|
راکتور در مقیاس آزمایشگاهی چیست؟ راهنمای جامع مهندسی
راکتور شیمیایی در مقیاس آزمایشگاهی
,راهنمای مهندسی برای راکتورها
,راهنمای جامع راکتور شیمیایی
Aراکتور در مقیاس آزمایشگاهی(اغلب به عنوان یک راکتور بنچتاپ یا آزمایشگاهی شناخته می شود) یک ظرف محدود کننده کوچک و بسیار کنترل شده برای هدایت مواد شیمیایی، بیوشیمیایی،یا واکنش های فیزیکی در مقیاس کوچک معمولا از 100 میلی لیتر تا 20 لیتربه عنوان زمین آزمایشی اصلی برای تحقیق و توسعه شیمیایی (R&D) ،این سیستم ها به دانشمندان و مهندسان فرآیند اجازه می دهد تا محیط های تولید صنعتی را در مقیاس کامل در شرایط ایمن شبیه سازی کنند.، پارامترهای قابل مشاهده و دقیق مدیریت شده.
با ارائه کنترل دقیق بر درجه حرارت، فشار، سرعت تحریک و دوز شیمیایی،راکتورهای مقیاس آزمایشگاهی داده های حرکتی حیاتی مورد نیاز را قبل از انتقال یک فرمول شیمیایی از آزمایشگاه به یک کارخانه آزمایشی یا مقیاس تولید صنعتی کامل فراهم می کنند..
در حالی که پیکربندی ها بر اساس نیازهای تجربی خاص متفاوت است، یک سیستم رآکتور استاندارد با عملکرد بالا در مقیاس آزمایشگاهی چندین زیرسیستم اساسی را ادغام می کند:
-
ظرف واکنش:به طور معمول از خالصیت بالا ساخته شده استشیشه بوروسیلیکات 3.3برای شفافیت بصری کامل و بی عمل بودن شیمیایی، یا فولاد ضد زنگ سنگین / Hastelloy برای رسانه های فشار بالا و تهاجمی.
-
ژاکت کنترل حرارتی:یک ژاکت دو دیواری یا مانتو گرمایش متصل به یک ترمورولاتور خارجی (سیروکولیتور) برای تنظیم دقیق مراحل واکنش اندوترم یا اگزوترم.
-
جمعيت تحريک:یک موتور الکتریکی که با یک میله مخلوط کننده فوقانی (اغلب با PTFE پوشانده شده) و چرخ های سفارشی (منقر، توربین یا پروپلر) برای حفظ مخلوط یکسانی همراه است.
-
پورت های دوز و نمونه گیری:پوشش های رآکتور چند پورت مجهز به گرده افشان های ریفلوکس، فانوس های سقوط، سنجه های pH و ورودی های گاز برای تغذیه مداوم یا نیمه دسته.
| پیکربندی راکتور | حالت عملیاتی | کاربرد تحقیقات اولیه | مزیت اصلی |
|---|---|---|---|
| راکتور آزمایشگاهی دسته | سیستم بسته (بار در آغاز، خالی در پایان) | سنتز کلی، بهینه سازی دسته، جنبشی اساسی | کار ساده، انعطاف پذیری بالا برای دستور العمل های متنوع. |
| مخزن مخلوط مداوم (CSTR) | جریان مداوم | حرکتی در حالت ثابت، آزمایش فرآیند مستمر | تمرکز و درجه حرارت یکسانی را حفظ می کند. |
| اتوکلاو با فشار بالا | ظرف فشار بسته شده | هیدروژنی، سنتز هیدروترمیک، کاتالیز | با فشار شدید و دمای بالا به طور ایمن برخورد می کند. |
رها کردن یا عجله در مرحله مقیاس آزمایشگاهی اغلب منجر به شکست های پرهزینه در طول تجاری سازی صنعتی می شود. راکتورهای مقیاس آزمایشگاهی با پاسخ به سوالات مهندسی حیاتی این خطرات را کاهش می دهند:
-
مدیریت گرما:اندازه گیری ضریب انتقال گرما دقیق برای جلوگیری از فرار حرارتی در واکنش های exothermic قبل از مقیاس تا هزاران لیتر.
-
بهینه سازی حرکتی:شناسایی کاتالیزورها، فشارها و نسبت های واکنش دهنده برای به حداکثر رساندن بهره وری و انتخاب محصول.
-
سازگاری مواد:آزمایش اینکه آیا آلیاژ های صنعتی آینده نگر (مانند فولاد ضد زنگ 316L یا فولاد شیشه ای) در برابر قرار گرفتن در معرض مدت طولانی مواد شیمیایی خاص مقاومت می کنند.
س: محدوده حجم معمولی برای یک راکتور در مقیاس آزمایشگاهی چیست؟
ج: اکثر راکتورهای آزمایشگاهی حجم کارشان از100 میلی لیتر تا 20 لیتر، که آنها را برای تحقیق و توسعه روی بنچ، سنتز دسته کوچک و آزمایش های حرکتی اولیه بدون مصرف مواد خام بیش از حد ایده آل می کند.
س: چرا شیشه ی بوروسیلیکات معمولاً در راکتورهای آزمایشگاهی استفاده می شود؟
A: شیشه Borosilicate 3.3 مقاومت استثنایی نسبت به شوک حرارتی و خوردگی شیمیایی را ارائه می دهد. شفافیت کامل آن همچنین به محققان اجازه می دهد تا تغییرات رنگ، الگوهای رفلکس،و مخلوط فاز در زمان واقعی.
س: چگونه راکتورهای مقیاس آزمایشگاهی در مقیاس صنعتی کمک می کنند؟
پاسخ: آنها داده های قابل اعتمادی در مورد حرکات واکنش، تکامل گرما و انتقال جرم ارائه می دهند. مهندسان از این داده های کوچک برای محاسبه نیازهای دقیق خنک کننده، سرعت مخلوط،و هندسه های ظرف مورد نیاز برای راکتورهای آزمایشی و بزرگ صنعتی.
س: آیا یک راکتور در مقیاس آزمایشگاهی می تواند با مواد شیمیایی با فشار بالا کار کند؟
A: راکتورهای شیشه ای استاندارد معمولاً به فشار پایین یا شرایط جو محدود می شوند. برای کاربردهای فشار بالا (مانند هیدروژنی کاتالیزاسیون)محققان از اتوکلاو های مخصوص فلزی استفاده می کنند که از فولاد ضد زنگ یا استیلوی ساخته شده اند..
