Что такое вакуумный реактор?

Отвечая на главный вопрос:Что такое вакуумный реактор, и какие преимущества при пониженном давлении имеет для химической обработки?Вакуумный реактор - это сосуд под давлением, предназначенный для работы при давлении ниже атмосферного (обычно от 1 до 800 мбар абсолютного) для снижения температуры кипения летучих компонентов,позволяет производить дистилляцию теплочувствительных материалов, или исключить влагу и кислород из чувствительных к влаге реакций. the boiling point of solvents drops dramatically—water boils at 100 degrees C at 1 atm but at only 7 degrees C at 10 mbar—allowing gentle solvent removal from thermally labile pharmaceutical intermediatesСистема вакуумного реактора включает в себя емкость, вакуумный насос (ротационный лопат, жидкое кольцо, сухой винт или выбросник пара), конденсатор для восстановления пара,и механические уплотнители (по API 682), которые поддерживают целостность вакуума при воздействии, с типичными применениями, включая вакуумную дистилляцию, испарение, сушку и обезгазирование в химической, фармацевтической и пищевой промышленности.

1Основные принципы проектирования вакуумных реакторов

• **Снижение температуры кипения и контроль VLE:**Уменьшающее давление снижает температуру кипения всех летучих компонентов по уравнению Клаузиуса-Клапэрона ln ((P2/P1) = - ((Hvap/R) * ((1/T2 - 1/T1), где Hvap - это тепло испарения;Это позволяет дистиллировать компоненты, которые терморазлагаются при температуре кипения в атмосфере., такие как длинноцепочечные жирные кислоты (разлагаются выше 250 ° C при 1 atm, но дистиллируются при 150 ° C при 10 mbar).
• **Выработка вакуума и выбор насоса:**Вакуумная система определяет максимальное давление и скорость перекачки: вращающиеся насосы достигают 0,1-1 mbar (запечатанные маслом, для лабораторного и пилотного масштаба),Насосы жидкого кольца достигают 30-100 mbar (для паров, нагруженных растворителем), сухие винтовые насосы достигают 0,01-1 mbar (без масла, для фармацевтического обслуживания), а многоступенчатые выбросы пара достигают 0,1-5 mbar (для большой промышленной дистилляции в масштабе 1000-50,000 л).
• ** Конструкция уплотнения и целостность вакуума:**Пропускная способность вала смесителя является наиболее критической точкой утечки в вакуумном реакторе; отдельные механические уплотнители пропускают 1-10 г / день,двойные уплотнители с барьерной жидкостью при давлении выше, чем утечка процесса менее 0.1 г/день, а магнитные приводы (герметически герметичные, без динамической герметики) обеспечивают нулевую утечку, необходимую для работы при высоком вакууме (ниже 1 mbar) и токсичных или чувствительных к влаге процессах.

2Основные типы и применения вакуумных реакторов

• **Реактор вакуумной дистилляции:**Используется для отделения теплочувствительных компонентов путем фракционной дистилляции под пониженным давлением; имеет упакованную или структурированную колонну, ребойлер, конденсатор и вакуумную систему;работает при 1-100 mbar с коэффициентом оттока 3От 1 до 20:1, разделяя такие продукты, как витаминные эфиры (фармация), моностерат глицерина (пища) и вакуумное газовое масло (рафинирование) при температуре 50-150 градусов по Цельсию ниже их температуры кипения в атмосфере.
• **Вакуумный реактор испарения/сушки:**Используется для удаления растворителя и сушки продукта под вакуумом; оснащается капсулованным сосудом с узкопроходным агитатором (яковой или спиральной лентой для вязких продуктов), конденсатором и вакуумным насосом;работает при 5-50 mbar при температуре 50-150 градусов C, удаление растворителей из фармацевтических промежуточных продуктов, полимерных смол и пищевых продуктов (включая сушку при заморозке при 0,1 - 1 mbar) при одновременном предотвращении термического разложения.
• **Синезирующий реактор, чувствительный к влаге:**Работают под вакуумом или инертным газом (N2/Ar), чтобы исключить влагу и кислород из реакций с использованием органометаллических реагентов (Григнар, органолитий), хлоридов кислот,или металлические катализаторы, которые сильно реагируют или разлагаются с водой; имеет магнитное приводное перемешивание, соединения линии Шленка и вакуумные / инертные газовые коллекторы для перемещения воздуха, работающие при циклах очистки 1-10 mbar с уровнем влаги ниже 1 ppm.

Сравнительная матрица вакуумных реакторов

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос: Какова основная функция вакуумного реактора?

A: Вакуумный реактор работает при давлении ниже атмосферного, чтобы снизить температуру кипения летучих компонентов, что позволяет медленно дистиллировать, испарять или сушить теплочувствительные материалы.или исключить влагу и кислород из реакций, чувствительных к влаге., с вакуумными насосами, конденсаторами и герметичными агитаторами, поддерживающими низкое давление.

Вопрос: Как снижение давления снижает температуру кипения?

A: Согласно уравнению Клаузиуса-Клапейрона, понижающее давление понижает температуру кипения пропорционально температуре испарения; вода кипит при 100 °C при 1 atm, но только при 7 °C при 10 mbar,позволяет производить дистилляцию теплочувствительных материалов при температуре 50-150 градусов Цельсия ниже температуры кипения в атмосфере.

Вопрос: Какие типы вакуумных насосов используются и как они выбираются?

Ответ: Выбор насоса зависит от требуемого максимального давления и нагрузки процесса паром: вращающиеся насосы с лопатками (0,1-1 mbar, с маслом) для лабораторного/пилотного масштаба;Насосы жидкого кольца (30-100 mbar) для пар с растворителем; сухие винтовые насосы (0,01-1 mbar, без масла) для фармацевтического обслуживания; и многоступенчатые выбросы пара (0,1-5 mbar) для большой промышленной дистилляции в масштабе 1000-50,000 л.

Вопрос: Как сохраняется целостность вакуума в шахте агитатора?

Ответ: Основной точкой утечки является уплотнитель агитатора; одномеханические уплотнители имеют утечку 1-10 г/день (подходят для 100+ mbar), двойные уплотнители с барьерной жидкостью при более высоком давлении процесса имеют утечку ниже 0.1 г/сутки (для 1-100 мбар), и магнитные сцепления привода (герметические, без динамической уплотнения) обеспечивают нулевую утечку (необходимо для процессов менее 1 мбар и чувствительных к влаге).