Лабораторные реакторы: критерии выбора

Лабораторные реакторы – аппараты для проведения химических реакций. Одним из основных критериев при выборе конструкции и режима работы химического реактора являются условия, обеспечивающие протекание реакции в заданном направлении и с достаточной скоростью (объем веществ, температура, давление и пр.). По принципу действия реакторы можно разделить на периодического и непрерывного действия, промежуточный вариант – полунепрерывного (циклического) действия. В промышленных масштабах при больших объемах производства наибольшее распространение нашли поточные реакторы непрерывного действия. В лабораториях, как правило, используются установки с периодической загрузкой реагентов и выгрузкой продуктов, выгрузка продуктов может осуществляться и в течение всей реакции.

Рис.1 Лабораторный химический реактор IKA

Лабораторные реакторы непрерывного/полунепрерывного действия, представляют собой емкости (возможно герметично закрытые), 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 объему. Производители данного типа реакторов заранее учитывают пожелания заказчиков и стараются предусмотреть все возможные варианты. Лабораторные реакторы компактны, просты в управлении, позволяют устанавливать дополнительное оборудование (термометры, термопары, диспергаторы, перемешивающие устройства и пр.).

Рис. 2 Химический реактор высокого давления

Многие промышленные 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.

Зачастую у пользователей возникают нестандартные ситуации: сложные условия реакции, подключение особого оборудования и другие, требующие особого подхода. Фирмы, не раз сталкивающиеся с этой проблемой, наладили производство таким образом, чтобы на основе стандартных деталей заказчик смог собрать необходимый ему реактор. Такие мини-конструкторы удобны и пользователю и производителю: сделать новый реактор легче, чем переделать уже имеющийся, особенно, если это стеклянные реакторы, или реакторы высокого давления, требующие аккуратности и точности в исполнении.

Рис. 3 Лабораторный химический реактор и циркуляционный термостат Unistat 510

Одним из важных внешних факторов, влияющих на протекание химической реакции в нужном направлении и с заданной скоростью, является температура. С целью поддержания определенного температурного режима используют различные теплообменные аппараты (внутренние или внешние). Внутренние теплообменники (змеевики, трубчатые пучки и пр.) имеют развитую поверхность теплообмена, но контактируют непосредственно с реагентами, что в некоторых случаях недопустимо, кроме того, поверхность такого теплообменника сложно очищать. Удобнее использовать внешний обогрев (термостатирующие рубашки, водяные бани и др.). Как правило, внешние термостаты в сочетании с перемешивающими устройствами позволяют обеспечить равномерное распределение тепла по всему объему реактора. Использование термостата позволяет не только нагревать и охлаждать, но и автоматически поддерживать температуру на определенном уровне. Большое разнообразие термостатов дает возможность подобрать модель для конкретного пользователя.

Рис. 4 Лабораторный химический реактор и термостат с диапазоном температуры -45С +200°С

При выборе реактора необходимо, в первую очередь, определиться с тем, какие реагенты будут использоваться и каковы будут продукты реакции, как они будут выводиться из системы. Далее, согласно условиям реакции (температура, давление), выбирают тип реактора, сопутствующее оборудование. В конечном итоге определяют, как наиболее компактно, удобно и безопасно разместить все это в пространстве.

Тефлоновые реакторы

Часто встречаемые в повседневной жизни материалы и технологии, постепенно завоевывают свое законное место и в промышленных отраслях. Такой общеизвестный полимер как тефлон мы привыкли видеть в качестве антипригарного покрытия на посуде и поверхности бытовых приборов (утюги, гладильные доски, вафельницы, щипцы для завивки волос и др.). Однако, не многим известно, что благодаря своим уникальным свойствам, тефлон (политетрафторэтилен – PTFE) все чаще применяется для изготовления реакционных сосудов различного назначения.

Уже известно об использовании тефлоновых реакторов в таких процессах как:

– биоорганические синтезы;

– препаративный микроволновый синтез;

– электросинтез;

– дистилляция коррозионноактивных веществ;

– синтезы соединений в агрессивных средах (например, прямой синтез пероксида водорода) и др.

Тефлон – белое вещество, обладающее высокой теплои морозостойкостью. Благодаря низким значениям поверхностного натяжения и адгезии, не смачивается водой, жирами и большинством органических растворителей. PTFE характеризуется особо высокой устойчивостью к химическим соединениям (выдерживает даже воздействие смеси азотной и соляной кислот). Разрушается расплавами щелочных металлов, фтором и трифторидом хлора.

В наш век – век развития новых инновационных технологий и интенсивного совершенствования известных способов – важно идти в ногу со временем. Изо дня в день ужесточаются требования не только к продуктам, но и к самим процессам производства, а значит для поддержания конкурентоспособности на рынке, или для свершения новых открытий в науке, следует обратить внимание на уже имеющиеся технологии и отслеживать новинки.

Благодарим компанию «ТИРИТ» за предоставленный материал.

Источник: #Сп.2 (97) Спецвыпуск «Оборудуем производство» 2009

Добавить комментарий