|
ما هو المفاعل على نطاق المختبر؟
مفاعل كيميائي على نطاق مختبر
,دليل الهندسة للمفاعلات
,دليل شامل للمفاعل الكيميائي
أالمفاعل على نطاق المختبر(غالبا ما يشار إليها باسم مفاعل المختبر أو المختبر) هو وعاء احتواء مصغّر ويتم التحكم فيه بشدة مصمم لإجراء مواد كيميائية وكيميائية حيويةأو ردود الفعل الجسدية على نطاق صغير عادة ما تتراوح من 100 ملليتر إلى 20 لتربمثابة الموقع الرئيسي للاختبار للبحث والتطوير الكيميائيهذه الأنظمة تسمح للعلماء ومهندسي العمليات بمحاكاة بيئات التصنيع الصناعي على نطاق واسع تحت ظروف آمنةمعايير قابلة للملاحظة والإدارة الدقيقة.
من خلال تقديم التحكم الدقيق في درجة الحرارة، والضغط، سرعة التحريك،المفاعلات على نطاق المختبر توفر البيانات الحيوية الحيوية المطلوبة قبل الانتقال من صيغة كيميائية من المختبر إلى مصنع تجريبي أو نطاق كامل للإنتاج الصناعي.
في حين أن التكوينات تختلف بناءً على الاحتياجات التجريبية المحددة ، فإن نظام مفاعل قياسي عالي الأداء على نطاق المختبر يدمج العديد من الأنظمة الفرعية الأساسية:
-
وعاء التفاعل:المصنوعة عادة من نقاء عاليزجاج البوروسيليكات 3.3للشفافية البصرية الكاملة والعاطفة الكيميائية، أو الصلب المقاوم للصدأ الثقيل / Hastelloy لوسائط الضغط العالي والعدائية.
-
سترة التحكم الحراري:سترة ذات جدران مزدوجة أو عباءة تسخين متصلة بمنظم حرارة خارجي (دائرة) لتنظيم خطوات التفاعل الحراري أو الحراري بدقة.
-
جمعية التحريض:محرك كهربائي مقترح بمقبس محرك فوقي (غالباً ما يكون مغلفاً بـ PTFE) ومحركات قابلة للتخصيص (مرساة أو توربينة أو مروحة) للحفاظ على خلط متجانس.
-
أماكن الجرعة والعينة:أغطية مفاعل متعددة الموانئ مجهزة بمكثفات تدفق العودة ، وأحراق إسقاط ، وأجهزة المسح للجودة الحرارية ، ومداخل الغاز لتغذية مستمرة أو نصف دفعة.
| تكوين المفاعل | الوضع التشغيلي | تطبيق البحث الأساسي | الميزة الرئيسية |
|---|---|---|---|
| مفاعل المختبرات | نظام مغلق (حمل في البداية، فارغ في النهاية) | التوليف العام، تحسين الشرائح، الحركية الأساسية | عملية بسيطة، مرنة للغاية لمختلف الوصفات. |
| الخزان المتداخل باستمرار (CSTR) | التدفق المستمر | حركية الحالة الثابتة، اختبار العملية المستمرة | يحافظ على التركيز المتساوي و الدرجة الحرارية |
| أوتوكلاف عالي الضغط | وعاء ضغط مغلق | الهيدروجينات، التوليف الحراري، التحفيز | يتعامل مع الضغوط الشديدة و الحرارة العالية بأمان |
غالبًا ما يؤدي تخطي أو الإسراع في مرحلة المختبر إلى فشل مكلف أثناء التسويق الصناعي. تخفف مفاعلات المختبر من هذه المخاطر عن طريق الإجابة على الأسئلة الهندسية الحرجة:
-
إدارة الحرارة:قياس معامل تحويل الحرارة الدقيق لمنع الهروب الحراري في ردود الفعل الحرارية قبل أن يصل إلى آلاف الليترات.
-
تحسين حركي:تحديد المحفزات المثلى والضغوط ونسب المفاعلات لتحقيق أقصى قدر من غلة المنتج وانتقائه.
-
التوافق بين المواد:اختبار ما إذا كانت السبائك الصناعية المحتملة (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 316L أو الفولاذ المطلي بالزجاج) تتحمل التعرض لفترة طويلة لمواد كيميائية معينة.
السؤال: ما هو النطاق النموذجي للحجم للمفاعل على نطاق المختبر؟
ج: معظم المفاعلات على نطاق المختبر لديها أحجام عمل تتراوح من100 مل إلى 20 لتر، مما يجعلها مثالية للبحث والتطوير، وتوليف مجموعات صغيرة، والاختبارات الحركية الأولية دون استهلاك مواد خام مفرطة.
س: لماذا يستخدم زجاج البوروسيليكات بشكل شائع في مفاعلات المختبرات؟
الجواب: الزجاج البوروسيليكات 3.3 يقدم مقاومة استثنائية للصدمات الحرارية والتآكل الكيميائي. الشفافية الكاملة أيضا يسمح للباحثين لمراقبة بصرية تغيرات اللون، أنماط الارتداد،وخلط المراحل في الوقت الحقيقي.
س: كيف تساعد المفاعلات على نطاق المختبر في التوسع الصناعي؟
الجواب: أنها توفر بيانات موثوقة عن حركة التفاعل وتطور الحرارة ونقل الكتلة المهندسون يستخدمون هذه البيانات على نطاق صغير لحساب متطلبات التبريد الدقيقة وسرعات الخلطو هندسة الوعاءات اللازمة للمفاعلات التجريبية والصناعية الكاملة.
س: هل يمكن لمفاعل على نطاق المختبر التعامل مع الكيمياء عالية الضغط؟
ج: المفاعلات الزجاجية القياسية تقتصر عادة على ظروف الضغط المنخفض أو الجو.يستخدم الباحثون أوتوكلاف معدنية متخصصة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو Hastelloy.
