- مفاعل الدفعات مقابل CSTR
- تصميم CSTR
- PFR مقابل CSTR
- المميزات والعيوب
- توزيع وقت الإقامة CSTR (RTD)
- نمذجة ومحاكاة CSTRs
- تكامل PAT
- تطبيقات الصناعة
- الاستشهادات والمراجع
- الأسئلة الشائعة
ما هو مفاعل خزان التحريك المستمر؟
مفاعل خزان التحريك المستمر (CSTR) هو وعاء تفاعل تتدفق فيه الكواشف والمواد المتفاعلة والمذيبات إلى المفاعل بينما تخرج منتجات التفاعل من الوعاء في نفس الوقت. وبهذه الطريقة ، يعتبر مفاعل الخزان أداة قيمة للمعالجة الكيميائية المستمرة.
تشتهر مفاعلات CSTR بخلطها الفعال وأدائها المستقر والموحد في ظل ظروف الحالة المستقرة. عادة ما يكون تكوين الإخراج هو نفس المادة الموجودة داخل المفاعل ، والتي تعتمد على وقت الإقامة ومعدل التفاعل.
في الحالات التي يكون فيها التفاعل بطيئا جدا ، عندما يتطلب سائلان غير قابلين للامتزاج أو لزج معدل إثارة مرتفع ، أو عندما يكون سلوك تدفق القابس مطلوبا ، يمكن ربط مفاعلات متعددة معا لإنشاء سلسلة CSTR.
يفترض CSTR سيناريو خلط عكسي مثالي ، وهو عكس مفاعل تدفق القابس (PFR) تماما.
روابط سريعة
CSTR مقابل مفاعل الدفعات
بشكل عام ، يمكن تصنيف المفاعلات إما على أنها مفاعلات مستمرة (الشكل 1) أو مفاعلات دفعية (الشكل 2). عادة ما تكون CSTRs أصغر حجما وتمكن من الإضافة السلسة للمواد المتفاعلة والكواشف بينما يمكن للمنتج أن يتدفق باستمرار دون انقطاع.
في المقابل ، مفاعل الدفعات هو مفاعل كيميائي يتضمن إضافة كمية ثابتة من المواد المتفاعلة إلى وعاء المفاعل ، تليها عملية التفاعل حتى يتم الحصول على المنتج المطلوب. على عكس المفاعل المستمر ، لا تتم إضافة المواد المتفاعلة باستمرار ، ولا تتم إزالة المنتجات باستمرار. علاوة على ذلك ، فإن مفاعلات الدفعات ليست مختلطة بشكل موحد ، وقد تختلف ظروف درجة الحرارة والضغط أثناء التفاعل.
تتمتع CSTRs بقدرة فريدة على التعامل مع تركيزات أعلى من المواد المتفاعلة ، فضلا عن تفاعلات أكثر نشاطا نظرا لخصائصها الفائقة في نقل الحرارة مقارنة بمفاعلات الدفعات. بهذه الطريقة ، يعتبر CSTR أداة تدعم كيمياء التدفق.
تصميم وتشغيل CSTRs
تتكون مفاعلات الخزانات ذات التحريك المستمر (CSTRs) من:
- مفاعل صهريج
- نظام التحريك لخلط المواد المتفاعلة (المكره أو إدخال المواد المتفاعلة سريعة التدفق)
- أنابيب التغذية والخروج لإدخال المواد المتفاعلة وإزالة المنتجات
تستخدم CSTRs بشكل شائع في المعالجة الصناعية ، في المقام الأول في تفاعلات تدفق الطور السائل المتجانسة حيث يلزم التحريض المستمر. ومع ذلك ، فهي تستخدم أيضا في صناعة الأدوية والعمليات البيولوجية ، مثل مزارع الخلايا والمخمرات.
يمكن استخدام CSTRs في تطبيق تسلسلي (الشكل 3) أو مستقل (الشكل 1).
CSTR و PFR
ما هو الفرق بين CSTR و PFR (مفاعل تدفق المكونات)؟
تستخدم كل من CSTRs (الشكل 1) و PFRs (الشكل 4) في كيمياء التدفق المستمر. يمكن أن تعمل CSTRs و PFRs إما كأنظمة تفاعل قائمة بذاتها أو يمكن دمجها لتشكيل جزء من عملية التدفق المستمر. يعد الخلط جانبا مهما من CSTRs ، في حين تم تصميم PFRs كمفاعلات أنبوبية حيث تحتوي المقابس المتحركة الفردية على مواد متفاعلة وكواشف ، تعمل كمفاعلات دفعة صغيرة. كل قابس في PFR له تركيبة مختلفة قليلا ، ويختلطان داخليا ، ولكن ليس مع القابس القريب أمامه أو خلفه. في CSTR المختلط بشكل مثالي ، يكون تكوين المنتج موحدا في جميع أنحاء الحجم بأكمله ، بينما في PFR ، يختلف تكوين المنتج اعتمادا على موقعه داخل المفاعل الأنبوبي. كل نوع من المفاعلات له مجموعة من المزايا والعيوب الخاصة به عند مقارنته بالأنواع الأخرى.
في حين أن CSTR يمكن أن تنتج كميات كبيرة من المنتج لكل وحدة زمنية ويمكن أن تعمل لفترات طويلة ، فقد لا يكون الخيار الأفضل للتفاعلات مع الحركية البطيئة. في مثل هذه الحالات ، عادة ما تكون المفاعلات الدفعية هي الخيار المفضل للتوليف.
عادة ما تكون مفاعلات التدفق السدادي أكثر كفاءة من حيث المساحة ولها معدلات تحويل أعلى مقارنة بأنواع المفاعلات الأخرى. ومع ذلك ، فهي ليست مناسبة للتفاعلات الطاردة للحرارة للغاية لأنه قد يكون من الصعب التحكم في الارتفاعات المفاجئة في درجات الحرارة. وعلاوة على ذلك، عادة ما تنطوي مراقبة التمويل السياسي على تكاليف تشغيل وصيانة أعلى من تكاليف المراقبة والسلامة المهنية.
مزايا CSTR على PFR
- يتم الحفاظ على التحكم في درجة الحرارة بسهولة
- سلوك CSTR مفهوم جيدا ، بما في ذلك الخلط (القدرة على التعامل مع المواد الصلبة والملاط) ، وقياس السعرات الحرارية للتفاعل ، وخيارات الجرعات ، والحركية الكيميائية
- أقل تكلفة وأسهل في البناء من أنظمة التدفق المتخصصة المخصصة
- يمكن الوصول إلى الجزء الداخلي من المفاعل بواسطة تقنية تحليل العمليات (PAT)
- يمكن ربط وحدات متعددة بسهولة للتشغيل التعاقبي أو التكامل في أنظمة التدفق الأكثر تعقيدا مع PFR ، إلخ.
تطوير الكيمياء الخضراء
عرض قائمتنا الكاملة لموارد الكيمياء الخضراء والمستدامة بما في ذلك دراسات الحالة وأمثلة الصناعة. يوضح هذا المستند التعريفي التمهيدي كيف تساعد المعلومات التي توفرها التقنية المتقدمة من شركة METTLER TOLEDO في دعم الكيمياء الخضراء والمستدامة في البحث والتطوير وإنتاج الجزيئات والمنتجات الصيدلانية والكيميائية والبوليمرية
تحسين أداء CSTR
توزيع وقت الإقامة CSTR (RTD)
يصف توزيع وقت الإقامة (RTD) المدة التي يبقى فيها مكون السائل في نظام أو مفاعل. يتعلق وقت بقاء CSTR بالوقت الذي تقضيه المواد المتفاعلة في المفاعل قبل مغادرته.
يعد فهم توزيع وقت الإقامة ل CSTR أمرا بالغ الأهمية في تصميم المفاعلات وتحسينها للتفاعلات الكيميائية. يساعد في تقييم كفاءة المفاعل والمدة اللازمة لتحقيق تفاعل كامل. يمكن أن ينتج الانحراف عن المثالية عن توجيه السائل عبر الوعاء ، أو إعادة تدوير السوائل داخل الوعاء ، أو وجود مناطق مختلطة أو ثابتة بشكل سيئ في الوعاء. نتيجة لذلك ، يتم استخدام دالة التوزيع الاحتمالي ، RTD ، لوصف مقدار الوقت الذي يتواجد فيه أي جزء محدود من السائل في المفاعل. يساعد هذا في توصيف خصائص الخلط والتدفق في المفاعل ومقارنة سلوك المفاعل بالنماذج المثالية. على سبيل المثال ، تظهر سلسلة من CSTRs وقت بقاء أكثر إحكاما ودقة رد فعل مع زيادة عدد المفاعلات في إعداد التعاقب.
يمكن تحديد توزيع وقت الإقامة للسائل في وعاء تجريبيا عن طريق إضافة مادة تتبع غير تفاعلية إلى مدخل النظام. يختلف تركيز هذا المقتفي بوظيفة معروفة ويتم تحديد ظروف التدفق الإجمالية في الوعاء من خلال تتبع تركيز المقتفي في النفايات السائلة للسفينة.
النمذجة من أجل كيمياء أكثر اخضرارا
الكيمياء الخضراء والمستدامة هي اتجاه متزايد في الصناعات الدوائية والكيميائية الدقيقة. يهدف هذا النهج للكيمياء إلى تقليل التأثير البيئي للعمليات الكيميائية عن طريق تقليل النفايات واستهلاك الطاقة ، واستخدام الموارد المتجددة ، وتصميم عمليات آمنة وفعالة.
باستخدام برامج النمذجة ، يمكن للعلماء والمهندسين التنبؤ بكيفية تصرف التفاعلات الكيميائية في ظل ظروف مختلفة ، وتحسين ظروف التفاعل لتقليل النفايات واستهلاك الطاقة ، وتصميم عمليات أكثر أمانا وكفاءة. على سبيل المثال ، يمكن إجراء تقييمات لكيمياء الدفعات مقابل التدفق بسرعة ، أو تحديد حجم CSTRs للحصول على أفضل أداء. قد تكون العمليات المستمرة أكثر استدامة من الدفعات ، لأسباب مثل انخفاض الحجم ، واستخدام أقل للمذيبات ، وتقليل دورات التنظيف.
تعد نمذجة ومحاكاة التفاعل الكيميائي مناسبة بشكل خاص لدعم مبادرات الكيمياء الخضراء. تمكن إمكانات النمذجة المتقدمة في Scale-up Suite المستخدمين من محاكاة التفاعلات الكيميائية المعقدة بدقة، بما في ذلك التفاعلات متعددة الخطوات وتحسين معلمات العملية مثل درجة الحرارة والضغط وتركيزات المواد المتفاعلة لتقليل النفايات وزيادة الإنتاجية.
يحتوي Scale-up Suite™ أيضا على ميزات تسمح للمستخدمين بتقييم التأثير البيئي لعملياتهم ، مثل حساب البصمة الكربونية أو استهلاك الطاقة لتفاعل معين. يمكن أن تساعد هذه المعلومات المستخدمين على اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن تصميم العملية وتحديد الفرص لجعل عملياتهم أكثر استدامة.
CSTR والتكنولوجيا التحليلية للعمليات (PAT)
يمكن أن تساعد المفاعلات الكيميائية الآلية على نطاق المختبر في التحويل من تشغيل الدفعات إلى تشغيل CSTR.
- تحتوي مفاعلات التوليف المتوازي مثل EasyMax على العديد من المفاعلات المستقلة التي يتم التحكم فيها جيدا والتي يمكن استخدامها بشكل فردي أو معا كمفاعلات CSTR
- يمكن أن تعمل المفاعلات التخليقية وأنظمة التحكم في المفاعل كأنظمة CSTR مفردة أو مقترنة بمفاعلات أخرى يتم التحكم فيها من نفس الكمبيوتر
- بالنسبة للتبلورات أو التفاعلات متعددة الأطوار ، يمكن استخدام فرق الضغط لنقل الملاط
التكنولوجيا التحليلية للعملية لا تقدر بثمن في الحفاظ على حالة مستقرة مراقبة والتحكم فيها بشكل جيد.
- يوفر التحليل الطيفي FTIRوالتحليل الطيفي Raman قياسا في الوقت الفعلي لأنواع التفاعل الحرجة.
- على سبيل المثال ، في التبلورات المستمرة ، يمكن لمطياف FTIR قياس وتقديم تركيز الحالة المستقرة لواحد أو أكثر من المواد المذابة الرئيسية.
- يقيس مطياف رامان ويراقب تطور الشكل البلوري كدالة للوقت
- يستخدم ParticleTrackقياس انعكاس الحزمة المركزة (FBRM) لمراقبة معلمات التبلور الرئيسية ، بما في ذلك توزيع حجم الجسيمات وطول الوتر
- تراقب مجساتالأس الهيدروجيني و O₂ باستمرار الظروف في CSTR - كما هو مطلوب
هل تحتاج إلى مساعدة في طلبك؟
خبراؤنا مستعدون للمساعدة
إذا كانت لديك أسئلة أو كنت بحاجة إلى مساعدة في طلبك الفني ، فإن فريقنا من مستشاري التطبيقات الفنية جاهز لإرشادك في الاتجاه الصحيح.
تطبيقات الصناعة
عملية مستمرة للإنتاج الآمن للديازوميثان
يراقب ReactIR تركيز ديازوكيتون ويستخدم لتحديد RTD
أبلغ المؤلفون عن تطوير مولد ديازوميثان يتكون من سلسلة CSTR مع تقنية فصل الغشاء الداخلي. استخدموا هذه التكنولوجيا في توليف تلسكوب من ثلاث خطوات لكلوروكيتون α شيرال - وهو مركب وسيط مهم في تخليق مثبطات الأنزيم البروتيني لفيروس نقص المناعة البشرية. تم استخدام مفاعل لولبي لتوليد أنهيدريد مختلط تم تمريره إلى سلسلة CSTR diazomethane. سمح غشاء التفلون بانتشار ديازوميثان في CSTR حيث تفاعل مع أنهيدريد لتشكيل ديازوكيتون المقابل. ثم تم تحويل ديازوكيتون إلى α-كلوروكيتون عن طريق التفاعل مع حمض الهيدروكلوريك في مفاعل دفعي.
تم استخدام قياسات ReactIR لمتابعة تكوين مركب ديازوكيتون الوسيط (تتبع ذروة 2107 سم -1) وأيضا لتحديد توزيع وقت الإقامة للنظام بشكل تجريبي من خلال تتبع مادة التتبع. حددت تجربة التتبع التي رصدتها ReactIR أن خمسة أحجام مفاعل من CSTR الثاني في السلسلة كانت مطلوبة للوصول إلى حالة مستقرة ، بما يتوافق مع وقت بدء التشغيل لمدة 6 ساعات.
ويرنيك ، إم ، بوشلاور ، بي ، شمويلتسر ، سي ، دالينجر ، دي ، وكابي ، سي أو (2019). تصميم وتحسين سلسلة مفاعلات خزان التقليب المستمر لإنتاج ثنائي الميثان القائم على الغشاء: تخليق α الكلوروكيتونات. أبحاث وتطوير العمليات العضوية ، 23 (7) ، 1359-1368. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00115
نظام اقتران سوزوكي الآلي المتقطع مع عمليات المصب المرتبطة به
OptiMax المستخدمة كأوعية تفاعل MSMPR في التبلور المستمر
أبلغ المؤلفون عن تطوير نظام لتمكين اقتران سوزوكي السائل السائل والتدفق المتقطع المؤتمت بالكامل ، بالإضافة إلى التعامل مع معالجة المعادن دفعة واحدة والتبلور المستمر. فيما يتعلق بالتبلور المستمر ، تم استخدام مفاعلات OptiMax في سلسلة كأوعية تعليق مختلط متعدد المراحل وإزالة المنتجات المختلطة (MSMPR) تقود تبلور مضادات المذيبات في درجة الحرارة المحيطة.
تعمل أوعية MSMPR هذه كمواد CSTRs تنتج وتنقل ملاطا يحتوي على بلورات المنتج. أفاد المؤلفون أن وقت الإقامة الاسمي في المتبلورات تم حسابه من خلال حجم ملء التبلورات مقسوما على إجمالي معدل التدفق للتغذية الواردة. تم استخدام PAT ، بما في ذلك ParticleTrack مع FBRMوالانعكاس الكلي الموهن (ATR) ، في قياس التبلور المستمر.
كول ، كيه بي ، كامبل ، بي إم ، فورست ، إم بي ، ماكلاري جروه ، جي ، هيس ، إم ، جونسون ، إم دي ، ميلر ، آر دي ، ميتشل ، دي ، بولستر ، سي إس ، ريزمان ، بي جيه ، وروزماير ، إم (2016). نهج التدفق الآلي المتقطع لاقتران سوزوكي المستمر. بحث وتطوير العمليات العضوية ، 20 (4) ، 820-830. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00030
سلسلة PFR-CSTR للتبلور التفاعلي المستمر
يوفر ReactIR و ParticleTrack معلومات PAT وردود الفعل
أبلغ المؤلفون عن تطوير نظام مفاعل التدفق التعاقبي المشترك PFR-CSTR الذي دمج مستشعرات FTIR و FBRM المضمنة كتكنولوجيا تحليلية للعملية. تم استخدام هذا النظام للتحقيق في العديد من التبلورات التفاعلية المستمرة ، وتحديد مورفولوجيا البلورة ، وتوزيع حجم البلورة ، وعوائد التفاعل والتبلور ومستويات التشبع الفائق. تم قياس توزيع وقت الإقامة (RTD) لسلسلة PFR و CSTR وسلسلة PFR-CSTR وأظهرت أن سلسلة PFR-CSTR مجتمعة لها RTD أطول قليلا من سلسلة CSTR وحدها. بالنسبة للتبلور التفاعلي، تم الحصول على عائد أعلى للنظام التعاقبي PFR-CSTR نتيجة ل RTD الأضيق ل PFR، مما يقلل من تكوين المواد غير المتفاعلة والشوائب.
قامت مجسات ReactIR و ParticleTrack بقياس تركيز المادة المتفاعلة وطول الوتر البلوري أثناء عملية التبلور التفاعلي. كانت تركيزات المواد المتفاعلة في الخمور الأم التي تم قياسها بواسطة ReactIR في اتفاق جيد مع نتائج HPLC (خطأ التنبؤ < 0.17٪). كشفت قياسات ParticleTrack عن طول وتر مستقر نسبيا يبلغ ~ 150 ميكرومتر.
هو ، سي ، شورز ، بي تي ، ديريش ، آر إيه ، تيستا ، سي جيه ، هيرمانت ، بي ، وو ، دبليو ، شفيدوفا ، ك. ، رامناث ، إيه ، الإسماعيلي ، إل كيو ، سو ، كيو ، قائلا ، آر ، بورن ، إس سي ، تاكيزاوا ، بي ، أوكونور ، تي إف ، يانغ ، إكس ، رامانوجام ، إس ، وماسيا ، إس (2020). التبلور التفاعلي المستمر لواجهة برمجة التطبيقات في سلسلة PFR-CSTR مع PATs في الخط. كيمياء وهندسة التفاعل ، 5 (10) ، 1950-1962. https://doi.org/10.1039/d0re00216j
موارد ذات صلة
الاستشهادات والمراجع
مفاعلات الخزانات ذات التحريك المستمر في منشورات المجلات
- جلاس ، إم ، وو ، دبليو ، كراوس ، إتش ، أسيفيدو ، دي ، روبر ، تي دي ، ومحمد ، أ. (2023). تطوير عملية تخليق مستمرة للكاربامازيبين باستخدام مطيافية رامان في الخط والنمذجة الحركية لمحاكاة الاضطراب. كيمياء وهندسة التفاعلات. https://doi.org/10.1039/d2re00476c
- كوبيلي ، س. ، بيتروتشي ، إن بي ، فلوريت ، ف. ، وباروزي ، م. (2022). زيادة السلامة عن طريق تحويل البلمرة شبه الدفعية إلى إنتاج شبه مستمر. DOAJ (DOAJ: دليل مجلات الوصول الحر). https://doi.org/10.3303/cet2290101
- موير ، آر ، جي ، بي جيه ، بيرسال ، إيه ، جورجينسن ، إم جي ، سيمز ، بي ، يونوسكي ، ك. ، ميهتا ، إن ، وسالان ، جي إس (2021). تطوير عملية مستمرة آمنة لنتروتيترازولات الصوديوم عبر المرحلة الصلبة "الصيد والإطلاق". بحث وتطوير العمليات العضوية ، 25 (8) ، 1882-1888. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.1c00129
- تاليسكا ، سي إن ، أوكونيل ، إي سي ، وارد ، إتش دبليو ، دياز ، إيه ، هاردينك ، إم ، فولي ، دي بي ، كونولي ، دي ، جيرارد ، كيه بي ، وليوبيسيتش ، ت. (2022). التكنولوجيا التحليلية للعمليات (PAT): تطبيقات لتدفق العمليات لتطوير المكونات الصيدلانية النشطة (API). كيمياء وهندسة التفاعل ، 7 (6) ، 1419-1428. https://doi.org/10.1039/d2re00004k
- أحمد ، ب. ، براون ، سي ، ماكجلون ، ت. ، بويرينج ، دي ، سيفسيك ، ج. ، وفلورنسا ، أ. ج. (2019). هندسة سمات جسيمات الأسيتامينوفين باستخدام منصة تبلور الطحن الرطب. المجلة الدولية للصيدلانيات ، 554 ، 201-211. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2018.10.073
- كوبيلي ، س. ، باروزي ، م. ، بيتروتشي ، إن ، ومورينو ، في سي (2019). نمذجة وتحسين عملية مفاعل بلمرة مستحلب واسع النطاق. مجلة الهندسة الكيميائية ، 358 ، 1410-1420. https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.10.055
- جلاس ، إيه إم ، كوهين ، بي جيه ، ديكسون ، دي دي ، بوتنر ، جي إل ، فانيو ، دي ، أكبينار ، إف ، روسو ، في دبليو ، فراونهوفر ، كيه جيه ، ديلمونتي ، إيه جيه ، سانتانا ، إي ، ويلبرت ، سي ، جالو ، إف ، وبارتلز ، دبليو (2020 ب). توسيع آمن لانشقاق إفراز الأكسجين لإيفانز أوكسازوليدينون مع بيروكسيد الهيدروجين. بحث وتطوير العمليات العضوية ، 24 (2) ، 172-182. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00462
- هو ، سي ، شورز ، بي تي ، ديريش ، آر إيه ، تيستا ، سي جيه ، هيرمانت ، بي ، وو ، دبليو ، شفيدوفا ، ك. ، رامناث ، أ. ، إسماعيلي ، إل كيو إيه ، سو ، كيو ، قائلا ، آر ، بورن ، إس سي ، تاكيزاوا ، بي ، أوكونور ، تي جي ، يانغ ، إكس ، رامانوجام ، إس ، وماسيا ، إس (2020). التبلور التفاعلي المستمر لواجهة برمجة التطبيقات في سلسلة PFR-CSTR مع PATs في الخط. كيمياء وهندسة التفاعل ، 5 (10) ، 1950-1962. https://doi.org/10.1039/d0re00216j
- فنغ ، ر. ، رامشانداني ، س. ، صالح ، ن. م. ، ليم ، إكس واي ، تان ، س. ، لي ، إل إس ، تيوه ، إس إس ، شارات ، بي إن ، وبودهو ، ك. (2019). استراتيجيات تكثيف العمليات وتحليل الاستدامة لمعالجة الميدالية في صناعة الأدوية. بحوث الكيمياء الصناعية والهندسية ، 58 (11) ، 4656-4666. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.8b04063
- ويرنيك ، إم ، بوشلاور ، بي ، شمويلتسر ، سي ، دالينجر ، دي ، وكابي ، سي أو (2019). تصميم وتحسين سلسلة مفاعلات خزان التقليب المستمر لإنتاج ثنائي الميثان القائم على الغشاء: تخليق α الكلوروكيتونات. أبحاث وتطوير العمليات العضوية ، 23 (7) ، 1359-1368. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00115
- أجنيو ، إل آر ، ماكجلون ، تي ، ويتكروفت ، إتش بي ، روبرتسون ، إيه ، بارسونز ، إيه آر ، وويلسون ، سي سي (2017). التبلور المستمر للباراسيتامول (أسيتامينوفين) الشكل الثاني: الوصول الانتقائي إلى شكل صلب شبه مستقر. نمو وتصميم الكريستال ، 17 (5) ، 2418-2427. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.6b01831
- غيناند ، سي آي ، دابروس ، إم ، ماير ، تي ، وستوسيل ، ف. (2017). دراسة ديناميات المفاعلات بناء على البيانات المسعرية. المجلة الكندية للهندسة الكيميائية. https://doi.org/10.1002/cjce.22700
- يانغ ، إكس ، أسيفيدو ، دي ، محمد ، إيه ، بافورالا ، إن ، وو ، إتش ، برايتون ، إيه إل ، شو ، آر ، جولدمان ، إم جي ، هو ، إف ، لي ، إس ، فيشر ، آر إن ، أوكونور ، تي جي ، وكروز ، سي إن (2017). اعتبارات المخاطر على تطوير نظام تبلور مستمر للكاربامازيبين. بحث وتطوير العمليات العضوية ، 21 (7) ، 1021-1033. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.7b00130
- كول ، كيه دي ، كامبل ، بي إيه ، فورست ، إم بي ، جروه ، جي إم ، هيس ، إم ، جونسون ، إم إتش ، ميلر ، آر إيه ، ميتشل ، دي إل ، بولستر ، سي إس ، ريزمان ، بي جيه ، وروزماير ، إم (2016). نهج التدفق الآلي المتقطع لاقتران سوزوكي المستمر. بحث وتطوير العمليات العضوية ، 20 (4) ، 820-830. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00030
- يانغ ، واي ، سونغ ، إل ، وناجي ، زد كيه (2015). التحكم الآلي المباشر في التنوي في تبلور تبريد إزالة المنتج المختلط المستمر للتعليق المختلط. نمو وتصميم الكريستال ، 15 (12) ، 5839-5848. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.5b01219
- رودنياك ، إل ، ماشنيفسكي ، ب. ، ميلوسكا ، إيه ، ومولغا ، إي (2004). نمذجة CFD للمفاعلات الكيميائية للخزانات المقلوبة: أنظمة تفاعل متجانسة وغير متجانسة. علوم الهندسة الكيميائية ، 59 (22-23) ، 5233-5239. https://doi.org/10.1016/j.ces.2004.09.014
الأسئلة الشائعة
FAQs
ما هو CSTR؟ كيف يعمل CSTR؟
مفاعل خزان التحريك المستمر (CSTR) هو حاوية تستخدم للتفاعلات الكيميائية. يسمح للمواد اللازمة للتفاعل بالتدفق ، بينما تتدفق المنتجات في نفس الوقت. هذا يجعلها أداة رائعة لصنع المواد الكيميائية بشكل مستمر. يمزج مفاعل CSTR المواد جيدا ويعمل باستمرار في ظل ظروف ثابتة. عادة ما يكون الخليط الخارج هو نفسه الخليط الموجود بداخله، وهو ما يعتمد على مدة بقاء المواد في الوعاء وسرعة حدوث التفاعل.
في بعض الحالات ، عندما يكون التفاعل بطيئا جدا أو يوجد سائلان مختلفان يتطلبان معدل إثارة مرتفع ، يمكن توصيل العديد من CSTRs معا لإنشاء سلسلة. يفترض CSTR الخلط العكسي المثالي ، وهو عكس مفاعل تدفق المكونات (PFR).
هل CSTR مفاعل دفعي؟
لا ، CSTR (مفاعل خزان التحريك المستمر) ليس مفاعل دفعي. الفرق الرئيسي بين CSTR والمفاعل الدفعي هو أن CSTR هو مفاعل تدفق مستمر حيث يتم تغذية المواد المتفاعلة باستمرار في المفاعل ويتم إزالة المنتجات باستمرار ، بينما في مفاعل الدفعات ، تتم إضافة كمية ثابتة من المواد المتفاعلة إلى المفاعل ويسمح لها بالتفاعل حتى يكتمل التفاعل قبل إزالة المنتجات.
في CSTR ، يتم خلط المواد المتفاعلة باستمرار باستخدام محرض أو محرك ، مما يضمن أن خليط التفاعل متجانس ومختلط جيدا.
غالبا ما تستخدم CSTRs في العمليات الصناعية واسعة النطاق حيث يلزم الإمداد المستمر بالمواد المتفاعلة لتلبية متطلبات الإنتاج. ومن ناحية أخرى، تستخدم المفاعلات الدفعية بشكل أكثر شيوعا في التجارب على نطاق المختبر، حيث تكون هناك حاجة إلى كميات أقل من المواد المتفاعلة للاختبار والتحليل وفي إنتاج المستحضرات الصيدلانية والكيماويات الزراعية والمواد الكيميائية المتخصصة الأصغر حجما.
ما هو الفرق بين مفاعل CSTR و PFR؟
PFR (مفاعل تدفق المكونات) و CSTR (مفاعل خزان التحريك المستمر) هما نوعان شائعان من المفاعلات الكيميائية المستخدمة في البيئات الصناعية والمخبرية. الاختلافات الرئيسية بين هذين المفاعلين هي الطريقة التي يعملان بها وتطبيقاتهما.
- تعمل مراقبة التمويل السياسي عن طريق تمرير المواد المتفاعلة عبر أنبوب أو قناة طويلة، حيث تختلط وتتفاعل أثناء تحركها عبر المفاعل. في PFR ، يجب التحكم بدقة في ظروف التفاعل ، مثل درجة الحرارة والضغط ، على طول الأنبوب. تدفق الناتج من PFR مستمر ، ومعدل تحويل المواد المتفاعلة مرتفع عادة. غالبا ما تستخدم مثبطات التمويل السياسي للإنتاج المستمر على نطاق واسع للمواد الكيميائية والبتروكيماويات.
- CSTR هو مفاعل جيد الخلط يحرك المواد المتفاعلة باستمرار في خزان أو وعاء. في CSTR ، تكون ظروف التفاعل موحدة في جميع أنحاء المفاعل ، ويتم تحديد معدل التفاعل من خلال معدل تدفق المواد المتفاعلة داخل وخارج الخزان. تستخدم CSTRs بشكل شائع للتفاعلات المتجانسة وغير المتجانسة التي تتطلب درجة عالية من الخلط ووقت إقامة قصير نسبيا.
بشكل عام، يعتمد الاختيار بين PFR و CSTR على التفاعل المحدد الذي يتم تنفيذه ونتائج الإنتاج المرجوة. تعتبر البيانات المختبرية عالية الجودة لا تقدر بثمن لتوصيف التفاعل ويمكن استخدام نمذجة العملية للمساعدة في اختيار المفاعل. تعرف على المزيد حول CSTR مقابل PFR.
ما هي فوائد CSTR على PFR؟
يعتمد ما إذا كان التدفق المستمر (CSTR) أو PFR (تدفق القابس) أفضل لتطبيق معين على التفاعل المحدد الذي يتم تنفيذه والنتيجة المرجوة. ومع ذلك، بشكل عام، غالبا ما يتم تفضيل CSTRs على PFRs لعدة أسباب:
- خلط جيد: توفر CSTRs خلطا جيدا للمواد المتفاعلة ، وخاصة الملاط ، مما يساعد على الحفاظ على معدل تفاعل موحد ومنع البقع الساخنة الموضعية أو المناطق الميتة. في المقابل، يمكن أن تؤدي مثبطات اللهب المعالجة بالبروم (PFR) في بعض الأحيان إلى تدرجات في درجة الحرارة أو التركيز أو معدل التدفق، مما قد يؤثر على كفاءة التفاعل.
- المرونة: تتميز CSTRs بمرونة عالية ويمكن تكييفها بسهولة مع ظروف أو أحجام التفاعل المختلفة. على سبيل المثال ، يمكن ضبط وقت الإقامة بسهولة عن طريق تغيير معدل التدفق ، ويمكن توسيع نطاق المفاعل أو خفضه حسب احتياجات الإنتاج.
- تقليل وقت رد الفعل: يمكن أن تحقق CSTRs في كثير من الأحيان معدل تحويل مرتفع في وقت إقامة قصير نسبيا نظرا لأن المواد المتفاعلة مختلطة جيدا وظروف التفاعل موحدة. هذا يمكن أن يؤدي إلى أوقات رد فعل أسرع ومعدلات إنتاج أعلى.
- تكاليف أقل: عادة ما تكون CSTRs أبسط وأقل تكلفة في البناء والتشغيل من PFRs لأنها لا تتطلب أنابيب طويلة ومتخصصة والمعدات المرتبطة بها.
بشكل عام ، يعتمد الاختيار بين CSTR و PFR على الاحتياجات المحددة للتفاعل الذي يتم تنفيذه ، وكلا المفاعلين لهما مزاياهما وعيوبهما. ومع ذلك ، غالبا ما يتم تفضيل CSTRs لمرونتها وخلطها الجيد وقدرتها على تحقيق معدلات تحويل عالية في وقت إقامة قصير.