- Dávkový reaktor vs CSTR
- Dizajn CSTR
- PFR vs CSTR
- Výhody a nevýhody
- Rozdelenie času pobytu CSTR (RTD)
- Modelovanie a simulácia CSTR
- Integrácia PAT
- Priemyselné aplikácie
- Citácie a referencie
- Často kladené otázky
Čo je to kontinuálny miešaný nádržový reaktor?
Reaktor s kontinuálnou miešanou nádržou (CSTR) je reakčná nádoba, v ktorej činidlá, reaktanty a rozpúšťadlá prúdia do reaktora, zatiaľ čo produkty reakcie súčasne opúšťajú nádobu. Týmto spôsobom sa nádržový reaktor považuje za cenný nástroj na kontinuálne chemické spracovanie.
Reaktory CSTR sú známe svojim účinným miešaním a stabilným, rovnomerným výkonom v podmienkach ustáleného stavu. Typicky je výstupné zloženie rovnaké ako materiál vo vnútri reaktora, čo závisí od doby zotrvania a rýchlosti reakcie.
V situáciách, keď je reakcia príliš pomalá, keď dve nemiešateľné alebo viskózne kvapaliny vyžadujú vysokú rýchlosť miešania alebo keď je žiaduce správanie zástrčkového toku, môže byť viac reaktorov spojených dohromady a vytvoriť kaskádu CSTR.
CSTR predpokladá ideálny scenár spätného miešania, ktorý je presným opakom zástrčkového reaktora (PFR).
Rýchle odkazy
CSTR vs dávkový reaktor
Vo všeobecnosti možno reaktory klasifikovať ako kontinuálne (obr. 1) alebo dávkové reaktory (obr. 2). CSTR sú zvyčajne menšie a umožňujú bezproblémové pridávanie reaktantov a činidiel, zatiaľ čo produkt môže nepretržite vytekať bez prerušenia.
Naproti tomu dávkový reaktor je chemický reaktor, ktorý zahŕňa pridanie pevného množstva reaktantov do nádoby reaktora, po ktorom nasleduje reakčný proces, až kým sa nezíska požadovaný produkt. Na rozdiel od kontinuálneho reaktora sa reaktanty nepridávajú nepretržite a produkty sa neodstraňujú nepretržite. Okrem toho dávkové reaktory nie sú tak rovnomerne zmiešané a teplotné a tlakové podmienky sa môžu počas reakcie meniť.
CSTR majú jedinečnú schopnosť zvládnuť vyššie koncentrácie reaktantov, ako aj energetickejšie reakcie vďaka svojim vynikajúcim vlastnostiam prenosu tepla v porovnaní s dávkovými reaktormi. Týmto spôsobom sa CSTR považuje za nástroj podporujúci chémiu toku.
Návrh a prevádzka CSTR
Reaktory s kontinuálnou miešacou nádržou (CSTR) pozostávajú z:
- Nádržový reaktor
- Miešací systém na miešanie reaktantov (obežné koleso alebo rýchlo tečúce zavedenie reaktantov)
- Podávacie a výstupné potrubia na zavedenie reaktantov a odstránenie produktov
CSTR sa najčastejšie používajú v priemyselnom spracovaní, predovšetkým v homogénnych tokových reakciách kvapalnej fázy, kde sa vyžaduje konštantné miešanie. Používajú sa však aj vo farmaceutickom priemysle a na biologické procesy, ako sú bunkové kultúry a fermentory.
CSTR môžu byť použité v kaskádovej aplikácii (obr. 3) alebo samostatne (obr. 1).
CSTR a PFR
Aký je rozdiel medzi CSTR a PFR (zástrčkový reaktor)?
CSTR (obr. 1) a PFR (obr. 4) sa používajú v chémii kontinuálneho toku. CSTR a PFV môžu fungovať buď ako samostatné reakčné systémy, alebo sa môžu kombinovať tak, aby tvorili súčasť procesu kontinuálneho prietoku. Miešanie je kľúčovým aspektom CSTR, zatiaľ čo PFV sú navrhnuté ako rúrkové reaktory, kde jednotlivé pohyblivé zátky obsahujú reaktanty a činidlá, ktoré pôsobia ako mini-dávkové reaktory. Každá zástrčka v PFR má mierne odlišné zloženie a vnútorne sa miešajú, ale nie s blízkou zástrčkou pred alebo za ňou. V ideálne zmiešanom CSTR je zloženie produktu rovnomerné v celom objeme, zatiaľ čo v PFV sa zloženie produktu mení v závislosti od jeho polohy v rúrkovom reaktore. Každý typ reaktora má v porovnaní s ostatnými svoj vlastný súbor výhod a nevýhod.
Zatiaľ čo CSTR môže produkovať značné množstvo produktu za jednotku času a môže fungovať dlhšiu dobu, nemusí byť najlepšou voľbou pre reakcie s pomalou kinetikou. V takýchto prípadoch sú zvyčajne uprednostňovanou možnosťou syntézy dávkové reaktory.
Reaktory so zástrčkovým prietokom sú vo všeobecnosti priestorovo efektívnejšie a majú vyššie miery konverzie v porovnaní s inými typmi reaktorov. Nie sú však vhodné pre vysoko exotermické reakcie, pretože môže byť náročné kontrolovať náhle teplotné rázy. Okrem toho PFV zvyčajne zahŕňajú vyššie náklady na prevádzku a údržbu ako CSTR.
Výhody CSTR oproti PFR
- Regulácia teploty sa ľahko udržiava
- Správanie CSTR je dobre pochopené, vrátane miešania (schopnosť spracovať tuhé látky a kaly), reakčnej kalorimetrie, možností dávkovania a chemickej kinetiky
- Lacnejšie a jednoduchšie na konštrukciu ako špecializované systémy toku
- Interiér reaktora je prístupný pre procesnú analytickú technológiu (PAT)
- Viaceré jednotky sa dajú ľahko spojiť pre kaskádovú prevádzku alebo integráciu do zložitejších prietokových systémov s PFR atď.
Pokrok v zelenej chémii
Pozrite si náš úplný zoznam ekologických a udržateľných chemických zdrojov vrátane prípadových štúdií a príkladov z odvetvia. Táto biela kniha ukazuje, ako informácie poskytované pokročilými technológiami od spoločnosti METTLER TOLEDO pomáhajú podporovať ekologickú a udržateľnú chémiu vo výskume, vývoji a výrobe farmaceutických, chemických a polymérnych molekúl a produktov
Optimalizácia výkonu CSTR
Rozdelenie času pobytu CSTR (RTD)
Distribúcia času zotrvania (RTD) opisuje dobu, počas ktorej kvapalná zložka zostáva v systéme alebo reaktore. Doba zotrvania CSTR sa vzťahuje na čas, ktorý reaktanty strávia v reaktore predtým, ako ho opustia.
Pochopenie rozdelenia času zotrvania CSTR je rozhodujúce pri navrhovaní a optimalizácii reaktorov pre chemické reakcie. Pomáha pri hodnotení účinnosti reaktora a trvania potrebného na dosiahnutie úplnej reakcie. Odchýlka od ideálu môže byť dôsledkom odvádzania tekutiny cez nádobu, recyklácie tekutiny v nádobe alebo prítomnosti zle zmiešaných alebo stacionárnych oblastí v nádobe. V dôsledku toho sa funkcia rozdelenia pravdepodobnosti, RTD, používa na opis času, počas ktorého sa akákoľvek konečná časť kvapaliny nachádza v reaktore. To pomáha charakterizovať zmiešavacie a prietokové charakteristiky v reaktore a porovnať správanie reaktora s ideálnymi modelmi. Napríklad kaskáda CSTR vykazuje kratší čas zotrvania a reakčné rozlíšenie, pretože počet reaktorov sa zvyšuje v kaskádovom usporiadaní.
Distribúcia tekutiny v nádobe v čase zotrvania sa môže experimentálne stanoviť pridaním nereaktívnej stopovacej látky do vstupu systému. Koncentrácia tohto indikátora sa mení podľa známej funkcie a celkové prietokové podmienky v nádobe sa stanovia sledovaním koncentrácie indikátora v odtoku plavidla.
Modelovanie pre ekologickejšiu chémiu
Zelená a udržateľná chémia je rastúcim trendom vo farmaceutickom a jemnom chemickom priemysle. Cieľom tohto prístupu k chémii je minimalizovať vplyv chemických procesov na životné prostredie znížením odpadu a spotreby energie, využívaním obnoviteľných zdrojov a navrhovaním procesov, ktoré sú bezpečné a efektívne.
Pomocou modelovacieho softvéru môžu vedci a inžinieri predpovedať, ako sa budú chemické reakcie správať v rôznych podmienkach, optimalizovať reakčné podmienky na zníženie odpadu a spotreby energie a navrhnúť procesy, ktoré sú bezpečnejšie a efektívnejšie. Napríklad hodnotenie chémie šarže verzus prietoku môže byť vykonané rýchlo alebo určenie veľkosti CSTR pre najlepší výkon. Kontinuálne procesy môžu byť udržateľnejšie ako dávkové, Z dôvodov, ako je menší objem, menšie používanie rozpúšťadiel a skrátené čistiace cykly.
Modelovanie a simulácia chemických reakcií sú obzvlášť vhodné na podporu iniciatív ekologickej chémie. Pokročilé možnosti modelovania balíka Scale-up Suite umožňujú používateľom presne simulovať zložité chemické reakcie vrátane viacstupňových reakcií a optimalizovať parametre procesu, ako sú teplota, tlak a koncentrácie reaktantov, aby sa minimalizoval odpad a maximalizoval výnos.
Scale-up Suite™ má tiež funkcie, ktoré umožňujú používateľom posúdiť vplyv svojich procesov na životné prostredie, ako je výpočet uhlíkovej stopy alebo spotreby energie danej reakcie. Tieto informácie môžu používateľom pomôcť prijímať informované rozhodnutia o návrhu procesov a identifikovať príležitosti na zvýšenie udržateľnosti ich procesov.
CSTR a procesná analytická technológia (PAT)
Automatizované laboratórne chemické reaktory môžu pomôcť pri prechode z dávkovej prevádzky na prevádzku CSTR.
- Reaktory s paralelnou syntézou, ako napríklad EasyMax , majú viacero dobre kontrolovaných nezávislých reaktorov, ktoré môžu byť použité jednotlivo alebo spoločne ako CSTR
- Syntézne reaktory a riadiace systémy reaktora môžu pracovať ako samostatné systémy CSTR alebo sa môžu spojiť s inými reaktormi riadenými z toho istého počítača
- Pri kryštalizáciách alebo viacfázových reakciách sa na prenos riedkych zmesí môže použiť tlakový rozdiel
Procesná analytická technológia je neoceniteľná pri udržiavaní ustáleného stavu monitorovaného a dobre kontrolovaného.
- Spektroskopia FTIR a Ramanova spektroskopia poskytujú meranie kritických reakčných druhov v reálnom čase.
- Napríklad pri kontinuálnych kryštalizáciách môžu spektrometre FTIR merať a prezentovať koncentráciu jednej alebo viacerých kľúčových rozpustených látok v ustálenom stave.
- Ramanove spektrometre merajú a monitorujú vývoj kryštálov v závislosti od času
- ParticleTrack používa meranie odrazivosti sústredeného lúča (FBRM) na monitorovanie kľúčových parametrov kryštalizácie vrátane distribúcie veľkosti častíc a dĺžky akordu
- Sondy pH a O₂ nepretržite monitorujú podmienky v CSTR - podľa potreby
Potrebujete pomoc s aplikáciou?
Naši odborníci sú pripravení pomôcť
Ak máte otázky alebo potrebujete pomôcť s technickou aplikáciou, náš tím technických aplikačných konzultantov je pripravený viesť vás správnym smerom.
Priemyselné aplikácie
Kontinuálny proces bezpečnej výroby diazometánu
ReactIR monitoruje koncentráciu diazoketónu a používa sa na stanovenie RTD
Autori uvádzajú vývoj generátora diazometánu pozostávajúceho z kaskády CSTR s technológiou vnútornej membránovej separácie. Túto technológiu použili v trojstupňovej teleskopickej syntéze chirálneho α-chloroketónu – dôležitej medziproduktu pri syntéze inhibítorov HIV proteázy. Cievkový reaktor bol použitý na vytvorenie zmiešaného anhydridu, ktorý prešiel do diazometánovej kaskády CSTR. Teflónová membrána umožnila difúziu diazometánu do CSTR, kde reagovala s anhydridom za vzniku zodpovedajúceho diazoketónu. Diazoketón sa potom premenil na α-chlórketón reakciou s HCl v dávkovom reaktore.
Merania ReactIR boli použité na sledovanie tvorby intermediárnej diazoketónovej zlúčeniny (sledovanie píku 2107 cm-1) a tiež na experimentálne stanovenie distribúcie času zotrvania pre systém sledovaním stopovej látky. Experiment so stopovacími látkami monitorovaný ReactIR určil, že na dosiahnutie rovnovážneho stavu je potrebných päť objemov reaktora druhej CSTR v kaskáde, čo zodpovedá 6-hodinovému času nábehu.
Wernik, M., Poechlauer, P., Schmoelzer, C., Dallinger, D. a Kappe, C. O. (2019). Návrh a optimalizácia kaskády reaktora s kontinuálnym miešaním na výrobu diazometánu na báze membrány: syntéza α-chloroketónov. Výskum a vývoj organických procesov, 23(7), 1359–1368. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00115
Automatizovaný spojovací systém Suzuki s prerušovaným prietokom s pridruženými nadväzujúcimi operáciami
OptiMax používaný ako MSMPR reakčné nádoby pri kontinuálnej kryštalizácii
Autori uvádzajú vývoj systému, ktorý umožní plne automatizovanú spojku Suzuki s prerušovaným prietokom kvapaliny a kvapaliny, ako aj dávkovú úpravu kovov a kontinuálnu kryštalizáciu. Pokiaľ ide o kontinuálnu kryštalizáciu, reaktory OptiMax boli použité sériovo ako viacstupňové nádoby so zmiešanou suspenziou a odstránením zmiešaného produktu (MSMPR), ktoré poháňajú kryštalizáciu antirozpúšťadla pri teplote okolia.
Tieto nádoby MSMPR pôsobia ako CSTR, ktoré produkujú a prenášajú suspenziu obsahujúcu kryštály produktu. Autori uvádzajú, že nominálna doba zotrvania v kryštalizátoroch bola vypočítaná objemom plnenia kryštalizátorov vydeleným celkovým prietokom prichádzajúcich krmív. PAT, vrátane ParticleTrack s FBRM a oslabenou celkovou odrazivosťou (ATR), bol použitý pri meraní kontinuálnej kryštalizácie.
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. a Rosemeyer, M. (2016). Automatizovaný prístup k kontinuálnemu spojeniu Suzuki. Výskum a vývoj organických procesov, 20(4), 820–830. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00030
Kaskáda PFR-CSTR pre kontinuálnu reaktívnu kryštalizáciu
ReactIR a ParticleTrack poskytujú PAT informácie a spätnú väzbu
Autori uvádzajú vývoj kombinovaného systému kaskádového reaktora PFR-CSTR, ktorý zahŕňal inline senzory FTIR a FBRM ako technológiu procesnej analýzy. Tento systém bol použitý na skúmanie niekoľkých kontinuálnych reaktívnych kryštalizácií, určovanie morfológie kryštálov, distribúcie veľkosti kryštálov, reakčných a kryštalizačných výnosov a úrovní presýtenia. Meralo sa rozdelenie času zotrvania (RTD) pre kaskádu PFR, CSTR a kaskádu PFR-CSTR a ukázalo sa, že kombinovaná kaskáda PFR-CSTR mala o niečo dlhší VTR ako samotná kaskáda CSTR. Pre reaktívnu kryštalizáciu sa dosiahol vyšší výťažok pre kaskádový systém PFR-CSTR v dôsledku užšieho VTR PFR, čím sa minimalizoval nezreagovaný materiál a tvorba nečistôt.
Sondy ReactIR a ParticleTrack merali koncentráciu reaktantu a dĺžku kryštálového akordu počas procesu reaktívnej kryštalizácie. Koncentrácie reaktantu v materskom lúhu merané ReactIR sa dobre zhodovali s výsledkami HPLC (chyba predikcie < 0,17 %). Merania ParticleTrack odhalili relatívne stabilnú dĺžku akordu ~ 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). Kontinuálna reaktívna kryštalizácia API v kaskáde PFR-CSTR s in-line PAT. Reakčná chémia a inžinierstvo, 5(10), 1950–1962. https://doi.org/10.1039/d0re00216j
Súvisiace zdroje
Citácie a referencie
Reaktory s kontinuálnym miešaním v časopisoch
- Glace, M., Wu, W., Kraus, H., Acevedo, D., Roper, T. D. a Mohammad, A. (2023). Vývoj procesu kontinuálnej syntézy karbamazepínu s použitím validovanej in-line Ramanovej spektroskopie a kinetického modelovania na simuláciu porúch. Reakčná chémia a inžinierstvo. https://doi.org/10.1039/d2re00476c
- Copelli, S., Petrucci, N. B., Florit, F. a Barozzi, M. (2022). Zvýšenie bezpečnosti presunutím polodávkových polymerizácií do polokontinuálnej výroby. DOAJ (DOAJ: Adresár časopisov s otvoreným prístupom). https://doi.org/10.3303/cet2290101
- Muir, R., G, B. J., Pearsall, A., Jorgensen, M. J., Sims, B., Yonoski, K., Mehta, N. a Salan, J. S. (2021). Vývoj bezpečného kontinuálneho procesu na nitrotetrazolát sodný prostredníctvom tuhej fázy "chyť a uvoľni". Výskum a vývoj organických 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. a Ljubicic, T. (2022). Procesná analytická technológia (PAT): aplikácie pre prietokové procesy pre vývoj aktívnych farmaceutických zložiek (API). Reakčná chémia a inžinierstvo, 7(6), 1419–1428. https://doi.org/10.1039/d2re00004k
- Ahmed, B., Brown, C., McGlone, T., Bowering, D., Šefčík, J. a Florencia, A. J. (2019). Inžinierstvo atribútov častíc paracetamolu pomocou kryštalizačnej platformy mokrého mletia. Medzinárodný vestník farmácie, 554, 201–211. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2018.10.073
- Copelli, S., Barozzi, M., Petrucci, N. a Moreno, VC (2019). Modelovanie a optimalizácia procesov plnohodnotného emulzného polymerizačného reaktora. Časopis chemického inžinierstva, 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. a Bartels, W. (2020b). Bezpečné rozšírenie štiepenia Evansovho oxazolidinónu uvoľňujúceho kyslík peroxidom vodíka. Výskum a vývoj organických 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. a Mascia, S. (2020). Kontinuálna reaktívna kryštalizácia API v kaskáde PFR-CSTR s in-line PAT. Reakčná chémia a inžinierstvo, 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. a Boodhoo, K. (2019). Stratégie intenzifikácie procesov a analýza udržateľnosti pre spracovanie amidácie vo farmaceutickom priemysle. Výskum priemyselnej a inžinierskej chémie, 58(11), 4656–4666. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.8b04063
- Wernik, M., Poechlauer, P., Schmoelzer, C., Dallinger, D. a Kappe, C. O. (2019). Návrh a optimalizácia kaskády reaktora s kontinuálnym miešaním na výrobu diazometánu na báze membrány: syntéza α-chloroketónov. Výskum a vývoj organických 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. a Wilson, C. C. (2017). Kontinuálna kryštalizácia paracetamolu (acetaminofénu) II: selektívny prístup k metastabilnej tuhej forme. Rast a dizajn kryštálov, 17(5), 2418–2427. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.6b01831
- Guinand, C. I., Dabros, M., Meyer, T. a Stoessel, F. (2017). Skúmanie dynamiky reaktora na základe kalorimetrických údajov. Kanadský vestník chemického inžinierstva. 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. a Cruz, C. N. (2017). Úvahy o rizikách pri vývoji systému kontinuálnej kryštalizácie karbamazepínu. Výskum a vývoj organických 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. a Rosemeyer, M. (2016). Automatizovaný prístup k kontinuálnemu spojeniu Suzuki. Výskum a vývoj organických procesov, 20(4), 820–830. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00030
- Yang, Y., Song, L., & Nagy, Z. K. (2015). Automatizovaná priama kontrola nukleácie pri kontinuálnom zmiešanom odstraňovaní zmiešaného produktu, chladení, kryštalizácii. Rast a dizajn kryštálov, 15(12), 5839–5848. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.5b01219
- Rudniak, L., Machniewski, P., Milewska, A., & Molga, E. (2004). CFD modelovanie chemických reaktorov miešacej nádrže: homogénne a heterogénne reakčné systémy. Veda chemického inžinierstva, 59(22–23), 5233–5239. https://doi.org/10.1016/j.ces.2004.09.014
Často kladené otázky
FAQs
Čo je to CSTR? Ako funguje CSTR?
Reaktor s kontinuálnou miešanou nádržou (CSTR) je nádoba používaná na chemické reakcie. Umožňuje, aby látky potrebné na reakciu prúdili dovnútra, zatiaľ čo produkty vytekajú súčasne. Vďaka tomu je skvelým nástrojom na nepretržitú výrobu chemikálií. Reaktor CSTR dobre mieša látky a pracuje konzistentne za stálych podmienok. Zvyčajne je zmes, ktorá vychádza, rovnaká ako zmes vo vnútri, čo závisí od toho, ako dlho sú látky v nádobe a ako rýchlo dochádza k reakcii.
V niektorých prípadoch, keď je reakcia príliš pomalá alebo sú prítomné dve rôzne kvapaliny vyžadujúce vysokú rýchlosť miešania, môže byť niekoľko CSTR spojených dohromady, aby sa vytvorila kaskáda. CSTR predpokladá ideálne spätné miešanie, ktoré je opakom zástrčkového reaktora (PFR).
Je CSTR dávkový reaktor?
Nie, CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) nie je dávkový reaktor. Hlavný rozdiel medzi CSTR a dávkovým reaktorom spočíva v tom, že CSTR je reaktor s kontinuálnym prietokom, kde sú reaktanty nepretržite privádzané do reaktora a produkty sú nepretržite odstraňované, zatiaľ čo v dávkovom reaktore sa do reaktora pridáva pevné množstvo reaktantov a pred odstránením produktov sa nechá reagovať až do ukončenia reakcie.
V CSTR sa reaktanty nepretržite miešajú pomocou miešadla alebo miešadla, čo zaisťuje, že reakčná zmes je homogénna a dobre premiešaná.
CSTR sa často používajú vo veľkých priemyselných procesoch, kde je na uspokojenie výrobných požiadaviek potrebná nepretržitá dodávka reaktantov. Dávkové reaktory sa na druhej strane častejšie používajú v laboratórnych experimentoch, kde sú potrebné menšie množstvá reaktantov na testovanie a analýzu, a pri výrobe farmaceutických, agrochemických a špeciálnych chemikálií s menším objemom.
Aký je rozdiel medzi reaktorom CSTR a PFR?
PFR (Plug Flow Reactor) a CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) sú dva bežné typy chemických reaktorov používaných v priemyselnom a laboratórnom prostredí. Hlavnými rozdielmi medzi týmito dvoma reaktormi sú spôsob ich prevádzky a ich aplikácie.
- PFR funguje tak, že reaktanty prechádzajú cez dlhú trubicu alebo kanál, kde sa miešajú a reagujú pri pohybe reaktorom. Pri PFV by mali byť reakčné podmienky, ako je teplota a tlak, presne kontrolované pozdĺž celej dĺžky skúmavky. Tok produktov z PFV je nepretržitý a miera konverzie reaktantov je zvyčajne vysoká. PFV sa často používajú na nepretržitú výrobu chemických a petrochemických látok vo veľkom meradle.
- CSTR je dobre premiešaný reaktor, ktorý nepretržite mieša reaktanty v nádrži alebo nádobe. V CSTR sú reakčné podmienky rovnomerné v celom reaktore a rýchlosť reakcie je určená prietokom reaktantov do a z nádrže. CSTR sa bežne používajú na homogénne a heterogénne reakcie, ktoré vyžadujú vysoký stupeň miešania a relatívne krátky čas zotrvania.
Celkovo voľba medzi PFR a CSTR závisí od vykonanej konkrétnej reakcie a požadovaného výsledku výroby. Vysokokvalitné laboratórne údaje sú neoceniteľné pre charakterizáciu reakcií a modelovanie procesov sa môže použiť na pomoc pri výbere reaktora. Prečítajte si viac o CSTR vs PFR.
Aké sú výhody CSTR oproti PFR?
To, či je kontinuálny tok (CSTR) alebo PFR (zástrčkový tok) pre konkrétnu aplikáciu lepšie, závisí od konkrétnej vykonávanej reakcie a požadovaného výsledku. Vo všeobecnosti sa však CSTR často uprednostňujú pred PFV z niekoľkých dôvodov:
- Dobré miešanie: CSTR poskytujú dobré miešanie reaktantov, najmä riedkych zmesí, čo pomáha udržiavať rovnomernú rýchlosť reakcie a zabraňuje lokalizovaným horúcim miestam alebo mŕtvym zónam. Naproti tomu PFV môžu niekedy viesť ku gradientom teploty, koncentrácie alebo prietoku, čo môže ovplyvniť účinnosť reakcie.
- Flexibilita: CSTR sú vysoko flexibilné a dajú sa ľahko prispôsobiť rôznym reakčným podmienkam alebo objemom. Napríklad čas zotrvania sa dá ľahko nastaviť zmenou prietoku a reaktor sa môže zväčšiť alebo znížiť v závislosti od výrobných potrieb.
- Skrátený reakčný čas: CSTR môžu často dosiahnuť vysokú mieru konverzie v relatívne krátkom čase zotrvania, pretože reaktanty sú dobre zmiešané a reakčné podmienky sú jednotné. To môže viesť k rýchlejším reakčným časom a vyšším výrobným rýchlostiam.
- Nižšie náklady: CSTR sú vo všeobecnosti jednoduchšie a lacnejšie na konštrukciu a prevádzku ako PFV, pretože nevyžadujú dlhé špecializované rúrky a súvisiace vybavenie.
Celkovo voľba medzi CSTR a PFR závisí od špecifických potrieb prebiehajúcej reakcie a oba reaktory majú svoje výhody a nevýhody. CSTR sú však často uprednostňované pre svoju flexibilitu, dobré miešanie a schopnosť dosiahnuť vysoké konverzné pomery v krátkom čase zotrvania.