Лабораторные реакторы

Применение лабораторных реакторов

Лабораторные реакторы используются для:

• проведения исследовательской работы — с их помощью изучают свойства веществ и смесей;
• получения продукта из одного или нескольких компонентов путем нагрева, смешивания, охлаждения и т.п.;
• пилотных производств — помогают изучить и оптимизировать процесс изготовления какого-либо продукта перед запуском в массовое производство.

Реакторные установки нужны во множестве отраслей науки и производства. Прежде всего это аналитическая химия и химическая промышленность, научно-исследовательские и учебные лаборатории. Также они незаменимы, в частности, в:

• нефтегазовой отрасли;
• строительном деле;
• лакокрасочном производстве;
• фармацевтике;
• целлюлозной промышленности;
• косметической промышленности;
• пищепроме.

Реактор используется в тех случаях, когда в ходе реакции необходимо поддерживать определенные температуры и давления в точном диапазоне, чтобы точно воспроизвести ее результат. Такое регулирование, как правило, невозможно вне контролируемых лабораторных реакторов.

Виды лабораторных реакторов

Многие лабораторные реакторы позволяют исследователям отслеживать различные параметры во времени с помощью регистрирующих или контролирующих приборов, таких как газовые хроматографы или расходомеры, что дает возможность лучше понять, как изменение определенных условий влияет на общий ход реакции.

Существует множество типов лабораторных реакторов, в зависимости от их размеров и сложности, необходимой для конкретной задачи; одни из них предназначены для проведения небольших лабораторных экспериментов, другие — для более крупных промышленных производств, где требуется более высокий уровень точности контроля реакционных смесей.

Многие модели включают в себя емкости с мешалкой, в которых можно смешивать несколько различных химических веществ, не опасаясь перекрестного загрязнения, а также пробочные конструкции, обеспечивающие равномерный нагрев по всему объему смеси от внутренних трубок, проходящих через стенки емкости.

Лабораторные реакторы бывают разных конструкций и типов, каждый из которых обладает уникальными характеристиками, которые делают их подходящими для конкретного применения.

Основные характеристики химических лабораторных реакторов.

• Принцип действия

По принципу действия реакторы можно разделить на периодические и проточные, промежуточный вариант — полунепрерывного (циклического) действия.

Как в лабораториях, так и на производствах наибольшее распространение получили реакторы с периодической загрузкой реагентов и выгрузкой продуктов. Что обусловлено более простым масштабированием необходимых процессов от лабораторного к производственному уровню.

Конструкция химических реакторов периодического действия, обычно, представляет собой ёмкости (возможно не закрытые герметично), предусматривающие сливные/наливные операции с помощью отверстий, клапанов, задвижек и пр. Лабораторные реакторы данного типа оснащаются перемешивающими устройствами для интенсивного массообмена и равномерного распределения реагентов по всему объёму.

• Рабочее давление

Многие современные установки работают под давлением, поэтому довольно часто при лабораторных испытаниях возникает необходимость поддерживать высокое/среднее давление. Выбор рабочего давления в реакторе обусловлен типом химической реакции, агрегатным состоянием реагентов. Реакторы, работающие под давлением, требуют повышенной техники безопасности. Производители таких аппаратов тщательно контролируют качество выпускаемой продукции.

• Рабочая температура

Одним из важных внешних факторов, влияющих на протекание химической реакции в нужном направлении и с заданной скоростью, является температура. С целью поддержания определённого температурного режима используют различные теплообменные системы.

• • Электрический обогрев – как в рубашке реактора, так и в самом реакторе. Внутренние теплообменные аппараты контактируют непосредственно с реагентами, что в некоторых случаях недопустимо. Кроме того, поверхность такого теплообменника сложно очищать.
  • Внешнее термостатирование более удобно в использовании. Как правило, внешние термостаты в сочетании с перемешивающими устройствами позволяют обеспечить равномерное распределение тепла по всему объёму реактора. Использование термостата позволяет не только нагревать и охлаждать, но и автоматически поддерживать температуру на определённом уровне. Большое разнообразие термостатов дает возможность подобрать модель под конкретного пользователя.
  • Отсутствие температурного контроля

• Программное обеспечение

Некоторые аппараты оснащены специальным ПО для контроля процесса в химическом реакторе, сбора и хранения полученных данных. Для других реакторов ПО является опцией, которую можно приобрести отдельно. Современные производства и лаборатории всё чаще используют программы, чтобы автоматизировать процессы, исключить ошибки персонала и тем самым снизить затраты.

Как выбрать нужный реактор?

Существуют основные стандартные требования к химическим реакторам:

• Безопасность и устойчивость работы
• Максимальная производительность.
• Минимальные энергетические и тепловые затраты на осуществление химического превращения и транспортировку реагентов и продуктов через реактор.
• Низкая стоимость обслуживания и ремонта.
• Лёгкость в управлении и полный контроль над всеми процессами.
• Для фармацевтических отраслей — строгое соответствие стандартам GMP.

При выборе надо руководствоваться, прежде всего, комплектацией и материалами, из которых сделаны сосуд и другие элементы. Выбор здесь определяется реактивами и материалами, с которыми будет вестись работа. Так, для операций с горячими концентрированными щелочами нужны лабораторные реакторы с емкостью из фторопласта. Для работы с большинством других материалов подойдет аппарат с колбой из стекла. Для использования с взрывоопасными веществами следует купить взрывозащищенную модель.

Другие критерии выбора — это:

• Объем. Он определяется, обычно, целями — для нужд учебной или небольшой исследовательской лаборатории обычно выбирают маленькие, 2-10 литровые модели, а для пилотного или небольшого массового производства востребованы химические реакторы объемом до 200 литров;
• Возможность подключать к реактору дополнительные инструменты и приборы. Здесь надо смотреть на количество выходов в крышке, а также на тип соединений — шлифы, фланцы или другие;
• Напольное или настольное исполнение;
• Есть ли рубашка, или реактор однослойный. Если однослойный, то входит ли нагревательная ванна в комплект.