eng
Выпуск #1/2014
А.Афанасьев, М.Гущина, Ю.Антонюк
Применение реакторных систем в современных лабораториях
Применение реакторных систем в современных лабораториях
Просмотры: 3044
Сегодня в лабораториях различной специализации все большее при-менение находят лабораторные реакторные системы.
Такие системы используются как для исследовательских целей, так и для моделирования и масштабирования технологических процессов. В статье рассмотрены основные аспекты применения лабораторных реакторных систем.
Такие системы используются как для исследовательских целей, так и для моделирования и масштабирования технологических процессов. В статье рассмотрены основные аспекты применения лабораторных реакторных систем.
Теги: laboratories reactors research synthesis technology исследования лаборатория реакторы синтез технология
Основа лабораторного реактора – сосуд, где происходит реакция. В зависимости от требований к реакторным системам используют реакционные сосуды из различных материалов. В современных реакторах основные материалы для сосудов – боросиликатное стекло и нержавеющая сталь, кроме того, применяются реакционные сосуды из сплава hastelloy, а также с эмалевым покрытием, встав-ками из различных композитных материалов и др.
Для исключения контакта вещества, загруженного в реактор, с окружающей средой применяют различные сальниковые уплотнения и магнитные муфты. Современные сальниковые уплотнения для приводных валов перемешивающих элементов выдерживают перепад давления до 20–30 бар. При этом они не требуют обслуживания и имеют достаточно низкую стоимость. При использовании же магнитных муфт перепад давления практически не ограничен (определяется только механической прочностью используемых материалов и конструкцией реактора).
Основная задача в производстве и разработке лабораторных реакторных систем – моделирование технологического процесса с полной кастомизацией системы. Применение реакторов позволяет разрабатывать уникальные продукты с последующим масштабированием технологических процессов при запуске продукции в серийное производство.
Для отработки рецептур в небольших объемах выгодно использовать модульные лабораторные реакторные системы. Такие системы позволяют проводить процессы при повышенных температурах и в агрессивных средах. Возможность оснащения лабораторных реакторов вспомогательным оборудованием, например, диспергатором для гомогенизации среды, конденсатором, рН-электродом, установкой для измерения крутящего момента и др., позволяет создать комплексную мини-установку для синтеза непосредственно в лабораторной тяге и обеспечивает возможность физико-химических исследований при проведении синтеза. Для современных лабораторных реакторов разработано специальное программное обеспечение, чтобы управлять процессом с ПК, регистрировать параметры и архивировать протоколы испытаний. На рис.1 представлен лабораторный реактор LR 1000 control производства IKA WERKE (Германия). Несмотря на компактное исполнение (размеры 443×360×295 мм, вес 16 кг), реактор оснащен необходимыми функциями для проведения синтеза и исследований в лабораторных условиях. Он может работать с веществами с высокой вязкостью (до 100 000 мПа∙с). Для изучения изменения вязкости среды отображается крутящий момент, измеряется рН и температура среды. Все значения выводятся на TFT-дисплей, расположенный на штативной базе реактора. Программное обеспечение labworldsoft, предлагаемое IKA WERKE опционально, позволяет управлять процессом с ПК, выводить параметры процесса на монитор компьютера и сохранять данные. Labworldsoft – многофункциональный программный продукт для выполнения измерений, контроля и настройки лабораторного оборудования не только компании IKA WERKE, но и устройств сторонних производителей. При помощи labworldsoft можно поддерживать до 64 устройств с одного ПК одновременно. Измерения и процессы можно запускать независимо друг от друга. Таким образом, автоматизация рабочих процессов в лаборатории становится проще и эффективнее.
Приготовление растворов больших объемов в лабораторных условиях с использованием стандартной посуды сопряжено с рядом трудностей: слив раствора из емкости, равномерный нагрев для увеличения скорости растворения, безопасность. Для решения этих задач применяются реакторы смешения с рубашкой термостатирования либо одностенного исполнения. Для организации слива на коническое или эллиптическое днище сосуда установлены краны из нержавеющей стали. Равномерное перемешивание и распределение тепла обеспечивается мешалкой с приводом, подобранным в соответствии с требованиями к вязкости среды. Различные конфигурации перемешивающих элементов позволяют проводить процессы при высоких скоростях вращения с созданием турбулентных потоков, а также промешивать вязкие жидкости.
На рис.2 представлен реактор LR 100 производства ЗАО "ЛОиП". Он предназначен для отработки рецептур на линии производства бытовой химии. Элементы реактора выполнены из химически стойкой нержавеющей стали, сосуд снабжен рубашкой теплообмена. На крышке предусмотрено загрузочное отверстие, выполненное в виде откидной части крышки. Такое техническое решение позволяет не только проводить загрузочные работы, но и наблюдать за процессом. Реагенты в реакторе LR 100 перемешиваются при помощи верхнеприводной мешалки IKA Eurostar 100 digital c возможностью регулировки скорости вращения от 30 до 1300 об/мин. Для выгрузки продукта предусмотрен донный сливной кран из нержавеющей стали.
Наиболее широкое применение лабораторные реакторные системы нашли в нефтехимической, фармацевтической, косметической и пищевой отраслях.
Так, например, в одной из крупных российских нефтехимических компаний используется реактор для проведения процесса карбоксилирования алкилфенолята натрия углекислым газом. В процессе необходимо поддерживать заданное давление, температуру и частоту перемешивания исходного сырья. Дополнительно надо измерять и поддерживать расход газа, что осложняется изменением давления в приемном резервуаре.
В наши дни современную исследовательскую лабораторию сложно представить без реакторов, поскольку реакторные системы позволяют решать широкий спектр задач и обеспечивают выполнение большого числа функций. Использование лабораторных реакторов и реакторных систем значительно повышает эффективность, точность и безопасность работ, выполняемых химиками-исследователями в лабораториях.
Для исключения контакта вещества, загруженного в реактор, с окружающей средой применяют различные сальниковые уплотнения и магнитные муфты. Современные сальниковые уплотнения для приводных валов перемешивающих элементов выдерживают перепад давления до 20–30 бар. При этом они не требуют обслуживания и имеют достаточно низкую стоимость. При использовании же магнитных муфт перепад давления практически не ограничен (определяется только механической прочностью используемых материалов и конструкцией реактора).
Основная задача в производстве и разработке лабораторных реакторных систем – моделирование технологического процесса с полной кастомизацией системы. Применение реакторов позволяет разрабатывать уникальные продукты с последующим масштабированием технологических процессов при запуске продукции в серийное производство.
Для отработки рецептур в небольших объемах выгодно использовать модульные лабораторные реакторные системы. Такие системы позволяют проводить процессы при повышенных температурах и в агрессивных средах. Возможность оснащения лабораторных реакторов вспомогательным оборудованием, например, диспергатором для гомогенизации среды, конденсатором, рН-электродом, установкой для измерения крутящего момента и др., позволяет создать комплексную мини-установку для синтеза непосредственно в лабораторной тяге и обеспечивает возможность физико-химических исследований при проведении синтеза. Для современных лабораторных реакторов разработано специальное программное обеспечение, чтобы управлять процессом с ПК, регистрировать параметры и архивировать протоколы испытаний. На рис.1 представлен лабораторный реактор LR 1000 control производства IKA WERKE (Германия). Несмотря на компактное исполнение (размеры 443×360×295 мм, вес 16 кг), реактор оснащен необходимыми функциями для проведения синтеза и исследований в лабораторных условиях. Он может работать с веществами с высокой вязкостью (до 100 000 мПа∙с). Для изучения изменения вязкости среды отображается крутящий момент, измеряется рН и температура среды. Все значения выводятся на TFT-дисплей, расположенный на штативной базе реактора. Программное обеспечение labworldsoft, предлагаемое IKA WERKE опционально, позволяет управлять процессом с ПК, выводить параметры процесса на монитор компьютера и сохранять данные. Labworldsoft – многофункциональный программный продукт для выполнения измерений, контроля и настройки лабораторного оборудования не только компании IKA WERKE, но и устройств сторонних производителей. При помощи labworldsoft можно поддерживать до 64 устройств с одного ПК одновременно. Измерения и процессы можно запускать независимо друг от друга. Таким образом, автоматизация рабочих процессов в лаборатории становится проще и эффективнее.
Приготовление растворов больших объемов в лабораторных условиях с использованием стандартной посуды сопряжено с рядом трудностей: слив раствора из емкости, равномерный нагрев для увеличения скорости растворения, безопасность. Для решения этих задач применяются реакторы смешения с рубашкой термостатирования либо одностенного исполнения. Для организации слива на коническое или эллиптическое днище сосуда установлены краны из нержавеющей стали. Равномерное перемешивание и распределение тепла обеспечивается мешалкой с приводом, подобранным в соответствии с требованиями к вязкости среды. Различные конфигурации перемешивающих элементов позволяют проводить процессы при высоких скоростях вращения с созданием турбулентных потоков, а также промешивать вязкие жидкости.
На рис.2 представлен реактор LR 100 производства ЗАО "ЛОиП". Он предназначен для отработки рецептур на линии производства бытовой химии. Элементы реактора выполнены из химически стойкой нержавеющей стали, сосуд снабжен рубашкой теплообмена. На крышке предусмотрено загрузочное отверстие, выполненное в виде откидной части крышки. Такое техническое решение позволяет не только проводить загрузочные работы, но и наблюдать за процессом. Реагенты в реакторе LR 100 перемешиваются при помощи верхнеприводной мешалки IKA Eurostar 100 digital c возможностью регулировки скорости вращения от 30 до 1300 об/мин. Для выгрузки продукта предусмотрен донный сливной кран из нержавеющей стали.
Наиболее широкое применение лабораторные реакторные системы нашли в нефтехимической, фармацевтической, косметической и пищевой отраслях.
Так, например, в одной из крупных российских нефтехимических компаний используется реактор для проведения процесса карбоксилирования алкилфенолята натрия углекислым газом. В процессе необходимо поддерживать заданное давление, температуру и частоту перемешивания исходного сырья. Дополнительно надо измерять и поддерживать расход газа, что осложняется изменением давления в приемном резервуаре.
В наши дни современную исследовательскую лабораторию сложно представить без реакторов, поскольку реакторные системы позволяют решать широкий спектр задач и обеспечивают выполнение большого числа функций. Использование лабораторных реакторов и реакторных систем значительно повышает эффективность, точность и безопасность работ, выполняемых химиками-исследователями в лабораториях.
Отзывы читателей
