en ru map

+7 (495) 545 07 08

Химические реакторы, ферментеры и комплектующие для них

Стремительное развитие научно-технического прогресса требует создания новых материалов с заданными свойствами. До начала промышленного производства необходимо разработать будущую технологию в лабораторных условиях. Для этого в ограниченном пространстве нужно смоделировать различные процессы, которые будут протекать в промышленных реакторах, подобрать условия максимального выхода готового продукта. Кроме того, иногда требуется получение небольшого количества вещества или образца особой чистоты. В этих случаях экономически неоправданно создание больших промышленных установок. Оптимальным решением будет использование лабораторных химических реакторов.

Реактор лабораторный представляет собой сосуд, в котором протекает непосредственно реакция, оснащенный вспомогательным и измерительным оборудованием. От набора дополнительного оборудования зависит количество и качество моделируемых процессов. В базовую комплектацию лабораторного реактора обычно входит мешалка, с помощью которой осуществляется управление скоростью протекающих реакций, электронагреватель и система охлаждения. Комплекс датчиков позволяет считывать ряд характеристик, и получать развернутую информацию о процессах, происходящих в реакторе. Безопасность осуществляется системой контроля давления и температуры. Реагенты, в процессе работы химического реактора, подаются или отводятся через специальные трубки с помощью насосов.

В лабораторном химическом реакторе можно моделировать идеальные процессы. Замкнутый объем позволяет приблизить уравнение материального баланса: Вес исходных материалов = Вес конечного продукта + Вес потерь, к виду: Вес исходных материалов = Вес конечного продукта.

Меняя условия протекания реакции и анализируя данные текущих параметров, можно достаточно хорошо изучить механизм процесса. Это позволяет усовершенствовать технологию, которая будет потом реализована в промышленных масштабах. В лабораторных условиях количество потерь выражается очень маленькой величиной, которой можно пренебречь. В итоге, теоретические расчеты будут подтверждаться практическими результатами в пределах допустимой погрешности.

Если ожидаемые условия реакции не превышают определенных величин давления и температуры, то оптимально использовать химический реактор, стеклянный корпус которого нейтрален ко многим агрессивным средам. Визуальное наблюдение за процессом дополняется набором контрольно-измерительного оборудования. Изменение кислотности среды во времени регистрируется pH-датчиком. Термопара информирует о текущей температуре. Подключением вакуумного насоса, в реакторе создается пониженное давление или отводятся газообразные реагенты. Встроенный вертикальный экстрактор возвращает конденсат в реакционную камеру. Кроме электромешалки реактор может комплектоваться гомогенизатором.

В лабораторных реакторах можно оптимизировать следующие параметры:

- выход – параметр показывающий отношение готового продукта к исходному материалу, загруженного в реактор. Чем ближе значение выхода к 100%, тем совершенней организован процесс. В промышленном производстве величина выхода всегда меньше 100% вследствие технологических потерь. Выход может рассчитываться и как отношение реально полученного продукта к теоретическому значению, определенного по стехиометрическому уравнению реакции, и выражается в процентах.
- производительность – параметр, показывающий количество перерабатываемого материала за единицу времени. Количество материала может выражаться в объемных или весовых величинах. Производительность аппарата тесно связана с интенсификацией производственного процесса, и может моделироваться в лабораторных условиях.
- интенсивность процесса – возможность получения большего количества готового продукта на том же оборудовании за тот же промежуток времени, изменяя условия протекания процессов.
- мощность и коэффициент полезного действия – параметры, характеризующие возможности реактора. Исходя из уравнения энергетического баланса, количество затраченной энергии равно количеству полученной энергии. Но не вся полученная энергия уходит на полезную работу, часть ее неизбежно теряется. Отношение полезной энергии к полученной является коэффициентом полезного действия аппарата. Этот параметр всегда меньше единицы. Чем ближе значение КПД к 1, тем рентабельней использование оборудования. Лабораторные реакторы имеют хорошую теплоизоляцию, поэтому у них высокий КПД.

Лабораторные реакторы собираются на специальной станине, которую удобно перемещать по помещению лаборатории. Ряд встроенных отводов используется для подключения дополнительного оборудования. Так, например, для поддержания низких температур возможно применение лабораторных чиллеров. Повышенное или пониженное давление в реакторе создается с помощью компрессоров или вакуумных насосов. Подача реагентов и отбор проб можно осуществлять перистальтическими насосами.