Стеклянный реактор 100 л: применение, рубашка и мешалка

Стеклянный реактор объёмом 100 литров — это реакционная установка для проведения химических и технологических процессов с возможностью перемешивания, нагрева или охлаждения реакционной смеси, визуального контроля и, при соответствующей комплектации, работы под вакуумом.

Такое оборудование занимает промежуточное положение между небольшими лабораторными реакторами и крупными промышленными установками. Реактор на 100 литров может использоваться при масштабировании лабораторной технологии, в опытном и малотоннажном производстве, для приготовления сравнительно крупных партий продукта и проведения процессов, для которых объёма 5–20 литров уже недостаточно.

В интернет-магазине 5Drops представлен стеклянный реактор объёмом 100 литров с рубашкой, механической мешалкой, системой контроля температуры, холодильником и другими элементами реакционной установки. Номинальный объём колбы составляет 100 литров, а рекомендуемый рабочий объём — приблизительно 60–80% от номинального.

Что такое стеклянный реактор с рубашкой

Основой установки является реакционная ёмкость из боросиликатного стекла. Вокруг рабочей колбы расположена внешняя оболочка — рубашка, через которую циркулирует теплоноситель.

В зависимости от подключённого оборудования через рубашку можно подавать нагретую или охлаждённую жидкость и таким образом изменять температуру находящейся внутри реакционной смеси.

В отличие от обычной ёмкости для смешивания, реактор представляет собой комплексную систему. В неё входят:

• реакционная колба;
• рубашка теплообмена;
• крышка с несколькими технологическими портами;
• привод и вал механической мешалки;
• контроллер скорости перемешивания;
• датчик и дисплей температуры;
• вакуумметр;
• холодильник-конденсатор;
• загрузочная воронка;
• сливной клапан;
• уплотнения;
• несущая рама.

Конструкция реакторов серии HEB также предусматривает фланцы и адаптеры для подключения внешнего оборудования. Это позволяет собирать реакционную установку под конкретный технологический процесс.

Для чего нужен реактор объёмом 100 литров

Главное отличие модели на 100 литров от небольшого лабораторного реактора заключается не только в размере колбы.

Такой объём позволяет переходить от небольших экспериментальных партий к пилотному или малотоннажному масштабу. Например, после отработки процесса на реакторе объёмом 2, 5, 10 или 20 литров технологу может потребоваться проверить, как ведёт себя система при существенном увеличении количества исходного сырья.

Реактор объёмом 100 литров может применяться для:

• химического синтеза;
• приготовления растворов;
• смешивания компонентов;
• экстракции;
• кристаллизации;
• дистилляции;
• концентрирования растворов;
• полимеризации;
• исследования технологических режимов;
• получения опытных партий продукции;
• масштабирования лабораторных процессов.

Реакторы данного типа могут применяться в химической и фармацевтической промышленности, научных исследованиях, пищевых технологиях и других областях, где требуется контролируемое проведение технологических процессов.

100 литров номинального объёма — сколько можно загружать на практике

Одна из важных характеристик при выборе реактора — различие между номинальным и рабочим объёмом.

100 литров — это номинальная вместимость реакционной колбы, а не обязательный объём загрузки.

Для модели HEB-100 рекомендуется использовать рабочий объём на уровне приблизительно 60–80% от номинального. Для реактора на 100 литров это соответствует:

• 60 литрам при заполнении на 60%;
• 70 литрам при заполнении на 70%;
• 80 литрам при заполнении на 80%.

Таким образом, при выборе реактора следует ориентироваться прежде всего на реальный размер производственной партии.

Если технологический процесс регулярно требует обработки около 90–100 литров жидкости за один цикл, реактор номинальным объёмом 100 литров может оказаться недостаточным. В такой ситуации целесообразно рассматривать установку большего объёма.

Почему реактор оснащён рубашкой

Рубашка позволяет передавать тепло реакционной смеси через стенку стеклянной колбы без помещения внутрь реактора отдельного нагревательного элемента.

Через внешний контур циркулирует теплоноситель. В зависимости от технологической задачи он может:

• нагревать реакционную смесь;
• поддерживать установленную температуру;
• отводить выделяющееся в ходе реакции тепло;
• охлаждать продукт;
• обеспечивать последовательные стадии нагрева и охлаждения.

Для работы рубашки необходим внешний источник циркуляции теплоносителя.

Если процесс требует нагрева и поддержания положительной температуры, одним из вариантов может быть циркуляционный жидкостный термостат CY-100. Для охлаждения ниже температуры окружающей среды потребуется подходящий низкотемпературный циркулятор.

Конкретную модель термостата следует подбирать не только по объёму реактора, но и по требуемой температуре, тепло- или холодопроизводительности, скорости циркуляции, используемому теплоносителю и тепловой нагрузке конкретного процесса.

Для чего нужна механическая мешалка

При работе с десятками литров продукта естественной конвекции обычно недостаточно для получения однородной смеси.

Механическая мешалка выполняет сразу несколько функций:

• перемешивает исходные компоненты;
• выравнивает концентрацию веществ по объёму;
• улучшает теплообмен между смесью и стенкой реактора;
• уменьшает температурную неоднородность;
• помогает поддерживать суспензии и эмульсии;
• повышает воспроизводимость технологического процесса.

Модель HEB-100 оснащена бесщеточным двигателем мощностью 200 Вт. Скорость перемешивания регулируется и может достигать 450 об/мин.

При этом максимальная скорость не означает, что реактор необходимо постоянно эксплуатировать именно на 450 об/мин.

Оптимальная скорость зависит от:

• объёма загрузки;
• вязкости среды;
• типа мешалки;
• наличия твёрдой фазы;
• склонности продукта к пенообразованию;
• необходимости интенсивного газожидкостного контакта;
• характера химической реакции.

Запускать мешалку рекомендуется с небольшой скорости с последующим плавным увеличением оборотов.

Зачем реактору холодильник-конденсатор

В верхней части установки располагается стеклянный холодильник.

При нагревании реакционной смеси летучие компоненты могут испаряться. Холодильник позволяет отводить тепло от паров и конденсировать их.

В зависимости от собранной технологической схемы холодильник может использоваться:

• для возврата конденсата обратно в реакционную смесь;
• для работы с обратным холодильником;
• при дистилляции;
• для отбора летучей фракции;
• для снижения потерь растворителя.

Через холодильник должна циркулировать охлаждающая жидкость. При подборе системы охлаждения учитываются температура и количество образующихся паров, характеристики растворителя и производительность процесса.

Можно ли использовать стеклянный реактор 100 л под вакуумом

Конструкция реактора предусматривает возможность подключения вакуумной линии и контроля разрежения при помощи вакуумметра. Для серии HEB заявлен вакуум до 0,098 МПа.

Работа при пониженном давлении может потребоваться для:

• вакуумной дистилляции;
• выпаривания растворителей;
• концентрирования растворов;
• снижения температуры кипения;
• проведения процессов с термочувствительными веществами.

Для создания разрежения потребуется отдельный лабораторный вакуумный насос. В каталоге 5Drops представлены различные типы вакуумных насосов.

Насос необходимо подбирать с учётом требуемого остаточного давления, производительности, объёма системы, типа паров и химической совместимости материалов.

Важно: указанное в технических характеристиках давление 0,3 МПа относится к рубашке реактора. Его не следует интерпретировать как разрешённое избыточное давление внутри реакционной колбы. Эксплуатировать стеклянную реакционную ёмкость под избыточным давлением можно только в том случае, если это прямо предусмотрено технической документацией конкретной модификации и указаны допустимые пределы.

Основные характеристики стеклянного реактора 100 л

* Предельные температуры зависят от применения совместимого нагревательного или низкотемпературного циркуляционного оборудования. Необходимо учитывать также допустимый температурный диапазон теплоносителя, уплотнений и остальных элементов установки.

Почему используется боросиликатное стекло

Прозрачная реакционная колба позволяет непосредственно наблюдать за процессом.

Оператор может визуально контролировать:

• интенсивность перемешивания;
• изменение цвета;
• растворение твёрдой фазы;
• образование осадка;
• кристаллизацию;
• расслоение смеси;
• вспенивание;
• уровень жидкости;
• появление других визуальных изменений.

Это одно из существенных отличий стеклянного реактора от непрозрачной металлической ёмкости.

Боросиликатное стекло используется благодаря его химической и термической стойкости. Однако перед работой с конкретной средой необходимо проверить химическую совместимость не только самой колбы, но и PTFE-уплотнений, клапанов, шлангов и остальных деталей, контактирующих с продуктом.

Стеклянный или металлический реактор — что выбрать

Для большого количества задач используются как стеклянные, так и металлические реакторы.

Стеклянный реактор имеет преимущество, когда:

• важен визуальный контроль процесса;
• проводится разработка технологии;
• ассортимент продуктов часто меняется;
• необходима хорошая химическая стойкость контактирующей поверхности;
• требуется сравнительно простая очистка и проверка состояния рабочей зоны;
• установка используется в исследовательском или пилотном производстве.

Металлический реактор обычно рассматривают, когда:

• требуются существенно большие объёмы;
• необходимо работать при значительном избыточном давлении;
• существует высокий риск механического воздействия;
• оборудование является частью постоянной промышленной линии;
• требования процесса делают использование стеклянной ёмкости непрактичным.

Выбор материала реактора необходимо делать исходя из технологического процесса, а не только стоимости оборудования.

Где применяется реактор на 100 литров

Химическое производство

Стеклянный реактор можно использовать для синтеза органических и неорганических соединений, растворения, смешивания, экстракции и исследования параметров реакции.

Объём 100 литров удобен при переходе от лабораторной разработки к получению опытных партий продукта.

Фармацевтические разработки

Реакторная установка может применяться при разработке процессов получения и очистки веществ, приготовлении растворов и экстракции компонентов.

Необходимо учитывать требования конкретного производства к материалам, чистоте, валидации, документации и санитарной обработке оборудования.

Косметическое производство

Реактор может использоваться при разработке и приготовлении жидких и полужидких составов, экстракции исходного сырья и подготовке отдельных компонентов косметической продукции.

Применимость конкретной мешалки для вязких составов необходимо проверять отдельно: мощность двигателя и максимальные обороты сами по себе не гарантируют эффективное перемешивание продукта с высокой вязкостью.

Экстракция

В реактор можно загружать исходное сырьё и экстрагент, поддерживать необходимую температуру и постоянно перемешивать смесь.

После завершения процесса жидкую фазу можно удалить через сливной узел либо направить на последующие стадии обработки.

Пилотное производство

Один из наиболее интересных вариантов применения реактора объёмом 100 литров — масштабирование уже разработанной технологии.

При переходе с небольшой колбы или реактора на 5–10 литров непосредственно к промышленному оборудованию технологический риск может быть высоким. Промежуточная установка позволяет проверить перемешивание, теплообмен, продолжительность процесса и другие параметры при увеличенном объёме.

При этом нельзя механически переносить режим с малого реактора на большой. При масштабировании меняются условия тепло- и массообмена, поэтому технологические параметры требуют повторной отработки.

Какое оборудование потребуется вместе с реактором

Сам реактор представляет собой основу установки. Возможности всей системы определяются подключённым дополнительным оборудованием.

Термостат

Термостат необходим для циркуляции теплоносителя через рубашку и управления температурой.

Для нагрева реактора на 100 литров можно рассматривать циркуляционный жидкостный термостат CY-100, однако окончательный подбор необходимо выполнять по параметрам конкретного процесса.

Низкотемпературный циркулятор

Низкотемпературный циркулятор необходим, если реакцию или продукт требуется охлаждать ниже температуры окружающей среды.

Вакуумный насос

Вакуумный насос требуется для дистилляции, выпаривания и других процессов при пониженном давлении.

Важно учитывать химическую стойкость насоса и вероятность попадания в него паров растворителя. В некоторых случаях между реактором и насосом предусматривают дополнительные ловушки или систему конденсации.

Посмотреть подходящее оборудование можно в разделе «Вакуумные насосы».

Охлаждение холодильника

Конденсатор реактора требует отдельной подачи охлаждающей жидкости. Для периодической работы может применяться подходящая проточная система, а для постоянных и воспроизводимых процессов обычно удобнее циркуляционный охладитель.

Шланги и соединения

Шланги должны соответствовать температуре, давлению и химическому составу используемой среды.

Особенно внимательно необходимо подбирать магистраль циркуляции высокотемпературного теплоносителя.

Как выбрать реактор 100 литров

Перед покупкой оборудования полезно составить краткое техническое задание.

1. Определите реальный объём одной партии

Если планируется загружать 50–70 литров, модель на 100 литров имеет необходимый запас свободного пространства.

Если партия близка к 100 литрам, следует рассмотреть более крупную установку.

2. Укажите минимальную и максимальную температуру процесса

Это позволит подобрать термостат, хладагент и соединительные шланги.

3. Определите вязкость продукта

Чем выше вязкость, тем большее значение приобретают мощность привода, форма и диаметр мешалки.

4. Уточните необходимость вакуума

Если предполагается вакуумная дистилляция или выпаривание, необходимо одновременно подобрать насос и элементы защиты вакуумной линии.

5. Проверьте химическую совместимость

Состав необходимо проверить на совместимость с:

• боросиликатным стеклом;
• PTFE;
• материалом мешалки;
• клапанами;
• шлангами;
• уплотнениями.

6. Проверьте доступное пространство

Реактор HEB-100 представляет собой напольную установку высотой около 2,4 метра и массой около 95 кг. Необходимо учитывать не только место установки, но и высоту помещения, дверные проёмы, возможность доставки и пространство для подключения холодильника, шлангов и другого оборудования.

7. Определите доступное электропитание

Сам реактор рассчитан на питание 220 В / 50 Гц. Однако дополнительное оборудование может иметь другие требования. Например, мощный циркуляционный термостат может потребовать трёхфазного питания 380 В.

Этот момент желательно проверить ещё до покупки комплекта оборудования.

Как подготовить место для установки

Стеклянный реактор на 100 литров нельзя рассматривать как обычный настольный лабораторный прибор.

Необходимо заранее предусмотреть:

• ровный устойчивый пол;
• достаточную высоту помещения;
• свободный доступ оператора;
• вентиляцию;
• электрическое питание;
• заземление;
• место для термостата;
• место для вакуумного насоса;
• размещение охлаждающей установки;
• безопасную прокладку шлангов;
• возможность слива и обслуживания оборудования.

Реактор следует устанавливать на устойчивой поверхности в хорошо освещённом и вентилируемом помещении, оставляя достаточное пространство для подключения и обслуживания дополнительного оборудования.

Основные правила безопасной эксплуатации

Перед каждым запуском необходимо визуально проверять состояние стеклянной колбы, соединений и уплотнений.

Нельзя эксплуатировать реактор при наличии трещин или сколов стеклянных элементов.

Также необходимо:

• проверять герметичность соединений до создания вакуума;
• начинать перемешивание с небольшой скорости;
• не превышать параметры, указанные производителем;
• использовать теплоноситель, рассчитанный на требуемую температуру;
• применять средства индивидуальной защиты;
• обеспечить заземление оборудования;
• открывать сливной клапан постепенно;
• дать установке остыть перед очисткой и обслуживанием;
• учитывать свойства используемых химических веществ.

При работе с летучими, токсичными или иными опасными веществами необходимо использовать соответствующую вытяжную вентиляцию и средства индивидуальной защиты.

Частые вопросы о стеклянных реакторах 100 л

Какой рабочий объём у реактора на 100 литров?

Для модели HEB-100 рекомендуется использовать приблизительно 60–80% номинальной вместимости, то есть около 60–80 литров.

Есть ли у реактора мешалка?

Да. Установка комплектуется механической системой перемешивания. Для модели на 100 литров предусмотрен бесщеточный двигатель мощностью 200 Вт и регулируемая скорость до 450 об/мин.

Можно ли нагревать реактор?

Да. Нагрев производится за счёт циркуляции теплоносителя через рубашку. Для этого требуется внешний жидкостный термостат.

Может ли реактор охлаждать продукт?

Сама установка не создаёт холод. Для охлаждения необходимо подключить к рубашке внешний низкотемпературный циркулятор подходящей мощности.

Можно ли использовать реактор под вакуумом?

Конструкция предусматривает вакуумную работу. Для создания разрежения необходим внешний вакуумный насос.

Можно ли использовать реактор под избыточным давлением?

Не следует считать значение давления в рубашке допустимым давлением внутри реакционной ёмкости. Работу стеклянной колбы под избыточным давлением допускают только в пределах, прямо установленных технической документацией конкретного оборудования.

Какой термостат нужен для реактора 100 л?

Подбор зависит от температурного режима и мощности, требуемой конкретным процессом. Для нагрева в ассортименте 5Drops представлен циркуляционный термостат CY-100. Для процессов с охлаждением потребуется соответствующая система охлаждения.

Можно ли использовать реактор для вязких продуктов?

Возможность работы зависит от реальной вязкости, объёма загрузки, формы мешалки и требуемой интенсивности перемешивания. Перед приобретением оборудования для густых смесей желательно предоставить поставщику параметры продукта для проверки применимости привода.

Чем реактор 100 л отличается от модели 50 л?

Помимо номинального объёма, меняются размеры установки, параметры реакционной колбы и допустимый размер партии. В каталоге 5Drops представлены стеклянные и стальные реакторы различных объёмов, поэтому оборудование можно подбирать под масштаб конкретного процесса.

Где купить стеклянный реактор 100 литров

В интернет-магазине 5Drops можно заказать стеклянный реактор 100 л с рубашкой и механической мешалкой.

Перед покупкой оборудования такого класса желательно определить:

• объём одной партии;
• состав и вязкость продукта;
• рабочую температуру;
• необходимость охлаждения;
• необходимость вакуума;
• применяемые растворители;
• требования к скорости перемешивания;
• доступное напряжение электросети.

Эти сведения позволяют подобрать не только сам реактор, но и необходимое дополнительное оборудование: термостат, систему охлаждения, вакуумный насос и соединительные элементы.

Другие варианты оборудования можно посмотреть в разделе «Стеклянные и стальные реакторы».

Для общего знакомства с устройством реакторных систем также рекомендуем статью «Что нужно знать о стеклянных лабораторных реакторах».

Посмотреть характеристики и заказать стеклянный реактор 100 литров