Лабораторные химические реакторы. Что это такое и какие они бывают.
Любитель Химик 13 апреля 2023Химический реактор — это часть оборудования, внутри которого происходит химическая реакция.
Сегодня существует множество типов химических реакторов, которые можно классифицировать по принципу работы, типу внутреннего потока, по фазам и т. д., в этой статье расскажем о наиболее интересных для выбора лабораторный реактор под давлением.
Где и как применяются лабораторные химические реакторы?
Химические реакторы используются в таких процессах, как растворение твердых веществ, смешивание продуктов, дистилляция, кристаллизация, жидкостная экстракция, полимеризация и т. д. Если вы хотите купить лабораторный химический реактор, то знайте, что есть химические реакторы для химической промышленности, фармацевтической промышленности и т.д. Кроме того, они могут быть названы в соответствии с функцией, которую они выполняют в качестве смесителей или кристаллизаторов. Химические реакторы бывают с рубашкой, со змеевиком, реакторы высокого давления и даже автоклавы, приспособленные для конкретного процесса.
Химреакторы используются в различных отраслях:
В фармацевтике химические реакторы используются для синтеза активных ингредиентов, оптимизации процессов, масштабирования производства, биотрансформации и ферментации, а также очистки и изоляции продуктов. Они обеспечивают контролируемые условия для проведения химических и биологических процессов на различных стадиях производства лекарств.
В химической промышленности оборудование используется для синтеза новых химических соединений для проведения химических реакций и получения различных продуктов, для разработки новых материалов и оптимизации процессов производства.
В энергетике хим.реакторы используются для разработки и исследования процессов эффективного использования и хранения энергии, таких как аккумуляторы, солнечные батареи и прочие топливные элементы.
Можно с уверенностью утверждать, что почти во всех отраслях науки в тои или иной степени используются химические реакторы.
История появления химических реакторов
История создания химических реакторов тесно связана с развитием химической науки. Хотя точные даты и события могут быть разными, можно выделить некоторые ключевые этапы, среди которых:
- В древнем мире (античность, средние века) особенно в Древнем Египте, Греции и Риме, проводились химические эксперименты, включая рафинирование металлов, создание сплавов и изучение взаимодействия химических веществ. Несмотря на примитивность технологий, это были первые шаги к развитию химии. В средневековой алхимии ученые, такие как Гебер, Парацельс и Роберт Бойль, проводили эксперименты, направленные на превращение металлов в золото, создание эликсира бессмертия и изучение свойств веществ. Хотя многие цели были мистическими, их исследования способствовали открытию новых химических элементов и развитию химических аппаратов.
- Начало модернизации химии: В 18-19 веках химия преобразилась из алхимии в систематизированную науку. Ученые, такие как Антуан Лавуазье, Юстус фон Либих и Дмитрий Менделеев, сделали значительные открытия в химии и стандартизировали методы исследования. В это время появились первые лабораторные реакторы, такие как стеклянные колбы, пробирки и реторты, используемые для проведения контролируемых химических реакций.
- 20 век: С развитием промышленной химии и появлением новых отраслей, таких как фармацевтика, пластмассы и нефтехимия, стало необходимым создание более сложных и эффективных лабораторных реакторов. Реакторы стали более сложными и совершенными, с возможностью контролировать температуру, давление, смешивание и другие параметры процесса, что позволило ученым проводить более точные и сложные эксперименты, а также оптимизировать производственные процессы. Это развитие способствовало значительному расширению знаний в области химии и смежных наук.
Какие химические реакторы существуют?
Химические реакторы различаются по конструкции, принципу работы, объему, применению, итд. Вот некоторые основные типы химических реакторов.
Стеклянные реакторы из боросиликатного стекла
Стеклянные реакторы изготавливаются из боросиликатного стекла. Боросиликатное стекло — это стекло, содержащее триоксид бора, благодаря чему оно имеет очень низкий коэффициент расширения. На практике это означает, что он обладает высокой устойчивостью к т.н. термоударам, т.е. не бьется при резких перепадах температуры, как в случае с обычным стеклом. Еще проще: стакан из боросиликатного стекла можно переместить из морозилки в разогретую духовку, и он не разобьется. В этот же стакан можно налить кипяток и быть уверенным, что сосуд сохранит свою целостность. Эта термостойкость боросиликатного стекла выше среднего делает его широко используемым в химических реакторах.
Будучи прозрачными, стеклянные реакторы позволяют наблюдать за развитием реакций, что дает очень полезную информацию об изменении цвета, агрегатном состоянии. Кроме того, стекло обладает высокой химической стойкостью, что позволяет использовать стеклянные реакторы для работы с широким спектром химических реагентов, включая агрессивные и коррозийные среды. Недостатком является то, что они не подходят для работы при средних или высоких давлениях.
Металлические реакторы
Обычно такие реакторы изготавливаются из нержавеющей стали, а также из никеля, титана, циркония и других сплавов. Они позволяют работать при более высоких температурах и давлениях, до сотен атмосфер и около 500 °С.
Большинство органических реакций можно проводить на нержавеющей стали, хотя существуют и другие коррозионно-стойкие сплавы для использования в реакциях с кислотами, основаниями, солями или коррозионно-активными газами.
Другой вариант — использовать эмалированную или тефлоновую чашку, расположенную внутри металлического цилиндра, чтобы избежать прямого контакта с реакционной смесью, что требует специального покрытия внутренней части крышки.
В крышку реактора, которая обычно завинчивается с помощью металлического кольца с системой закрытия, обеспечивающей герметичность, могут быть встроены клапаны или соединения для обеспечения доступа газов, отбора проб, измерения внутренних параметров или предохранительных элементов.
Другие типы реакторов
Существует широкий выбор реакторов, их можно найти из нержавеющей стали и углеродистой стали, они адаптированы к инфраструктуре личных ресурсов, машин и систем. Кроме того, они также могут быть оснащены клапанами, соединениями, трубами и системами автоматизации в соответствии с потребностями. Например; реакторы с рубашкой или спиральные реакторы могут использоваться для охлаждения или нагревания эндотермических или экзотермических реакций. Эти реакторы с рубашкой известны как реакторы с рубашкой, которые, как следует из названия, имеют рубашку, окружающую главный бак. Которая служит для регулирования температуры (циркуляции холодной или горячей среды через указанную рубашку) во время реакции, служит для нагрева ниже 150ºC и ее вместимость может составлять 500–60 000 литров. Спиральные реакторы используются для контроля температуры реагентов за счет циркуляции хладагентов или нагревателей внутри змеевика, окружающего основной бак. Они идеально подходят для средней теплопередачи, где температура нагревателя должна быть выше 150ºC.
Также существуют такие типы химических реакторов как:
- Реакторы периодического действия
- Непрерывный с мешалкой
- С поршневым потоком
- итд.