- Batchreactor vs. CSTR
- CSTR-ontwerp
- PFR vs. CSTR
- Voor-en nadelen
- CSTR verblijftijdverdeling (RTD)
- Modellering en simulatie van CSTR's
- PAT-integratie
- Industriële toepassingen
- Citaten en referenties
- Veelgestelde vragen (FAQ)
Wat is een continu geroerde tankreactor?
Een continu geroerde tankreactor (CSTR) is een reactievat waarin reagentia, reactanten en oplosmiddelen in de reactor stromen terwijl de producten van de reactie tegelijkertijd het vat verlaten. Op deze manier wordt de tankreactor beschouwd als een waardevol hulpmiddel voor continue chemische verwerking.
CSTR-reactoren staan bekend om hun efficiënte menging en stabiele, uniforme prestaties onder stationaire omstandigheden. Doorgaans is de samenstelling van de output hetzelfde als het materiaal in de reactor, wat afhangt van de verblijftijd en de reactiesnelheid.
In situaties waarin een reactie te traag is, wanneer twee niet-mengbare of stroperige vloeistoffen een hoge roersnelheid vereisen, of wanneer plugstroomgedrag gewenst is, kunnen meerdere reactoren aan elkaar worden gekoppeld om een CSTR-cascade te creëren.
Een CSTR gaat uit van een ideaal backmix-scenario, wat precies het tegenovergestelde is van een plug-flowreactor (PFR).
Snel naar:
CSTR versus batchreactor
Over het algemeen kunnen reactoren worden geclassificeerd als continue (Fig. 1) of batchreactoren (Fig. 2). CSTR's zijn doorgaans kleiner van formaat en maken de naadloze toevoeging van reactanten en reagentia mogelijk, terwijl het product continu zonder onderbreking kan uitstromen.
Een batchreactor daarentegen is een chemische reactor waarbij een vaste hoeveelheid reactanten aan het reactorvat wordt toegevoegd, gevolgd door het reactieproces totdat het gewenste product is verkregen. In tegenstelling tot een continue reactor worden reactanten niet continu toegevoegd en worden producten niet continu verwijderd. Bovendien zijn batchreactoren niet zo gelijkmatig gemengd en kunnen de temperatuur- en drukomstandigheden tijdens de reactie variëren.
CSTR's hebben het unieke vermogen om hogere reactantconcentraties aan te kunnen, evenals meer energetische reacties vanwege hun superieure warmteoverdrachtseigenschappen in vergelijking met batchreactoren. Op deze manier wordt een CSTR beschouwd als een hulpmiddel ter ondersteuning van de stromingschemie.
Ontwerp en werking van CSTR's
Continuous stirred tank reactors (CSTR's) bestaan uit:
- Een tankreactor
- Roersysteem om reactanten te mengen (waaier of snelstromende introductie van reactanten)
- Toevoer- en uitgangsleidingen om reactanten in te brengen en producten te verwijderen
CSTR's worden het meest gebruikt in industriële verwerking, voornamelijk in homogene vloeistoffasestromingsreacties waarbij constante agitatie vereist is. Ze worden echter ook gebruikt in de farmaceutische industrie en voor biologische processen, zoals celculturen en fermentoren.
CSTR's kunnen worden gebruikt in een cascadetoepassing (Fig. 3) of standalone (Fig. 1).
CSTR en PFR
Wat is het verschil tussen CSTR en PFR (plug flow reactor)?
CSTR's (Fig. 1) en PFR's (Fig. 4) worden beide gebruikt in de continustroomchemie. CSTR's en PFR's kunnen functioneren als op zichzelf staande reactiesystemen of worden gecombineerd om deel uit te maken van een continustroomproces. Mengen is een cruciaal aspect van CSTR's, terwijl PFR's zijn ontworpen als buisvormige reactoren waar individuele bewegende pluggen reactanten en reagentia bevatten, die fungeren als minibatchreactoren. Elke stekker in een PFR heeft een iets andere samenstelling en ze mengen zich intern, maar niet met de nabijgelegen stekker ervoor of erachter. In een idealiter gemengde CSR is de productsamenstelling uniform over het gehele volume, terwijl in een PFR de productsamenstelling varieert afhankelijk van de positie in de buisreactor. Elk type reactor heeft zijn eigen voor- en nadelen in vergelijking met de andere.
Hoewel een CSTR aanzienlijke hoeveelheden product per tijdseenheid kan produceren en gedurende langere perioden kan werken, is het misschien niet de beste keuze voor reacties met een langzame kinetiek. In dergelijke gevallen hebben batchreactoren doorgaans de voorkeur voor synthese.
Plug-flowreactoren zijn over het algemeen ruimte-efficiënter en hebben hogere conversieratio's in vergelijking met andere soorten reactoren. Ze zijn echter niet geschikt voor zeer exotherme reacties, omdat het een uitdaging kan zijn om plotselinge temperatuurstijgingen onder controle te houden. Bovendien brengen PFR's doorgaans hogere bedrijfs- en onderhoudskosten met zich mee dan CSTR's.
Voordelen van CSTR ten opzichte van PFR
- Temperatuurregeling is eenvoudig te handhaven
- Het gedrag van CSTR is goed bekend, onder meer bij het mengen (vermogen om vaste stoffen en slurries te verwerken), reactiecalorimetrie, doseringsopties en chemische kinetiek
- Minder duur en gemakkelijker te bouwen dan speciale speciale stroomsystemen
- Het inwendige van de reactor is toegankelijk voor procesanalysetechnologie (PAT)
- Meerdere units kunnen eenvoudig worden samengevoegd voor cascadewerking of integratie in complexere stromingssystemen met PFR, enz.
Groene chemie bevorderen
Bekijk onze volledige lijst met groene en duurzame chemische bronnen, inclusief casestudy's en voorbeelden uit de industrie. Deze white paper laat zien hoe de informatie van de geavanceerde technologie van METTLER TOLEDO helpt bij het ondersteunen van groene en duurzame chemie bij het onderzoek, de ontwikkeling en de productie van farmaceutische, chemische en polymeermoleculen en -producten
Optimalisatie van CSTR-prestaties
CSTR verblijftijdverdeling (RTD)
Residence time distribution (RTD), of verblijftijdverdeling, beschrijft de tijd dat een vloeistofcomponent in een systeem of een reactor blijft. De verblijftijd van CSTR heeft betrekking op de tijd die reactanten in de reactor doorbrengen voordat ze deze verlaten.
Inzicht in de verblijftijdverdeling van een CSTR is van cruciaal belang bij het ontwerpen en optimaliseren van reactoren voor chemische reacties. Het helpt bij het evalueren van de efficiëntie van de reactor en de duur die nodig is om een volledige reactie te bereiken. Afwijking van de idealiteit kan het gevolg zijn van het kanaliseren van vloeistof door het vat, het recyclen van vloeistof in het vat of de aanwezigheid van slecht gemengde of stationaire gebieden in het vat. Als gevolg hiervan wordt een kansverdelingsfunctie, RTD, gebruikt om de hoeveelheid tijd te beschrijven dat een eindig deel van de vloeistof zich in de reactor bevindt. Dit helpt om de meng- en stromingskarakteristieken in de reactor te karakteriseren en om het gedrag van de reactor te vergelijken met ideale modellen. Een cascade van CSTR's vertoont bijvoorbeeld een strakkere verblijftijd en reactieresolutie naarmate het aantal reactoren toeneemt in de cascade-opstelling.
De verblijftijdverdeling van een vloeistof in een vat kan experimenteel worden bepaald door toevoeging van een niet-reactieve tracerstof aan de systeeminlaat. De concentratie van deze tracer wordt gevarieerd door een bekende functie en de algemene stroomomstandigheden in het vat worden bepaald door de concentratie van de tracer in het effluent van het vat te volgen.
Modellering voor groenere chemie
Groene en duurzame chemie is een groeiende trend in de farmaceutische en fijnchemische industrie. Deze benadering van chemie heeft tot doel de milieu-impact van chemische processen te minimaliseren door afval en energieverbruik te verminderen, hernieuwbare bronnen te gebruiken en processen te ontwerpen die veilig en efficiënt zijn.
Door gebruik te maken van modelleringssoftware kunnen wetenschappers en ingenieurs voorspellen hoe chemische reacties zich onder verschillende omstandigheden zullen gedragen, reactieomstandigheden optimaliseren om afval en energieverbruik te verminderen, en processen ontwerpen die veiliger en efficiënter zijn. Evaluaties van batch-versus-flowchemie kunnen bijvoorbeeld snel worden uitgevoerd, of het bepalen van CSTR's die de beste prestaties opleveren. Continue processen kunnen duurzamer zijn dan batch-, om redenen zoals een lager volume, minder gebruik van oplosmiddelen en kortere reinigingscycli.
Modellering en simulatie van chemische reacties zijn bijzonder geschikt om initiatieven op het gebied van groene chemie te ondersteunen. De geavanceerde modelleringsmogelijkheden van Scale-up Suite stellen gebruikers in staat om complexe chemische reacties nauwkeurig te simuleren, inclusief reacties in meerdere stappen, en procesparameters zoals temperatuur, druk en reactantconcentraties te optimaliseren om verspilling te minimaliseren en de opbrengst te maximaliseren.
Scale-up Suite™ heeft ook functies waarmee gebruikers de milieu-impact van hun processen kunnen beoordelen, zoals het berekenen van de koolstofvoetafdruk of het energieverbruik van een bepaalde reactie. Deze informatie kan gebruikers helpen weloverwogen beslissingen te nemen over procesontwerp en kansen te identificeren om hun processen duurzamer te maken.
CSTR en Proces Analytische Technologie (PAT)
Geautomatiseerde chemische reactoren op laboratoriumschaal kunnen helpen bij het omzetten van batch- naar CSTR-operatie.
- Parallelle synthesereactoren zoals EasyMax hebben meerdere goed gecontroleerde onafhankelijke reactoren die afzonderlijk of samen als CSTR's kunnen worden gebruikt
- Synthesereactoren en reactorbesturingssystemen kunnen werken als enkele CSTR-systemen of koppelen aan andere reactoren die vanaf dezelfde pc worden bestuurd
- Voor kristallisaties of meerfasige reacties kan drukverschil worden gebruikt om slurries over te brengen
Procesanalytische technologie is van onschatbare waarde om de steady state bewaakt en goed gecontroleerd te houden.
- FTIR-spectroscopie en Raman-spectroscopie bieden real-time meting van kritische reactiesoorten.
- Bij continue kristallisaties kunnen FTIR-spectrometers bijvoorbeeld de steady-state-concentratie van een of meer belangrijke opgeloste stoffen meten en presenteren.
- Raman-spectrometers meten en bewaken de ontwikkeling van kristalvormen als functie van de tijd
- ParticleTrack maakt gebruik van Focused Beam Reflectance Measurement (FBRM) om de belangrijkste kristallisatieparameters te bewaken, waaronder de verdeling van de deeltjesgrootte en de lengte van de koorde
- pH- en O₂-sondes bewaken continu de omstandigheden in CSTR - indien nodig
Hulp nodig bij uw aanvraag?
Onze experts staan klaar om u te helpen
Heeft u vragen of hulp nodig bij uw technische toepassing, dan staat ons team van Technical Application Consultants klaar om u in de juiste richting te begeleiden.
Industriële toepassingen
Continu proces voor veilige productie van diazomethaan
ReactIR bewaakt de diazoketonconcentratie en wordt gebruikt voor RTD-bepaling
De auteurs rapporteren de ontwikkeling van een diazomethaangenerator bestaande uit een CSTR-cascade met interne membraanscheidingstechnologie. Ze gebruikten deze technologie in een driestaps, telescopische synthese van een chiraal α-chloroketon - een belangrijke intermediaire verbinding in de synthese van HIV-proteaseremmers. Een spoelreactor werd gebruikt om een gemengd anhydride te genereren dat in de CSTR-diazomethaancascade werd geleid. Het teflonmembraan maakte diffusie van het diazomethaan in de CSTR mogelijk, waar het reageerde met het anhydride om het overeenkomstige diazoketon te vormen. Het diazoketon werd vervolgens omgezet in het α-chloorketon door reactie met HCl in een batchreactor.
ReactIR-metingen werden gebruikt om de vorming van de intermediaire diazoketonverbinding te volgen (2107 cm-1 piek) en ook om experimenteel de verblijftijdverdeling voor het systeem te bepalen door de tracerstof te volgen. Het tracer-experiment dat door ReactIR werd gemonitord, stelde vast dat vijf reactorvolumes van de tweede CSTR in de cascade nodig waren om de stabiele toestand te bereiken, wat overeenkomt met een opstarttijd van 6 uur.
Wernik, M., Poechlauer, P., Schmoelzer, C., Dallinger, D., & Kappe, C. O. (2019). Ontwerp en optimalisatie van een cascade van een continu geroerde tankreactor voor de productie van diazomethaan op basis van membranen: synthese van α-chloorketonen. Onderzoek en ontwikkeling van organische processen, 23 (7), 1359-1368. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00115
Geautomatiseerd Suzuki-koppelingssysteem met intermitterende stroom met bijbehorende stroomafwaartse bewerkingen
OptiMax gebruikt als MSMPR-reactievaten bij continue kristallisatie
De auteurs rapporteren de ontwikkeling van een systeem om een volledig geautomatiseerde intermitterende vloeistof-vloeistof Suzuki-koppeling mogelijk te maken, evenals batchmetaalbehandeling en continue kristallisatie. Met betrekking tot de continue kristallisatie werden OptiMax-reactoren in serie gebruikt als Multistage Mixed Suspension and Mixed Product Removal (MSMPR)-vaten die de kristallisatie van antisolventen bij omgevingstemperatuur aandrijven.
Deze MSMPR-vaten fungeren als CSTR's die een slurry produceren en overbrengen die kristallen van het product bevat. De auteurs melden dat de nominale verblijftijd in de kristallisatoren werd berekend door het vulvolume van de kristallisatoren gedeeld door het totale debiet van inkomende voedingen. PAT, inclusief ParticleTrack met FBRM en verzwakte totale reflectie (ATR), werd gebruikt bij het meten van de continue kristallisatie.
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). Een geautomatiseerde intermitterende stroombenadering voor continue Suzuki-koppeling. Onderzoek en ontwikkeling van organische processen, 20 (4), 820-830. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00030
PFR-CSTR-cascade voor continue reactieve kristallisatie
ReactIR en ParticleTrack geven PAT informatie en feedback
De auteurs rapporteren de ontwikkeling van een gecombineerd PFR-CSTR cascade flow reactorsysteem dat inline FTIR - en FBRM-sensoren als procesanalytische technologie bevatte. Dit systeem werd gebruikt om verschillende continue reactieve kristallisaties te onderzoeken, waarbij de kristalmorfologie, de kristalgrootteverdeling, reactie- en kristallisatieopbrengsten en oververzadigingsniveaus werden bepaald. De verblijfstijdverdeling (RTD) voor de PFR-, CSTR-cascade en PFR-CSTR-cascade werd gemeten en toonde aan dat de gecombineerde PFR-CSTR-cascade een iets langere RTD had dan die van de CSTR-cascade alleen. Voor de reactieve kristallisatie werd een hoger rendement verkregen voor het PFR-CSTR-cascadesysteem als gevolg van de smallere RTD van de PFR, waardoor zowel niet-gereageerd materiaal als de vorming van onzuiverheden tot een minimum werden beperkt.
ReactIR - en ParticleTrack-sondes maten de reactantconcentratie en de lengte van de kristalkoorde tijdens het reactieve kristallisatieproces. De reactantconcentraties in de moedervloeistof gemeten door ReactIR kwamen goed overeen met de HPLC-resultaten (voorspellingsfout < 0,17%). ParticleTrack-metingen toonden een relatief stabiele koordlengte van ~ 150 μm.
Hu, C., Shores, B. T., Derech, RA, Testa, CJ, Hermant, P., Wu, W., Shvedova, K., Ramnath, A., Al Ismaili, L. Q., Su, Q., zeggende, R., Born, SC, Takizawa, B., O'Connor, TF, Yang, X., Ramanujam, S., & Mascia, S. (2020). Continue reactieve kristallisatie van een API in PFR-CSTR cascade met in-line PAT's. Reactie Chemie & Engineering, 5 (10), 1950-1962. https://doi.org/10.1039/d0re00216j
Gerelateerde bronnen
Citaten en referenties
Continu geroerde tankreactoren in tijdschriftpublicaties
- Glace, M., Wu, W., Kraus, H., Acevedo, D., Roper, T. D., & Mohammad, A. (2023). Ontwikkeling van een continu syntheseproces voor carbamazepine met behulp van gevalideerde in-line Raman-spectroscopie en kinetische modellering voor verstoringssimulatie. Reactie Chemie en Engineering. https://doi.org/10.1039/d2re00476c
- Copelli, S., Petrucci, NB, Florit, F., & Barozzi, M. (2022). Het verhogen van de veiligheid door het verschuiven van semi-batch polymerisaties naar semi-continue productie. DOAJ (DOAJ: Directory of Open Access Journals). https://doi.org/10.3303/cet2290101
- Muir, R., G, B. J., Pearsall, A., Jorgensen, M. J., Sims, B., Yonoski, K., Mehta, N., & Salan, J. S. (2021). Ontwikkeling van een veilig continu proces om natriumnitrotetrazolaat via vaste fase "catch and release". Onderzoek en ontwikkeling van organische processen, 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., & Ljubicic, T. (2022). Procesanalysetechnologie (PAT): toepassingen voor flowprocessen voor de ontwikkeling van actieve farmaceutische ingrediënten (API's). Reactiechemie en techniek, 7 (6), 1419-1428. https://doi.org/10.1039/d2re00004k
- Ahmed, B., Brown, C., McGlone, T., Bowering, D., Sefcik, J., & Florence, A.J. (2019). Engineering van paracetamoldeeltjesattributen met behulp van een natgemalen kristallisatieplatform. Internationaal tijdschrift voor farmaceutica, 554, 201-211. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2018.10.073
- Copelli, S., Barozzi, M., Petrucci, N., & Moreno, V. C. (2019). Modellering en procesoptimalisatie van een full-scale emulsiepolymerisatiereactor. Tijdschrift voor chemische technologie, 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., & Bartels, W. (2020b). Veilige opschaling van een zuurstofafgevende splitsing van Evans-oxazolidinon met waterstofperoxide. Onderzoek en ontwikkeling van organische processen, 24(2), 172-182. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00462
- Hu, C., Shores, B. T., Derech, RA, Testa, CJ, Hermant, P., Wu, W., Shvedova, K., Ramnath, A., Ismaili, L. Q. A., Su, Q., zeggen, R., Born, SC, Takizawa, B., O'Connor, TG, Yang, X., Ramanujam, S., & Mascia, S. (2020). Continue reactieve kristallisatie van een API in PFR-CSTR cascade met in-line PAT's. Reactiechemie en techniek, 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., & Boodhoo, K. (2019). Procesintensificatiestrategieën en duurzaamheidsanalyse voor amidatieverwerking in de farmaceutische industrie. 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). Ontwerp en optimalisatie van een cascade van een continu geroerde tankreactor voor de productie van diazomethaan op basis van membranen: synthese van α-chloorketonen. Onderzoek en ontwikkeling van organische processen, 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). Continue kristallisatie van paracetamol (paracetamol) vorm II: selectieve toegang tot een gemetastabiele vaste vorm. Kristalgroei en -ontwerp, 17 (5), 2418-2427. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.6b01831
- Guinand, C. I., Dabros, M., Meyer, T., & Stoessel, F. (2017). Onderzoek naar reactordynamica op basis van calorimetrische gegevens. Canadees tijdschrift voor chemische technologie. 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, CN (2017). Risicooverwegingen bij het ontwikkelen van een continu kristallisatiesysteem voor carbamazepine. Onderzoek en ontwikkeling van organische processen, 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., & Rosemeyer, M. (2016). Een geautomatiseerde intermitterende stroombenadering voor continue Suzuki-koppeling. Onderzoek en ontwikkeling van organische processen, 20 (4), 820-830. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00030
- Yang, Y., Song, L., & Nagy, Z. K. (2015). Geautomatiseerde directe kiemcontrole in continue gemengde suspensie, verwijdering van gemengd product, koelkristallisatie. Kristalgroei en -ontwerp, 15 (12), 5839-5848. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.5b01219
- Rudniak, L., Machniewski, P., Milewska, A., & Molga, E. (2004). CFD-modellering van chemische reactoren met geroerde tanks: homogene en heterogene reactiesystemen. Chemische Ingenieurswetenschappen, 59 (22-23), 5233-5239. https://doi.org/10.1016/j.ces.2004.09.014
VEELGESTELDE VRAGEN
FAQs
Wat is een CSTR? Hoe werkt een CSTR?
Een continu geroerde tankreactor (CSTR) is een container die wordt gebruikt voor chemische reacties. Het zorgt ervoor dat de stoffen die nodig zijn voor de reactie naar binnen stromen, terwijl de producten tegelijkertijd naar buiten stromen. Dit maakt het een geweldig hulpmiddel om continu chemicaliën te maken. De CSTR-reactor mengt de stoffen goed en werkt consistent onder stabiele omstandigheden. Meestal is het mengsel dat eruit komt hetzelfde als wat erin zit, wat afhangt van hoe lang de stoffen in de container zitten en hoe snel de reactie plaatsvindt.
In bepaalde gevallen, wanneer een reactie te traag is of wanneer er twee verschillende vloeistoffen aanwezig zijn die een hoge roersnelheid vereisen, kunnen verschillende CSTR's met elkaar worden verbonden om een cascade te creëren. Een CSTR gaat uit van een ideale backmixing, wat het tegenovergestelde is van een plugstroomreactor (PFR).
Is een CSTR een batchreactor?
Nee, een CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) is geen batchreactor. Het belangrijkste verschil tussen een CSTR en een batchreactor is dat een CSTR een continustroomreactor is waarbij reactanten continu in de reactor worden gevoerd en producten continu worden verwijderd, terwijl in een batchreactor een vaste hoeveelheid reactanten aan de reactor wordt toegevoegd en mag reageren totdat de reactie is voltooid voordat de producten worden verwijderd.
In een CSR worden de reactanten continu gemengd met behulp van een roerwerk of roerder, wat ervoor zorgt dat het reactiemengsel homogeen en goed gemengd is.
CSTR's worden vaak gebruikt in grootschalige industriële processen waar een continue toevoer van reactanten vereist is om aan de productie-eisen te voldoen. Batchreactoren daarentegen worden vaker gebruikt in experimenten op laboratoriumschaal, waar kleinere hoeveelheden reactanten nodig zijn voor testen en analyse en bij de productie van kleinere hoeveelheden geneesmiddelen, landbouwchemicaliën en speciale chemicaliën.
Wat is het verschil tussen een CSTR-reactor en PFR?
PFR (Plug Flow Reactor) en CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) zijn twee veel voorkomende soorten chemische reactoren die worden gebruikt in industriële en laboratoriumomgevingen. De belangrijkste verschillen tussen deze twee reactoren zijn de manier waarop ze werken en hun toepassingen.
- PFR werkt door reactanten door een lange buis of kanaal te leiden, waar ze zich mengen en reageren terwijl ze door de reactor bewegen. In een PFR moeten de reactieomstandigheden, zoals temperatuur en druk, nauwkeurig worden geregeld over de lengte van de buis. De productstroom van een PFR is continu en de conversieratio van reactanten is doorgaans hoog. PFR's worden vaak gebruikt voor grootschalige, continue productie van chemicaliën en petrochemicaliën.
- CSTR is een goed gemengde reactor die continu reactanten in een tank of vat roert. In een CSR zijn de reactieomstandigheden uniform in de hele reactor en wordt de reactiesnelheid bepaald door de stroomsnelheid van reactanten in en uit de tank. CSTR's worden vaak gebruikt voor homogene en heterogene reacties die een hoge mate van vermenging en een relatief korte verblijftijd vereisen.
Over het algemeen hangt de keuze tussen een PFR en CSTR af van de specifieke reactie die wordt uitgevoerd en het gewenste productieresultaat. Laboratoriumgegevens van hoge kwaliteit zijn van onschatbare waarde voor reactiekarakterisering en procesmodellering kan worden gebruikt om de reactorselectie te ondersteunen. Meer informatie over CSTR versus PFR.
Wat zijn de voordelen van CSTR ten opzichte van PFR?
Of continue stroom (CSTR) of PFR (plugstroom) beter is voor een bepaalde toepassing, hangt af van de specifieke reactie die wordt uitgevoerd en het gewenste resultaat. Over het algemeen hebben CSTR's echter om verschillende redenen vaak de voorkeur boven PFR's:
- Goed mengen: CSTR's zorgen voor een goede menging van reactanten, met name slurry's, wat helpt om een uniforme reactiesnelheid te behouden en gelokaliseerde hotspots of dode zones te voorkomen. Daarentegen kunnen PFR's soms leiden tot gradiënten in temperatuur, concentratie of stroomsnelheid, wat de reactie-efficiëntie kan beïnvloeden.
- Flexibiliteit: CSTR's zijn zeer flexibel en kunnen gemakkelijk worden aangepast aan verschillende reactieomstandigheden of volumes. Zo kan de verblijftijd eenvoudig worden aangepast door het debiet te wijzigen en kan de reactor worden op- of afgeschaald, afhankelijk van de productiebehoeften.
- Kortere reactietijd: CSTR's kunnen vaak een hoge conversieratio bereiken in een relatief korte verblijftijd, aangezien de reactanten goed gemengd zijn en de reactieomstandigheden uniform zijn. Dit kan leiden tot snellere reactietijden en hogere productiesnelheden.
- Lagere kosten: CSTR's zijn over het algemeen eenvoudiger en goedkoper te bouwen en te bedienen dan PFR's, omdat ze geen lange, gespecialiseerde buizen en bijbehorende apparatuur vereisen.
Over het algemeen hangt de keuze tussen een CSTR en een PFR af van de specifieke behoeften van de reactie die wordt uitgevoerd, en beide reactoren hebben hun voor- en nadelen. CSTR's hebben echter vaak de voorkeur vanwege hun flexibiliteit, goede menging en het vermogen om hoge conversieratio's te behalen in een korte verblijftijd.