- Vsádkový reaktor vs CSTR
- Návrh CSTR
- PFR vs CSTR
- Výhody a nevýhody
- Distribuce doby setrvání v CSTR (RTD)
- Modelování a simulace CSTR
- Integrace PAT
- Průmyslové aplikace
- Citace a odkazy
- Nejčastější dotazy
Co je to kontinuální míchaný reaktor?
Kontinuální míchaný tankový reaktor (CSTR) je reakční nádoba, ve které činidla, reaktanty a rozpouštědla proudí do reaktoru, zatímco produkty reakce současně opouštějí nádobu. Tímto způsobem je tankový reaktor považován za cenný nástroj pro kontinuální chemické zpracování.
Reaktory CSTR jsou známé svým účinným mícháním a stabilním, rovnoměrným výkonem v ustálených podmínkách. Výstupní složení je obvykle stejné jako materiál uvnitř reaktoru, což závisí na době zdržení a rychlosti reakce.
V situacích, kdy je reakce příliš pomalá, když dvě nemísitelné nebo viskózní kapaliny vyžadují vysokou rychlost míchání nebo když je požadováno chování toku zátky, může být více reaktorů propojeno dohromady a vytvořit kaskádu CSTR.
CSTR předpokládá ideální scénář zpětného míchání, který je přesným opakem reaktoru s pístovým tokem (PFR).
Rychlé odkazy
CSTR vs vs. vs. vs
Obecně lze reaktory klasifikovat jako kontinuální (obr. 1) nebo dávkové reaktory (obr. 2). CSTR jsou obvykle menší velikosti a umožňují bezproblémové přidávání reaktantů a činidel, zatímco produkt může vytékat nepřetržitě bez přerušení.
Naproti tomu dávkový reaktor je chemický reaktor, který zahrnuje přidání pevného množství reaktantů do reaktorové nádoby, po kterém následuje reakční proces, dokud se nezíská požadovaný produkt. Na rozdíl od kontinuálního reaktoru se reaktanty nepřidávají kontinuálně a produkty se neodstraňují kontinuálně. Kromě toho nejsou vsádkové reaktory tak rovnoměrně promíchány a teplotní a tlakové podmínky se mohou během reakce měnit.
CSTR mají jedinečnou schopnost zvládat vyšší koncentrace reaktantů a také energetičtější reakce díky svým vynikajícím vlastnostem přenosu tepla ve srovnání se vsádkovými reaktory. Tímto způsobem je CSTR považován za nástroj podporující průtokovou chemii.
Návrh a provoz CSTR
Kontinuální míchané reaktory (CSTR) se skládají z:
- Tankový reaktor
- Míchací systém pro míchání reaktantů (oběžné kolo nebo rychle proudící zavádění reaktantů)
- Přívodní a výstupní potrubí pro zavádění reaktantů a odstraňování produktů
CSTR se nejčastěji používají v průmyslovém zpracování, především v homogenních tokových reakcích v kapalné fázi, kde je vyžadováno neustálé míchání. Používají se však také ve farmaceutickém průmyslu a pro biologické procesy, jako jsou buněčné kultury a fermentory.
CSTR lze použít v kaskádové aplikaci (obr. 3) nebo samostatně (obr. 1).
CSTR a PFR
Jaký je rozdíl mezi CSTR a PFR (reaktor s pístovým tokem)?
CSTR (obr. 1) a PFR (obr. 4) se používají v kontinuální průtokové chemii. CSTR a PFR mohou fungovat buď jako samostatné reakční systémy, nebo mohou být kombinovány tak, aby tvořily součást procesu kontinuálního toku. Míchání je zásadním aspektem CSTR, zatímco PFR jsou navrženy jako trubkové reaktory, kde jednotlivé pohyblivé zátky obsahují reaktanty a činidla, které fungují jako minidávkové reaktory. Každá zástrčka v PFR má mírně odlišné složení a vnitřně se mísí, ale ne s blízkou zástrčkou před nebo za ní. V ideálně namíchaném CSTR je složení produktu rovnoměrné v celém objemu, zatímco v PFR se složení produktu mění v závislosti na jeho poloze v trubkovém reaktoru. Každý typ reaktoru má ve srovnání s ostatními své vlastní výhody a nevýhody.
I když CSTR může produkovat značné množství produktu za jednotku času a může pracovat po delší dobu, nemusí být nejlepší volbou pro reakce s pomalou kinetikou. V takových případech jsou dávkové reaktory obvykle preferovanou možností syntézy.
Reaktory s pístovým tokem jsou obecně prostorově efektivnější a mají vyšší konverzní poměry ve srovnání s jinými typy reaktorů. Nejsou však vhodné pro vysoce exotermické reakce, protože může být náročné kontrolovat náhlé teplotní rázy. Kromě toho PFR obvykle znamenají vyšší náklady na provoz a údržbu než CSTR.
Výhody CSTR oproti PFR
- Regulace teploty se snadno udržuje
- Chování CSTR je dobře pochopeno, včetně míchání (schopnost zpracovávat pevné látky a kaly), reakční kalorimetrie, možností dávkování a chemické kinetiky
- Levnější a jednodušší konstrukce než specializované systémy pro měření průtoku
- Vnitřek reaktoru je přístupný pro procesní analytickou technologii (PAT)
- Více jednotek lze snadno spojit pro kaskádový provoz nebo integraci do složitějších průtokových systémů s PFR atd.
Pokrok v zelené chemii
Podívejte se na náš úplný seznam zdrojů o zelené a udržitelné chemii, včetně případových studií a příkladů z oboru. Tato bílá kniha ukazuje, jak informace poskytované pokročilými technologiemi společnosti METTLER TOLEDO pomáhají podporovat ekologickou a udržitelnou chemii při výzkumu, vývoji a výrobě farmaceutických, chemických a polymerních molekul a produktů
Optimalizace výkonnosti CSTR
Distribuce doby setrvání v CSTR (RTD)
Rozdělení doby zdržení (RTD) popisuje dobu, po kterou kapalinová složka zůstává v systému nebo reaktoru. Doba zdržení CSTR se vztahuje k době, kterou reaktanty stráví v reaktoru, než jej opustí.
Pochopení rozložení doby zdržení CSTR je zásadní při navrhování a optimalizaci reaktorů pro chemické reakce. Pomáhá při hodnocení účinnosti reaktoru a doby potřebné k dosažení úplné reakce. Odchylka od ideálnosti může být způsobena vedením tekutiny nádobou, recyklací tekutiny v nádobě nebo přítomností špatně promíchaných nebo stacionárních oblastí v nádobě. V důsledku toho se funkce rozdělení pravděpodobnosti, RTD, používá k popisu doby, po kterou se jakákoli konečná část tekutiny nachází v reaktoru. To pomáhá charakterizovat směšovací a průtokové charakteristiky v reaktoru a porovnat chování reaktoru s ideálními modely. Například kaskáda CSTR vykazuje kratší dobu zdržení a rozlišení reakce, protože počet reaktorů se zvyšuje v kaskádovém uspořádání.
Rozložení doby zdržení tekutiny v nádobě lze experimentálně určit přidáním nereaktivní stopovací látky do vstupu do systému. Koncentrace této indikátorové látky se mění podle známé funkce a celkové průtokové podmínky v nádobě se určují sledováním koncentrace indikátoru v odtoku z nádoby.
Modelování pro ekologičtější chemii
Zelená a udržitelná chemie je rostoucím trendem ve farmaceutickém a chemickém průmyslu. Cílem tohoto přístupu k chemii je minimalizovat dopad chemických procesů na životní prostředí snižováním spotřeby odpadu a energie, využíváním obnovitelných zdrojů a navrhováním procesů, které jsou bezpečné a účinné.
Pomocí modelovacího softwaru mohou vědci a inženýři předpovídat, jak se budou chemické reakce chovat za různých podmínek, optimalizovat reakční podmínky, aby se snížil odpad a spotřeba energie, a navrhovat procesy, které jsou bezpečnější a efektivnější. Například lze rychle provést vyhodnocení vsázkové versus průtokové chemie nebo určit velikost CSTR pro nejlepší výkon. Kontinuální procesy mohou být udržitelnější než dávkové, z důvodů, jako je nižší objem, menší spotřeba rozpouštědel a zkrácení čisticích cyklů.
Modelování a simulace chemických reakcí jsou zvláště vhodné pro podporu iniciativ v oblasti zelené chemie. Pokročilé možnosti modelování Scale-up Suite umožňují uživatelům přesně simulovat složité chemické reakce, včetně vícestupňových reakcí, a optimalizovat parametry procesu, jako je teplota, tlak a koncentrace reaktantů, aby se minimalizovalo plýtvání a maximalizoval výtěžek.
Scale-up Suite™ má také funkce, které uživatelům umožňují posoudit dopad jejich procesů na životní prostředí, jako je výpočet uhlíkové stopy nebo spotřeby energie dané reakce. Tyto informace mohou uživatelům pomoci činit informovaná rozhodnutí o návrhu procesů a identifikovat příležitosti, jak učinit své procesy udržitelnějšími.
CSTR a procesní analytická technologie (PAT)
Automatizované chemické reaktory v laboratorním měřítku mohou pomoci přejít z dávkového na CSTR provoz.
- Reaktory s paralelní syntézou, jako je EasyMax , mají několik dobře řízených nezávislých reaktorů, které lze použít jednotlivě nebo společně jako CSTR
- Syntézní reaktory a řídicí systémy reaktorů mohou fungovat jako samostatné systémy CSTR nebo mohou být připojeny k jiným reaktorům řízeným ze stejného počítače
- Pro krystalizace nebo vícefázové reakce lze k přenosu suspenzí použít tlakový rozdíl
Procesní analytická technologie je neocenitelná při udržování stabilního stavu monitorovaného a dobře kontrolovaného.
- FTIR spektroskopie a Ramanova spektroskopie poskytují měření kritických reakčních druhů v reálném čase.
- Například při kontinuálních krystalizacích mohou FTIR spektrometry měřit a prezentovat koncentraci jedné nebo více klíčových rozpuštěných látek v ustáleném stavu.
- Ramanovy spektrometry měří a monitorují vývoj krystalové formy jako funkci času
- ParticleTrack využívá měření odrazivosti zaostřeného paprsku (FBRM) ke sledování klíčových parametrů krystalizace, včetně distribuce velikosti částic a délky tětivy
- pH a O₂ sondy kontinuálně monitorují podmínky v CSTR - podle potřeby
Potřebujete pomoci s vaší žádostí?
Naši odborníci jsou připraveni vám pomoci
Máte-li dotazy nebo potřebujete pomoc s vaší technickou aplikací, náš tým technických aplikačních konzultantů je připraven vás nasměrovat správným směrem.
Průmyslové aplikace
Kontinuální proces pro bezpečnou výrobu diazomethanu
ReactIR monitoruje koncentraci diazoketonu a používá se pro stanovení RTD
Autoři referují o vývoji generátoru diazomethanu sestávajícího z CSTR kaskády s technologií vnitřní membránové separace. Tuto technologii použili při třístupňové teleskopické syntéze chirálního α-chloroketonu – důležité meziproduktu při syntéze inhibitorů HIV proteázy. Cívkový reaktor byl použit k výrobě směsného anhydridu, který byl veden do diazomethanové kaskády CSTR. Teflonová membrána umožnila difúzi diazomethanu do CSTR, kde reagoval s anhydridem za vzniku odpovídajícího diazoketonu. Diazoketon byl poté přeměněn na α-chloroketon reakcí s HCl ve vsádkovém reaktoru.
Měření pomocí ReactIR byla použita ke sledování tvorby intermediární sloučeniny diazoketonu (sledování píku 2107 cm-1) a také k experimentálnímu určení distribuce doby zdržení v systému sledováním stopovací látky. Stopovací experiment monitorovaný ReactIR určil, že k dosažení ustáleného stavu, což odpovídá době spuštění 6 hodin, bylo zapotřebí pět objemů reaktoru druhého CSTR v kaskádě.
Wernik, M., Poechlauer, P., Schmoelzer, C., Dallinger, D., & Kappe, C. O. (2019). Návrh a optimalizace kaskády kontinuálního míchaného tankového reaktoru pro membránovou výrobu diazomethanu: syntéza α-chloroketonu. Výzkum a vývoj organických procesů, 23(7), 1359–1368. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00115
Automatizovaný spojovací systém Suzuki s přerušovaným průtokem s přidruženými následnými operacemi
OptiMax se používá jako reakční nádobky MSMPR při kontinuální krystalizaci
Autoři informují o vývoji systému, který umožňuje plně automatizovanou spojku kapalina-kapalina s přerušovaným průtokem, stejně jako zvládá dávkové zpracování kovů a kontinuální krystalizaci. S ohledem na kontinuální krystalizaci byly reaktory OptiMax použity v sérii jako vícestupňové nádoby pro směsnou suspenzi a odstraňování směsných produktů (MSMPR), které pohánějí krystalizaci antirozpouštědla při okolní teplotě.
Tyto nádoby MSMPR fungují jako CSTR, které produkují a přenášejí suspenzi obsahující krystaly produktu. Autoři uvádějí, že nominální doba setrvání v krystalizátorech byla vypočtena jako objem náplně krystalizátorů dělený celkovým průtokem vstupních vstupů. Při měření kontinuální krystalizace byl použit PAT, včetně ParticleTrack s FBRM a zeslabenou celkovou odrazivostí (ATR).
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). Automatizovaný přerušovaný průtok pro kontinuální spojování Suzuki. Výzkum a vývoj organických procesů, 20(4), 820–830. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00030
Kaskáda PFR-CSTR pro kontinuální reaktivní krystalizaci
ReactIR a ParticleTrack poskytují informace PAT a zpětnou vazbu
Autoři popisují vývoj kombinovaného systému reaktorů s kaskádovým průtokem PFR-CSTR, který zahrnoval inline senzory FTIR a FBRM jako procesní analytickou technologii. Tento systém byl použit ke zkoumání několika kontinuálních reaktivních krystalizací, které určují morfologii krystalů, distribuci velikosti krystalů, reakční a krystalizační výtěžky a úrovně přesycení. Distribuce doby zdržení (RTD) pro kaskádu PFR, CSTR a kaskádu PFR-CSTR byla měřena a ukázalo se, že kombinovaná kaskáda PFR-CSTR měla o něco delší RTD než samotná kaskáda CSTR. Pro reaktivní krystalizaci byl získán vyšší výtěžek pro kaskádový systém PFR-CSTR v důsledku užšího odporového teploměru PFR, čímž se minimalizoval jak nezreagovaný materiál, tak tvorba nečistot.
Sondy ReactIR a ParticleTrack měřily koncentraci reaktantu a délku struny krystalu během procesu reaktivní krystalizace. Koncentrace reaktantů v matečném louhu naměřené přístrojem ReactIR byly v dobré shodě s výsledky HPLC (chyba predikce < 0,17 %). Měření ParticleTrack odhalilo relativně stabilní délku tětivy ~ 150 μm.
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., říkající, R., Born, S. C., Takizawa, B., O'Connor, T. F., Yang, X., Ramanujam, S., & Mascia, S. (2020). Kontinuální reaktivní krystalizace léčivé látky v PFR-CSTR kaskádě s in-line PATs. Reakční chemie a inženýrství, 5(10), 1950–1962. https://doi.org/10.1039/d0re00216j
Související zdroje
Citace a odkazy
Kontinuální míchané reaktory v časopisech
- Glace, M., Wu, W., Kraus, H., Acevedo, D., Roper, T. D., & Mohammad, A. (2023). Vývoj kontinuálního procesu syntézy karbamazepinu s využitím validované in-line Ramanovy spektroskopie a kinetického modelování pro simulaci poruch. Reakční chemie a inženýrství. https://doi.org/10.1039/d2re00476c
- Copelli, S., Petrucci, N. B., Florit, F., & Barozzi, M. (2022). Zvýšení bezpečnosti přechodem polovsádkových polymerací do polokontinuální výroby. DOAJ (DOAJ: Adresář časopisů s otevřeným přístupem). 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). Vývoj bezpečného kontinuálního procesu s nitrotetrazolátem sodným prostřednictvím pevné fáze "chyť a pusť". Výzkum a vývoj organických procesů, 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). Procesní analytická technologie (PAT): aplikace v průtočných procesech pro vývoj aktivních farmaceutických složek (API). Reakční chemie a inženýrství, 7(6), 1419–1428. https://doi.org/10.1039/d2re00004k
- Ahmed, B., Brown, C., McGlone, T., Bowering, D., Sefcik, J., & Florence, A. J. (2019). Inženýrství vlastností částic paracetamolu pomocí krystalizační platformy pro mokré mletí. Mezinárodní časopis farmacie, 554, 201–211. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2018.10.073
- Copelli, S., Barozzi, M., Petrucci, N., & Moreno, V. C. (2019). Modelování a optimalizace procesů emulzního polymeračního reaktoru v plném rozsahu. Časopis chemického inženýrství, 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). Bezpečné zvětšení štěpení Evansova oxazolidinonu peroxidem vodíku uvolňujícího kyslík. Výzkum a vývoj organických procesů, 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., říkající, R., Born, S. C., Takizawa, B., O'Connor, T. G., Yang, X., Ramanujam, S., & Mascia, S. (2020). Kontinuální reaktivní krystalizace léčivé látky v PFR-CSTR kaskádě s in-line PATs. Reakční chemie a inženýrství, 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). Strategie intenzifikace procesů a analýza udržitelnosti pro zpracování amidace ve farmaceutickém průmyslu. Průmyslový a inženýrský chemický výzkum, 58(11), 4656–4666. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.8b04063
- Wernik, M., Poechlauer, P., Schmoelzer, C., Dallinger, D., & Kappe, C. O. (2019). Návrh a optimalizace kaskády kontinuálního míchaného tankového reaktoru pro membránovou výrobu diazomethanu: syntéza α-chloroketonu. Výzkum a vývoj organických procesů, 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). Kontinuální krystalizace paracetamolu (acetaminofenu) forma II: selektivní přístup k metastabilní pevné formě. Růst krystalů a design, 17(5), 2418–2427. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.6b01831
- Guinand, C. I., Dabros, M., Meyer, T., & Stoessel, F. (2017). Zkoumání dynamiky reaktoru na základě kalorimetrických dat. Kanadský žurnál chemického inženýrství. 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). Úvahy o rizicích při vývoji kontinuálního krystalizačního systému pro karbamazepin. Výzkum a vývoj organických procesů, 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). Automatizovaný přerušovaný průtok pro kontinuální spojování Suzuki. Výzkum a vývoj organických procesů, 20(4), 820–830. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00030
- Yang, Y., Song, L., & Nagy, Z. K. (2015). Automatizovaná přímá kontrola nukleace v kontinuální směsné suspenzi, odstraňování směsných produktů, chlazení, krystalizace. Růst a design krystalů, 15(12), 5839–5848. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.5b01219
- Rudniak, L., Machniewski, P., Milewska, A., & Molga, E. (2004). CFD modelování míchaných chemických reaktorů v nádržích: homogenní a heterogenní reakční systémy. Věda chemického inženýrství, 59(22–23), 5233–5239. https://doi.org/10.1016/j.ces.2004.09.014
Nejčastější dotazy
FAQs
Co je CSTR? Jak CSTR funguje?
Kontinuální míchaný tankový reaktor (CSTR) je nádoba používaná pro chemické reakce. Umožňuje látkám potřebným pro reakci proudit dovnitř, zatímco produkty současně vytékají. To z něj dělá skvělý nástroj pro nepřetržitou výrobu chemikálií. Reaktor CSTR dobře mísí látky a pracuje konzistentně za ustálených podmínek. Směs, která vychází, je obvykle stejná jako to, co je uvnitř, což závisí na tom, jak dlouho jsou látky v nádobě a jak rychle reakce probíhá.
V určitých případech, kdy je reakce příliš pomalá nebo jsou přítomny dvě různé kapaliny vyžadující vysokou rychlost míchání, lze několik CSTR spojit dohromady a vytvořit kaskádu. CSTR předpokládá ideální zpětné míchání, které je opakem pístového reaktoru (PFR).
Je CSTR dávkový reaktor?
Ne, CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) není dávkový reaktor. Hlavní rozdíl mezi CSTR a vsádkovým reaktorem spočívá v tom, že CSTR je reaktor s kontinuálním tokem, kde jsou reaktanty kontinuálně přiváděny do reaktoru a produkty jsou kontinuálně odstraňovány, zatímco ve vsádkovém reaktoru se do reaktoru přidává pevné množství reaktantů a nechá se reagovat, dokud není reakce dokončena, než se produkty odstraní.
V CSTR se reaktanty kontinuálně míchají pomocí míchadla nebo míchadla, což zajišťuje, že reakční směs je homogenní a dobře promíchaná.
CSTR se často používají ve velkých průmyslových procesech, kde je pro splnění výrobních požadavků vyžadována nepřetržitá dodávka reaktantů. Na druhé straně se vsádkové reaktory běžněji používají v laboratorních experimentech, kde je pro testování a analýzu vyžadováno menší množství reaktantů, a při výrobě léčiv, agrochemikálií a speciálních chemikálií v menším objemu.
Jaký je rozdíl mezi reaktorem CSTR a PFR?
PFR (Plug Flow Reactor) a CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) jsou dva běžné typy chemických reaktorů používaných v průmyslovém a laboratorním prostředí. Hlavní rozdíly mezi těmito dvěma reaktory spočívají ve způsobu jejich provozu a jejich aplikacích.
- PFR funguje tak, že prochází reaktanty dlouhou trubicí nebo kanálem, kde se mísí a reagují při pohybu reaktorem. V PFR by měly být reakční podmínky, jako je teplota a tlak, přesně řízeny po celé délce trubice. Tok produktu z PFR je kontinuální a rychlost konverze reaktantů je obvykle vysoká. PFR se často používají pro velkokapacitní, kontinuální výrobu chemikálií a petrochemikálií.
- CSTR je dobře promíchaný reaktor, který kontinuálně míchá reaktanty v nádrži nebo nádobě. V CSTR jsou reakční podmínky v celém reaktoru rovnoměrné a rychlost reakce je určena průtokem reaktantů do a z nádrže. CSTR se běžně používají pro homogenní a heterogenní reakce, které vyžadují vysoký stupeň promíchání a relativně krátkou dobu zdržení.
Celkově volba mezi PFR a CSTR závisí na konkrétní prováděné reakci a požadovaném výsledku výroby. Vysoce kvalitní laboratorní data jsou neocenitelná pro charakterizaci reakcí a modelování procesů lze použít jako pomůcku při výběru reaktoru. Další informace o CSTR a PFR.
Jaké jsou výhody CSTR oproti PFR?
Zda je pro konkrétní aplikaci lepší kontinuální průtok (CSTR) nebo PFR (plug flow), závisí na konkrétní prováděné reakci a požadovaném výsledku. Obecně jsou však CSTR často upřednostňovány před PFR, a to z několika důvodů:
- Dobré míchání: CSTR poskytují dobré promíchání reaktantů, zejména suspenzí, což pomáhá udržovat rovnoměrnou rychlost reakce a zabraňuje lokalizovaným horkým místům nebo mrtvým zónám. Naproti tomu PFR mohou někdy vést k gradientům teploty, koncentrace nebo průtoku, což může ovlivnit účinnost reakce.
- Flexibilita: CSTR jsou vysoce flexibilní a lze je snadno přizpůsobit různým reakčním podmínkám nebo objemům. Například dobu zdržení lze snadno upravit změnou průtoku a reaktor lze zvětšit nebo zmenšit v závislosti na potřebách výroby.
- Zkrácená reakční doba: CSTR mohou často dosáhnout vysoké míry konverze v relativně krátké době zdržení, protože reaktanty jsou dobře promíchány a reakční podmínky jsou jednotné. To může vést k rychlejším reakčním dobám a vyšší rychlosti výroby.
- Nižší náklady: CSTR jsou obecně jednodušší a levnější na konstrukci a provoz než PFR, protože nevyžadují dlouhé, specializované hadice a související vybavení.
Celkově volba mezi CSTR a PFR závisí na konkrétních potřebách prováděné reakce a oba reaktory mají své výhody a nevýhody. CSTR jsou však často upřednostňovány pro svou flexibilitu, dobré míchání a schopnost dosáhnout vysokých konverzních poměrů v krátké době zdržení.