Suzukijevo spojko s prekinitvenim pretokom, kot tudi ravnanje s šaržno obdelavo kovin in kontinuirano kristalizacijo. V zvezi s kontinuirano kristalizacijo so bili reaktorji OptiMax serijsko uporabljeni kot večstopenjske posode za mešano suspenzijo in odstranjevanje mešanih izdelkov (MSMPR), ki so poganjale kristalizacijo antisolventnega topila pri temperaturi okolice.
Te posode MSMPR delujejo kot CSTR, ki proizvajajo in prenašajo gnojevko, ki vsebuje kristale proizvoda. Avtorji poročajo, da je bil nominalni zadrževalni čas v kristalizatorjih izračunan s prostornino polnjenja kristalizatorjev, deljeno s skupnim pretokom vhodnih krmil. PAT je bil uporabljen pri merjenju kontinuirane kristalizacije, vključno s ParticleTrack s FBRM in oslabljeno skupno odbojnostjo (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., & Rosemeyer, M. (2016). Avtomatiziran pristop s prekinitvenim tokom za neprekinjeno Suzuki sklopko. Raziskave in razvoj organskih procesov, 20(4), 820–830. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00030
PFR-CSTR kaskada za kontinuirano reaktivno kristalizacijo
ReactIR in ParticleTrack zagotavljata informacije in povratne informacije PAT
Avtorji poročajo o razvoju kombiniranega PFR-CSTR kaskadnega reaktorskega reaktorskega sistema, ki je vključeval inline FTIR in FBRM senzorje kot procesno analitično tehnologijo. Ta sistem je bil uporabljen za raziskovanje več zveznih reaktivnih kristalizacij, določanje morfologije kristalov, porazdelitve velikosti kristalov, donosov reakcije in kristalizacije ter ravni prenasičenosti. Izmerili so časovno porazdelitev (RTD) za kaskado PFR, CSTR in PFR-CSTR ter pokazali, da je imela kombinirana kaskada PFR-CSTR nekoliko daljšo RTD kot kaskada CSTR sama. Za reaktivno kristalizacijo je bil dosežen večji izkoristek za kaskadni sistem PFR-CSTR kot posledica ožjega RTD PFR, kar je zmanjšalo tako nereagirani material kot tvorbo nečistoč.
Sondi ReactIR in ParticleTrack sta merili koncentracijo reaktanta in dolžino kristalnega akorda med postopkom reaktivne kristalizacije. Koncentracije reaktantov v matični lužnici, izmerjene z zdravilom ReactIR, so se dobro ujemale z rezultati HPLC (napovedna napaka < 0,17 %). Meritve ParticleTrack so pokazale relativno stabilno dolžino tetive ~ 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., saying, R., Born, S. C., Takizawa, B., O'Connor, T. F., Yang, X., Ramanujam, S., & Mascia, S. (2020). Kontinuirana reaktivna kristalizacija API-ja v kaskadi PFR-CSTR z linijskimi PAT. Reakcijska kemija in inženiring, 5(10), 1950–1962. https://doi.org/10.1039/d0re00216j
Sorodni viri
Citati in reference
Reaktorji z neprekinjenim mešanjem rezervoarjev v publikacijah revij
- Glace, M., Wu, W., Kraus, H., Acevedo, D., Roper, T. D., in Mohammad, A. (2023). Razvoj procesa kontinuirane sinteze karbamazepina z validirano vrstno ramansko spektroskopijo in kinetičnim modeliranjem za simulacijo motenj. reakcijska kemija in inženiring. https://doi.org/10.1039/d2re00476c
- Copelli, S., Petrucci, N. B., Florit, F., & Barozzi, M. (2022). Povečanje varnosti s preusmeritvijo polserijskih polimerizacij v polkontinuirano proizvodnjo. DOAJ (DOAJ: Imenik revij odprtega dostopa). https://doi.org/10.3303/cet2290101
- Muir, R., G., B. J., Pearsall, A., Jorgensen, M. J., Sims, B., Yonoski, K., Mehta, N., & Salan, J. S. (2021). Razvoj varnega neprekinjenega procesa za natrijev nitrotetrazolat s trdno fazo "ujemi in spusti". Raziskave in razvoj organskih procesov, 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., & Ljubičić, T. (2022). Procesna analitična tehnologija (PAT): uporaba v pretočnih procesih za razvoj aktivnih farmacevtskih sestavin (API). Reakcijska kemija in inženiring, 7(6), 1419–1428. https://doi.org/10.1039/d2re00004k
- Ahmed, B., Brown, C., McGlone, T., Bowering, D., Sefcik, J., in Florence, A. J. (2019). Inženiring atributov delcev acetaminofena z uporabo platforme za kristalizacijo mokrega rezkanja. 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). Modeliranje in optimizacija procesov celotnega reaktorja za emulzijsko polimerizacijo. Revija za kemijsko inženirstvo, 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). Varno povečanje cepitve Evansovega oksazolidinona z vodikovim peroksidom, ki sprošča kisik. Raziskave in razvoj organskih procesov, 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., saying, R., Born, S. C., Takizawa, B., O'Connor, T. G., Yang, X., Ramanujam, S., & Mascia, S. (2020). Kontinuirana reaktivna kristalizacija API-ja v kaskadi PFR-CSTR z linijskimi PAT. Reakcijska kemija in inženiring, 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). Strategije intenzifikacije procesov in analiza trajnosti za obdelavo amidacije v farmacevtski industriji. Raziskave industrijske in inženirske kemije, 58(11), 4656–4666. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.8b04063
- Wernik, M., Poechlauer, P., Schmoelzer, C., Dallinger, D., & Kappe, C. O. (2019). Načrtovanje in optimizacija kaskade reaktorja z neprekinjenim mešanjem za proizvodnjo diazometana na membranski osnovi: sinteza α-kloroketonov. Raziskave in razvoj organskih procesov, 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., in Wilson, C. C. (2017). Kontinuirana kristalizacija paracetamola (acetaminofena) oblike II: selektivni dostop do metastabilne trdne oblike. Kristalna rast in oblikovanje, 17(5), 2418–2427. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.6b01831
- Guinand, C. I., Dabros, M., Meyer, T., & Stoessel, F. (2017). Raziskava dinamike reaktorja na podlagi kalorimetričnih podatkov. Kanadski časopis za kemijsko inženirstvo. 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). Premisleki o tveganju pri razvoju sistema kontinuirane kristalizacije karbamazepina. Raziskave in razvoj organskih procesov, 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). Avtomatiziran pristop s prekinitvenim tokom za neprekinjeno Suzuki sklopko. Raziskave in razvoj organskih procesov, 20(4), 820–830. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00030
- Yang, Y., Song, L., & Nagy, Z. K. (2015). Avtomatiziran neposreden nadzor nukleacije v kontinuirani mešani suspenziji, odstranjevanju mešanih izdelkov, hladilni kristalizaciji. Kristalna rast in oblikovanje, 15(12), 5839–5848. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.5b01219
- Rudniak, L., Machniewski, P., Milewska, A., in Molga, E. (2004). CFD modeliranje mešanih kemičnih reaktorjev tankov: homogeni in heterogeni reakcijski sistemi. Kemijska znanost, 59(22–23), 5233–5239. https://doi.org/10.1016/j.ces.2004.09.014
Pogosta vprašanja
FAQs
Kaj je CSTR? Kako deluje CSTR?
Reaktor z neprekinjenim mešanjem rezervoarja (CSTR) je posoda, ki se uporablja za kemijske reakcije. Omogoča, da snovi, potrebne za reakcijo, tečejo, hkrati pa produkti iztekajo. Zaradi tega je odlično orodje za stalno proizvodnjo kemikalij. Reaktor CSTR dobro premeša snovi in deluje dosledno v stalnih pogojih. Običajno je zmes, ki pride ven, enaka tisti, ki je znotraj, kar je odvisno od tega, kako dolgo so snovi v posodi in kako hitro pride do reakcije.
V nekaterih primerih, ko je reakcija prepočasna ali sta prisotni dve različni tekočini, ki zahtevata visoko stopnjo vznemirjenja, se lahko več CSSTR poveže skupaj, da se ustvari kaskada. CSTR predvideva idealno backmixing, kar je nasprotno od reaktorja s pretokom vtiča (PFR).
Ali je CSTR šaržni reaktor?
Ne, CSTR (reaktor z neprekinjenim mešanjem) ni šaržni reaktor. The glavna razlika med CSTR in šaržnim reaktorjem CSTR je reaktor z neprekinjenim pretokom, kjer se reaktanti neprekinjeno dovajajo v reaktor in se produkti nenehno odstranjujejo, medtem ko se v šaržnem reaktorju reaktorju doda fiksna količina reaktantov in pusti, da reagirajo, dokler reakcija ni končana, preden se produkti odstranijo.
V CSTR se reaktanti stalno mešajo z mešalom ali mešalom, kar zagotavlja, da je reakcijska zmes homogena in dobro premešana.
CSTR se pogosto uporabljajo v velikih industrijskih procesih, kjer je za zadovoljitev proizvodnih potreb potrebna stalna oskrba z reaktanti. Šaržni reaktorji pa se pogosteje uporabljajo v laboratorijskih poskusih, kjer so za testiranje in analizo potrebne manjše količine reaktantov ter pri proizvodnji farmacevtskih izdelkov, agrokemikalij in specialnih kemikalij manjših količin.
Kakšna je razlika med reaktorjem CSTR in PFR?
PFR (reaktor s pretokom vtiča) in CSTR (reaktor z neprekinjenim mešanjem) sta dve pogosti vrsti kemičnih reaktorjev, ki se uporabljata v industrijskem in laboratorijskem okolju. Glavne razlike med tema dvema reaktorjema so način njihovega delovanja in njihova uporaba.
- PFR deluje tako, da reaktante prehaja skozi dolgo cev ali kanal, kjer se mešajo in reagirajo, ko se premikajo skozi reaktor. Pri PFR je treba reakcijske pogoje, kot sta temperatura in tlak, natančno nadzorovati vzdolž dolžine cevi. Tok produktov iz PFR je neprekinjen, stopnja pretvorbe reaktantov pa je običajno visoka. PFR se pogosto uporabljajo za obsežno in neprekinjeno proizvodnjo kemikalij in petrokemičnih izdelkov.
- CSTR je dobro mešan reaktor, ki neprekinjeno meša reaktante v rezervoarju ali posodi. V CSTR so reakcijski pogoji v celotnem reaktorju enakomerni, hitrost reakcije pa je določena s pretokom reaktantov v rezervoar in iz njega. CSTR se običajno uporabljajo za homogene in heterogene reakcije, ki zahtevajo visoko stopnjo mešanja in relativno kratek zadrževalni čas.
Na splošno je izbira med PFR in CSTR odvisna od specifične reakcije, ki se izvaja, in želenega rezultata proizvodnje. Visokokakovostni laboratorijski podatki so neprecenljivi za karakterizacijo reakcij in procesno modeliranje se lahko uporabi za pomoč pri izbiri reaktorja. Preberite več o CSTR vs PFR.
Kakšne so prednosti CSTR pred PFR?
Ali je neprekinjen pretok (CSTR) ali PFR (pretok vtiča) boljši za določeno aplikacijo, je odvisno od specifične reakcije, ki se izvaja, in želenega rezultata. Vendar imajo na splošno CSTR pogosto prednost pred PFR iz več razlogov:
- Dobro mešanje: CSR zagotavljajo dobro mešanje reaktantov, zlasti blata, kar pomaga ohranjati enakomerno hitrost reakcije in preprečuje lokalizirane vroče točke ali mrtve cone. Nasprotno pa lahko PFR včasih povzroči gradiente temperature, koncentracije ali pretoka, kar lahko vpliva na učinkovitost reakcije.
- Prilagodljivost: CSTR so zelo prilagodljivi in jih je mogoče enostavno prilagoditi različnim reakcijskim pogojem ali volumnom. Na primer, zadrževalni čas je mogoče enostavno prilagoditi s spreminjanjem pretoka, reaktor pa se lahko poveča ali zniža glede na proizvodne potrebe.
- Skrajšan reakcijski čas: CSTR lahko pogosto dosežejo visoko stopnjo konverzije v relativno kratkem zadrževalnem času, saj so reaktanti dobro premešani in so reakcijski pogoji enotni. To lahko privede do hitrejših reakcijskih časov in višjih stopenj proizvodnje.
- Nižji stroški: CSTR so na splošno enostavnejši in cenejši za izdelavo in delovanje kot PFR, saj ne potrebujejo dolgih, specializiranih cevi in pripadajoče opreme.
Na splošno je izbira med CSTR in PFR odvisna od posebnih potreb reakcije, ki se izvaja, oba reaktorja pa imata svoje prednosti in slabosti. Vendar pa so CSTR pogosto priljubljeni zaradi svoje prilagodljivosti, dobrega mešanja in sposobnosti doseganja visokih stopenj konverzije v kratkem času bivanja.