- Kesikli Reaktör ve CSTR
- CSTR Tasarımı
- PFR ve CSTR
- Avantajları ve Dezavantajları
- CSTR Rezidans Süresi Dağıtımı (RTD)
- CSTR'lerin Modellemesi ve Simülasyonu
- PAT Entegrasyonu
- Endüstri Uygulamaları
- Alıntılar ve Referanslar
- Sss
Sürekli Karıştırılır Tank Reaktörü Nedir?
Sürekli karıştırılan depo reaktör (CSTR) reaksiyon ürünleri eş zamanlı olarak kaptan çıkarken reaktiflerin, reaktanların ve çözücülerin reaktör aktığı bir reaksiyon kabıdır. Bu şekilde depo reaktör sürekli kimyasal işleme için değerli bir alet olarak kabul edilir.
CSTR reaktörleri, kararlı durum koşullarında etkili karıştırma ve kararlı, tekdüze performans ile bilinir. Normal olarak, çıkış bileşimi reaktör içindeki malzeme ile aynıdır, bu da oturma süresine ve reaksiyon hızına bağlıdır.
Bir reaksiyonun çok yavaş olduğu durumlarda, iki karışamayan veya koyu kıvamlı sıvının yüksek bir çalkalama hızı gerektirdiği durumlarda veya tapa akışı davranışı istendiğinde, birden fazla reaktör bir CSTR basamaklama oluşturmak için birbirine bağlanabilir.
Bir CSTR, bir tapa akışı reaktör (PFR) tam tersi olan ideal bir geri dönüş senaryosu olduğunu varsaymaktadır.
Hızlı Bağlantılar
CSTR ve Kesikli Reaktör
Genel olarak; reaktörler sürekli (Şekil 1) veya kesikli reaktörler (Şekil 2) olarak sınıflandırılabilir CSTR'ler genellikle daha küçük boyuttadır ve ürün kesintisiz şekilde akıp giden reaktanların ve reaktiflerin sorunsuzca eklenmesini sağlar.
Buna karşılık, parti reaktör reaktör kabına sabit miktarda reaktan eklenmesini ve ardından istenen ürün elde edilene kadar reaksiyon prosesini içeren kimyasal bir reaktör. Sürekli bir reaktör aksine, reactantlar sürekli olarak eklenmez ve ürünler sürekli olarak çıkarılmaz. Ayrıca kesikli reaktörler aynı şekilde karıştırılmadığından reaksiyon sırasında sıcaklık ve basınç koşulları da değişebilir.
CSTR'ler kesikli reaktörlere kıyasla üstün ısı transferi özellikleri nedeniyle daha yüksek reaktan konsantrasyonlarının yanı sıra daha enerjik reaksiyonlarla da eşsiz bir özelliğe sahiptir. Bu şekilde, bir CSTR akış kimya destekleyen alet olarak kabul edilir.
CSTR'leri Tasarlama ve Çalıştırma
Sürekli karıştırılır tank reaktörler (CSTR' ler) şunlardan oluşur:
- Bir depo reaktör
- Reactanları karıştırmak için karıştırma sistemi (pervane veya hızlı akan reactan giriş)
- Reactanları vermek ve ürünleri çıkarmak için boruları besleme ve çıkış
CSTR'ler en çok endüstriyel proseslerde, öncelikle sürekli karıştırmanın gerekli olduğu homojen sıvı faz akış reaksiyonlarında kullanılır. Bununla birlikte, farmasötik endüstrisinde ve hücre kültürleri ve fermentörler gibi biyolojik prosesler için de kullanılırlar.
CSTR'ler kademeli bir uygulamada (Şekil 3) veya bağımsız olarak kullanılabilir (Şekil 1).
CSTR ve PFR
CSTR ve PFR (tak akış reaktör) Arasındaki Fark Nedir?
CSTR'ler (Şekil 1) ve PFR'ler (Şekil 4) sürekli akış kimya kullanılır . CSTR'ler ve PFR'ler bağımsız reaksiyon sistemleri olarak işlev görebilir veya sürekli akış prosesinin bir parçası olarak birleştirilebilir. Karıştırma CST'lerin çok önemli bir özelliğidir, PFR'ler ise hareketli tek tapaların reaktanlar ve reaktifler içerdiği ve mini kesikli reaktörler olarak görev aldığı boru şeklinde reaktörler olarak tasarlanmıştır. Bir PFR'deki her fişin biraz farklı bir bileşimi vardır ve dahili olarak karışır, ancak yakındaki fişin önünde veya arkasında ile değil. İdeal olarak karışık bir CSTR'de, ürün bileşimi tüm hacim boyunca homojendir, ancak PFR'de ürün bileşimi boru şeklindeki reaktör içindeki konumuna bağlı olarak değişir. Her reaktör türünün diğerleriyle karşılaştırıldığında kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır.
Bir CSTR zaman birimi başına önemli miktarlarda ürün üretebilir ve uzun süreler boyunca çalışabilirken, yavaş kinetikli reaksiyonlar için en iyi seçim olmayabilir. Bu gibi durumlarda kesikli reaktörler genellikle sentez için tercih edilen opsiyon.
Tapa akışlı reaktörler genellikle daha fazla yer verimlidir ve diğer reaktör türlerine kıyasla daha yüksek dönüşüm oranlarına sahiptir. Bununla birlikte, yüksek egzotermik reaksiyonlar için uygun değildirler çünkü ani sıcaklık dalgalanmalarını kontrol etmek zor olabilir. Ayrıca, PFR'ler tipik olarak CSTR'lere göre daha yüksek işletim ve bakım maliyetleri gerektirir.
CSTR'nin PFR'ye göre avantajları
- Sıcaklık kontrolü kolayca korunur
- Karıştırma (katıları işleme yeteneği ve bulamaçlar), reaksiyon kalorimetri, dozajlama seçenekleri ve kimyasal kinetik dahil olmak üzere CSTR davranışı iyi anlaşılır
- Özel akış sistemlerine kıyasla daha ucuz ve yapımı daha kolay
- reaktör iç kısmı proses analitik teknolojisi (PAT) için erişilebilirdir
- Kademeli çalışma veya PFR ile daha karmaşık akış sistemlerine entegrasyon vb. için birden fazla birim kolayca birleştirilebilir.
Çevre Dostu Kimyayı Ilerletme
Örnek uygulamalar ve sektör örnekleri de dâhil olmak üzere çevre dostu ve sürdürülebilir kimya kaynakları listemizin tamamını görüntüleyin. Bu teknik dokümanda METTLER TOLEDO ileri teknoloji tarafından sağlanan bilgilerin farmasötik, kimyasal ve polimer moleküllerinin ve ürünlerinin araştırma, geliştirme ve üretiminde çevre dostu ve sürdürülebilir kimya desteklenmesine nasıl yardımcı olduğu gösterilmektedir
CSTR Performansının Optimizasyonu
CSTR Rezidans Süresi Dağıtımı (RTD)
İkamet süresi dağılımı (RTD) sıvı bir bileşenin bir sistemde veya reaktör kaldığı süreyi tanımlar. CSTR'ye oturma süresi reaktanların ayrılmadan önce reaktör harcadıkları süreyle ilgilidir.
Bir CSTR'nin bekleme süresi dağılımını anlamak kimyasal reaksiyonlar için reaktörlerin tasarlanması ve optimize edilmesinde çok önemlidir. reaktör verimliliğini ve tam bir reaksiyon elde etmek için gereken süreyi değerlendirmeye yardımcı olur. İdealiteden sapma akışkanın kap içinde kanallanması, kap içindeki sıvının geri dönüştürülmesine veya kabın içinde kötü karıştırılmış veya sabit bölgelerin varlığına neden olabilir. Sonuç olarak, sıvının sınırlı bir bölümünün reaktör bulunduğu süreyi tanımlamak için bir olasılık dağılımı fonksiyonu olan RTD kullanılır. Bu reaktör karıştırma ve akış özelliklerinin belirlenmesine ve reaktör davranışının ideal modellerle karşılaştırılmasına yardımcı olur. Örneğin, kademeli düzeneklerde reaktör sayısı arttıkça bir kademeli CSTR'ler daha kısa bir bekleme süresi ve reaksiyon çözünürlük sergiler.
Bir kaptaki bir sıvının oturma süresi dağılımı sistem girişine reaktif olmayan bir izleyici maddenin eklenmesiyle deneysel olarak belirlenebilir. Bu izleyicinin konsantrasyonu bilinen bir fonksiyonla değişir ve kaptaki genel akış koşulları kabın atık içindeki izleyici konsantrasyonu izlenerek belirlenir.
Daha Çevreci Kimya İçin Modelleme
Çevre dostu ve sürdürülebilir kimya farmasötik ve hassas kimya endüstrilerinde büyüyen bir eğilimdir. kimya yönelik bu yaklaşım atık ve enerji tüketimini azaltarak, yenilenebilir kaynaklar kullanarak ve güvenli ve verimli prosesler tasarlayarak kimyasal proseslerin çevresel etkisini en aza indirmeyi amaçlamaktadır.
Modelleme yazılımını kullanarak, bilim insanları ve mühendisler kimyasal reaksiyonların farklı koşullar altında nasıl davranacağını tahmin edebilir, atık ve enerji tüketimini azaltmak için reaksiyon koşullarını optimize edebilir ve daha güvenli ve daha verimli prosesler tasarlayabilir. Örneğin, kesikli ve akış kimya değerlendirmeleri hızla yapılabilir veya en iyi performans için ölçülen CSTR'ler belirlenebilir. Sürekli prosesler partiden daha sürdürülebilir olabilir, daha düşük hacim, daha az çözücü kullanımı ve daha az temizlik döngüsü gibi nedenlerle.
Kimyasal reaksiyon modellemesi ve simülasyon özellikle çevre dostu kimya girişimlerini desteklemek için çok uygundur. Scale-up Suite'in gelişmiş modelleme özellikleri kullanıcıların çok adımlı reaksiyonlar da dahil olmak üzere karmaşık kimyasal reaksiyonları doğru bir şekilde simüle etmelerini ve israfı en aza indirmek ve verimi en üst düzeye çıkarmak için sıcaklık, basınç ve reaktan konsantrasyonları gibi proses parametrelerini optimize etmelerini sağlar.
Scale-up Suite™ belirli bir reaksiyonun karbon ayak izi veya enerji tüketimini hesaplamak gibi kullanıcıların proseslerinin çevresel etkisini değerlendirmelerine olanak veren özelliklere de sahiptir. Bu bilgiler kullanıcıların proses tasarımı hakkında bilinçli kararlar almalarına ve proseslerini daha sürdürülebilir hale getirme fırsatlarını belirlemelerine yardımcı olabilir.
CSTR ve Proses Analitik Teknolojisi (PAT)
Otomatik laboratuvar kantar kimyasal reaktörler kesikli işlemden CSTR kullanımına dönüştürmeye yardımcı olabilir.
- EasyMax gibi paralel sentez reaktörleri ayrı ayrı veya birlikte CSTR'ler olarak kullanılabilen çok sayıda iyi kontrol edilmiş bağımsız reaktöre sahiptir
- Sentez reaktörleri ve reaktör kontrol sistemleri tek CSTR sistemleri olarak veya aynı PC'den kontrol edilen diğer reaktörlerle birlikte çalışabilir
- Kristalleşmeler veya çok fazlı reaksiyonlar için basınç farkı bulamaçlar aktarmak için kullanılabilir
Proses analitik teknolojisi kararlı durumu izleme ve iyi kontrol etme konusunda çok değerlidir.
- FTIR spektroskopisi ve Raman spektroskopisi kritik reaksiyon türlerinin gerçek zamanlı ölçüm sağlar.
- Örneğin, sürekli kristalleşmelerdeFTIR spektrometreleri bir veya daha fazla önemli çözünenin kararlı durum konsantrasyonunu ölçebilir ve sunabilir .
- Raman spektrometreleri kristal formu geliştirmeyi zamanın bir fonksiyonu olarak ölçer ve izler
- ParticleTrack partikül boyutu dağılımı ve kiriş uzunluğu dahil olmak üzere önemli kristalleşme parametrelerini izlemek için Odaklanmış Işın Yansıma Ölçümü'nü (FBRM) kullanır
- pH ve O₂ probları CSTR'deki koşulları gerektiği gibi sürekli olarak izler
Uygulamanızla İlgili Yardıma mı İhtiyacınız Var?
Uzmanlarımız Yardıma Hazırdır
Teknik uygulamanızla ilgili sorularınız veya yardıma ihtiyacınız varsa Teknik Uygulama Danışmanları ekibimiz size doğru yönde rehberlik etmeye hazırdır.
Endüstri Uygulamaları
Güvenli Diazometan Üretimi İçin Sürekli Proses
ReactIR Diazoketon konsantrasyonunu izler ve RTD tayini için kullanılır
Yazarlar dahili membran ayırma teknolojisine sahip bir CSTR basamaklamasından oluşan bir diazometan jeneratörünün geliştirelişini bildirmektedirler. Bu teknolojiyi HIV proteaz inhibitörlerinin sentezinde önemli bir ara bileşen olan kiral α-kloroketonun üç adımlı sentezinde kullandılar. CSTR diazometan çağlayana geçirilen karışık bir anhidrit üretmek için bobin reaktör kullanılmıştır. PTFE membran karşılık gelen diazoketonu oluşturmak için diazometanın anhidritle reaksiyona girdiği CSTR'ye yayılmasına izin verdi. Ardından diazoketon bir seri reaktör HCl ile reaksiyona girdiğinde α-kloroketona dönüştürüldü.
ReactIR ölçümleri ara diazoketon bileşiklerinin oluşumunu izlemek (2107 cm-1 pik) ve ayrıca izleyici maddeyi izleyerek sistemin bekleme süresi dağılımını deneysel olarak belirlemek için kullanılmıştır. ReactIR tarafından izlenen izleme deneyi basamaktaki ikinci CSTR'den beş reaktör hacminin kararlı duruma ulaşmak için gerekli olduğunu ve 6 saatlik başlatma süresine karşılık geldiğini belirledi.
Wernik, M., Poechlauer, P., Schmoelzer, C., Dallinger, D., & Kappe, C. O. (2019). Membran Bazlı Diazometan Üretimi İçin Sürekli Karıştırılmış Depo Reaktör Basamaklarının Tasarımı ve Optimizasyonu: α-Kloroketon sentezi. Organic Process Research & Development, 23(7), 1359–1368. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00115
İlgili Downstream Operasyonlara Sahip Otomatik Aralıklı Akış Suzuki Bağlantı Sistemi
OptiMax sürekli kristalleşme MSMPR reaksiyon kapları olarak kullanılır
Yazarlar, kesikli metal işleme ve sürekli kristalleşme işlemlerinin yanı sıra tam otomatik aralıklı akışlı sıvı-sıvı Suzuki kenetlenmesine olanak tanıyan bir sistemin geliştirilip geliştirılmemesini bildirmektedirler. Sürekli kristalleşme ile ilgili olarak, OptiMax reaktörleri ortam sıcaklığını önleyici kristalleşme yönlendiren Çok Aşamalı Karışık Süspansiyon ve Karışık Ürün Ayırma (MSMPR) kapları olarak seri olarak kullanılmıştır.
Bu MSMPR kapları ürünün kristallerini içeren bir bulamacı üreten ve aktaran CSTR'ler olarak görev görür. Yazarlar kristalizeörlerdeki nominal rezidans süresinin kristalizelerin dolum hacmine göre hesaplandığını ve bu sürenin gelen beslemelerin toplam akış hızı bölündüğünü belirtmektedirler. FBRM ile ParticleTrack ve zayıflatılmış toplam yansıma (ATR) dahil olmak üzere PAT , sürekli kristalleşme ölçümünde kullanılmıştır.
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). Sürekli Suzuki Kuplajı için Otomatik Aralıklı Akış Yaklaşımı. Organik Proses Araştırma ve Geliştirme, 20(4), 820–830. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00030
Sürekli Reaktif Kristalleşme için PFR-CSTR Kademeli
ReactIR ve ParticleTrack PAT ile ilgili bilgi ve geri bildirim sağlar
Yazarlar proses analitik teknolojisi olarak hat içi FTIR ve FBRM sensörlerini içeren birleşik bir PFR-CSTR kademeli akış reaktör sisteminin geliştirıldığını bildirmektedir. Bu sistem, kristal morfolojisini, kristal boyutu dağılımını, reaksiyon ve kristalleşme verimini ve süpersatürasyon seviyelerini belirlemek, sürekli reaktif kristalleşmeyi araştırmak için kullanılmıştır. PFR, CSTR kademeli ve PFR-CSTR basamakları için bekleme süresi dağılımı (RTD) ölçülmüş ve birleşik PFR-CSTR kademelisının sadece CSTR basamaklarınınkinden biraz daha uzun rtD'ye sahip olduğunu göstermiştir. Reaktif kristalleşme için, PFR'nin daha dar RTD'sinin bir sonucu olarak PFR-CSTR basamaklama sistemi için daha yüksek bir verim elde edildi, bu da hem tepkisiz malzemeyi hem de impürite oluşumunu en aza indirdi.
ReactIR ve ParticleTrack probları reaktif kristalleşme prosesi sırasında reaktan konsantrasyonunu ve kristal kanat uzunluğunu ölçmüştür. ReactIR ile ölçülen ana likördeki reaktan konsantrasyonları HPLC sonuçlarıyla iyi uyum sağlamıştı (tahmin hatası %017'<). ParticleTrack ölçümleri yaklaşık 150 μm'lik nispeten kararlı bir kanat uzunluğu ortaya çıkarmıştır.
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). PFR-CSTR'de bir API'nin sürekli reaktif kristalleşme in-line PAT'lerle basamaklama yapılır. Reaction Chemistry & Engineering, 5(10), 1950–1962. https://doi.org/10.1039/d0re00216j
İlgili Kaynaklar
Alıntılar ve Referanslar
Dergi Yayınlarında Sürekli Karıştırmalı Tank Reaktörler
- Glace, M., Wu, W., Kraus, H., Acevedo, D., Roper, T. D., ve Mohammad, A. (2023). Doğrulanmış in-line Raman spektroskopisi ve bozulma simülasyonu için kinetik modelleme kullanarak karbamazefin için sürekli sentez prosesinin geliştirilmesi. Reaksiyon Kimyası ve Mühendisliği. https://doi.org/10.1039/d2re00476c
- Copelli, S., Petrucci, N. B., Florit, F., & Barozzi, M. (2022). Yarı Kesikli Polimerizasyonları Yarı Sürekli Üretime Kaydırarak Güvenliği Artırma. DOAJ (DOAJ: Open Access Journals Dizini). https://doi.org/10.3303/cet2290101
- Muir, R., G, B. J., Pearsall, A., Jorgensen, M. J., Sims, B., Yonoski, K., Mehta, N., ve Salan, J. S. (2021). Katı Faz "Yakalama ve Serbest Bırakma" yoluyla Sodyum Nitrotetrazolate Yönelik Güvenli Ve Sürekli Bir Prosesin Geliştirilmesi. Organik Proses Araştırma ve Geliştirme, 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., ve Ljubicic, T. (2022). Proses analitik teknolojisi (PAT): Aktif farmasötik içerik (API) geliştirme için akış proseslerine yönelik uygulamalar. Reaction Chemistry and Engineering, 7(6), 1419–1428. https://doi.org/10.1039/d2re00004k
- Ahmed, B., Brown, C., McGlone, T., Bowering, D., Sefcik, J., & Florence, A. J. (2019). Islak Öğütme kristalleşme platformu kullanılarak asetaminofen partikül özelliklerinin mühendisliği. 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). Tam kantar emülsiyon polimerizasyonu reaktör modellemesi ve proses optimizasyonu. Kimya Mühendisliği Dergisi, 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., ve Bartels, W. (2020b). Hidrojen Peroksitli Evans Oxazolidinone Oksijen Bırakma Bölünmesinin Güvenli Şekilde Yükseltilmesi. Organik Proses Araştırma ve Geliştirme, 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). PFR-CSTR'de bir API'nin sürekli reaktif kristalleşme in-line PAT'lerle basamaklama yapılır. Reaction Chemistry and Engineering, 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., ve Boodhoo, K. (2019). İlaç SektöründeKi Amidasyon Prosesleri için Proses Yoğunlaştırma Stratejileri ve Sürdürülebilirlik Analizi. Industrial & Engineering Chemistry Research, 58(11), 4656-4666. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.8b04063
- Wernik, M., Poechlauer, P., Schmoelzer, C., Dallinger, D., & Kappe, C. O. (2019). Membran Bazlı Diazometan Üretimi İçin Sürekli Karıştırılmış Depo Reaktör Basamaklarının Tasarımı ve Optimizasyonu: α-Kloroketon sentezi. Organic Process Research & Development, 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). Parasetamolün Sürekli Kristalleşmesi (Asetaminofen) Form II: Değişken Katı Forma Seçici Erişim. Crystal Growth & Design, 17(5), 2418–2427. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.6b01831
- Guinand, C. I., Dabros, M., Meyer, T., &Stoessel, F. (2017). Kalorimetrik verilere dayalı reaktör dinamikleri araştırması. 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., & Cruz, C. N. (2017). Karbamazepin İçin Sürekli Kristalleşme Sistemi Geliştirme konusunda Risk Hususları. Organik Proses Araştırma ve Geliştirme, 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., ve Rosemeyer, M. (2016). Sürekli Suzuki Kuplajı için Otomatik Aralıklı Akış Yaklaşımı. Organik Proses Araştırma ve Geliştirme, 20(4), 820–830. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00030
- Yang, Y., Song, L., &Nagy, Z. K. (2015). Sürekli Karışık Süspansiyon Karışık Ürün Ayırma Soğutma Kristalleşmesinde Otomatik Doğrudan Çekirdeklenme Kontrolü. Crystal Growth & Design, 15(12), 5839–5848. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.5b01219
- Rudniak, L., Machniewski, P., Milewska, A., ve Molga, E. (2004). Karıştırmalı depo kimyasal reaktörlerinin CFD modellemesi: homojen ve heterojen reaksiyon sistemleri. Kimya Mühendisliği Bilimi, 59(22-23), 5233-5239. https://doi.org/10.1016/j.ces.2004.09.014
Sss
FAQs
CSTR nedir? CSTR nasıl çalışır?
Sürekli karıştırılır tank reaktör (CSTR) kimyasal reaksiyonlar için kullanılan kap/kutu. Ürünlerin aynı anda akıp gidene kadar reaksiyon için gereken maddelerin içeri akmasına izin verir. Bu da onu sürekli kimyasal madde yapımı için harika bir alet yapar. CSTR reaktör maddeleri iyi bir şekilde karıştırır ve sabit koşullar altında tutarlı bir şekilde çalışır. Normal olarak, çıkan karışım içeridekilerle aynıdır, bu maddelerin kap/kutu ne kadar süre içinde olduğuna ve reaksiyon ne kadar hızlı meydana geldiğine bağlıdır.
Bazı durumlarda, bir reaksiyon çok yavaş olduğunda veya yüksek bir karıştırma hızı gerektiren iki farklı sıvı olduğunda, birkaç CSTR bir basamak oluşturmak için birbirine bağlanabilir. Bir CSTR, bir tapa akışı reaktör (PFR) tersi olan ideal geri karıştırmayı varsaymaktadır.
CSTR bir parti reaktör mudur?
Hayır, bir CSTR (Sürekli Karıştırmalı Tank Reaktörü) bir seri reaktör değildir. Bir CSTR ve bir seri reaktör arasındaki ana fark, bir CSTR'nin reaktanların sürekli olarak reaktör beslendiği ve ürünlerin sürekli olarak giderildiği sürekli bir akış reaktör olmasıdır, bir seri reaktör sırasında reaktör sabit miktarda reaktan eklenir ve ürünler çıkarılmadan önce reaksiyon tamamlanıncaya kadar reaksiyona girmelerine izin verilir.
Bir CSTR'de, reaktanlar sürekli olarak reaksiyon karışımının homojen ve iyi karıştırılmasını sağlayan bir karıştırıcı veya karıştırıcı kullanılarak karıştırılır.
CSTR'ler genellikle üretim taleplerini karşılamak için sürekli bir reactan tedarikinin gerektiği büyük kantar endüstriyel proseslerde kullanılır. Buna karşılık kesikli reaktörler daha çok test ve analiz için daha küçük miktarlarda reaktanların gerekli olduğu laboratuvar-kantar deneylerinde ve daha küçük hacimli ilaçlar, kimyasal tarımsal maddeler ve özel kimyasalların üretiminde kullanılmaktadır.
Kesikli ve CSTR reaktörleri hakkında daha fazla bilgi edinin.
CSTR reaktör ile PFR arasındaki fark nedir?
PFR (Tapa Akış Reaktörü) ve CSTR (Sürekli Karıştırmalı Depo Reaktörü) endüstriyel ortamlarda ve laboratuvar ortamlarında yaygın olarak kullanılan iki tür kimyasal reaktördür. Bu iki reaktör arasındaki temel farklar çalışma şekilleri ve uygulamalarıdır.
- PFR, reaktör ilerlediklerinde karışan ve tepki verdikleri uzun bir tüp veya kanaldan reactantlar geçirerek çalışır. PfR'de, sıcaklık ve basınç gibi reaksiyon koşulları, boru uzunluğu boyunca hassas bir şekilde kontrol edilmelidir. PfR'den gelen ürün akışı süreklidir ve reactaktanların dönüşüm oranı genellikle yüksektir. PFR'ler genellikle büyük kantar, sürekli kimyasal ve petrokimyasal üretim için kullanılır.
- CSTR bir depodaki veya kaptaki reaktanları sürekli karıştıran iyi karıştırılmış bir reaktör. Bir CSTR'de reaksiyon koşulları reaktör boyunca homojendir ve reaksiyon hızı tanka giren ve çıkan reaktanların akış hızı ile belirlenir. CSTR'ler yüksek derecede karıştırma ve nispeten kısa bir bekleme süresi gerektiren homojen ve heterojen reaksiyonlar için yaygın olarak kullanılır.
Genel olarak, bir PFR ve CSTR arasındaki seçim yürütülen belirli reaksiyona ve istenen üretim sonucuna bağlıdır. Yüksek kaliteli laboratuvar verileri reaksiyon karakterizasyonu için paha biçilmezdir ve proses modellemesi reaktör seçimine yardımcı olmak için kullanılabilir. CSTR ve PFR hakkında daha fazla bilgi edinin.
CSTR'nin PFR'ye göre yararları nelerdir?
Belirli bir uygulama için sürekli akış (CSTR) veya PFR 'nin (tapa akışı) daha iyi olup olmadığı yürütülen belirli reaksiyona ve istenen sonuca bağlıdır. Ancak, genel olarak, CSTR'ler çoğu zaman çeşitli nedenlerden dolayı PFR'ler yerine tercih edilir:
- İyi karıştırma: CSTR'ler, özellikle bulamaçlar reaktanların iyi bir şekilde karıştırılmasını sağlar, bu da birörnek reaksiyon hızını korumaya ve yerelleştirilmiş sıcak noktaları veya ölü bölgeleri önlemeye yardımcı olur. Buna karşılık, PFR'ler bazen reaksiyon verimliliğini etkileyebilen sıcaklık, konsantrasyon veya akış hızı gradyanlara yol açabilir.
- Esneklik: CSTR'ler son derece esnektir ve farklı reaksiyon koşullarına veya hacimlerine kolayca uyarlanabilir. Örneğin, akış hızı değiştirilerek bekleme süresi kolayca ayarlanabilir ve reaktör üretim ihtiyaçlarına göre ölçeklendirilebilir veya düşürülebilir.
- Reaksiyon süresinde azalma: Reaktanlar iyi bir şekilde karıştırıldığı ve reaksiyon koşulları aynı olduğundan CST'ler genellikle nispeten kısa bir rezidans süresinde yüksek bir dönüşüm hızı elde edebilir. Bu daha hızlı reaksiyon sürelerine ve daha yüksek üretim oranlarına yol açabilir.
- Maliyetlerde azalma: CSTR'ler uzun, özel boru tertibatı ve ilgili ekipman gerektirmediğinden PFR'lere göre genellikle daha basit ve daha ucuzdur.
Genel olarak, bir CSTR ve bir PFR arasındaki seçim, yürütülen reaksiyonun özel ihtiyaçlarına bağlıdır ve her iki reaktörün de avantajları ve dezavantajları vardır. Bununla birlikte, CSTR'ler genellikle esneklikleri, iyi karıştırmaları ve kısa bir bekleme süresinde yüksek dönüşüm oranlarına ulaşabilmeleri için tercih edilir.