ריאקטורים למעבדה משמשים לייעול התגובות וזרימות התהליך בניסויי כימיה.לתוך הריאקטורים שמים את החומרים שצריך ליצירת התוצר.הריאקטור משמש לתהליך תסיסה מנתי וכן לתהליך תסיסה רציף. כדי לדעת באיזה תסיסה לבחור זה חייב להיות על פי אופי וסוג החומר ששמים בתוך המיכלים.את מערכת הריאקציה ניתן להתאים לכל מיכל ביחס לנפח הרצוי (הנפח נקבע בהתאם לסוג המחקר ולחומרי הגלם).
סוגי ריאקטורים
ריאקטור צינורי, ריאקטור רציף וריאקטור מנתי. אלה הנפוצים ביותר במעבדה ולתעשייה.
ריאקטור צינורי משמש לתגובות פאזה גזית אחידה,גאזה נוזלית אחידה ותגובות גז נוזל ומוצק. בריאקטור רציף הריכוזים אינם משתנים בזמן או מקום.
מה תפקידו של הריאקטור במעבדה
תפקידו הוא לבחון תגובות כימיות של חומרים שונים בנבדקים במסגרת המעבדה.
מהו ראקטור מעבדתי ולמה משתמשים בו?
ראקטורים מעבדתיים מיועדים בעיקר לפיתוח תהליכים, סינתזה של חומרים, בדיקת קטליזטורים, אופטימיזציה של תגובות ומעבר מתהליכים בקנה מידה מעבדתי לשלב הפיילוט.
ראקטור הוא כלי סגור שבו מבצעים תגובה כימית בתנאים מבוקרים. בניגוד לכוס מעבדה רגילה, ראקטור מאפשר לשלוט בפרמטרים שונים לאורך התהליך:
- טמפרטורה
- לחץ
- מהירות וסוג הערבול
- הזנת גזים או נוזלים
- קצב זרימה
- זמן שהייה
- קירור וחימום
- דגימה במהלך התגובה
- עבודה באטמוספרה אינרטית, מחמצנת, מחזרת או בוואקום
קיימים סוגים רבים של ראקטורים מעבדתיים, כאשר הבחירה במערכת המתאימה תלויה בין היתר בסוג התגובה, נפח העבודה, הלחץ, הטמפרטורה, צמיגות החומר, סוג הערבול הנדרש ואופי התהליך.
1. ראקטורים בלחץ גבוה עם ערבול מגנטי - NS Series
הדגמים הרגילים מוצעים בנפחים של כ-10 עד 1,000 מ"ל, עם אפשרויות לעבודה בלחצים ובטמפרטורות גבוהים מאוד.
חומרי המבנה כוללים 316L, Hastelloy C-276, טיטניום וחומרים מיוחדים נוספים.
שימושים
- תגובות בלחץ גבוה
- הידרוגנציה וחמצון
- תגובות גז-נוזל
- סינתזה של כימיקלים עדינים
- בדיקת קטליזטורים
- סינתזת חומרים
- תגובות עם גזים כגון מימן, חמצן, CO₂ או חנקן
- מחקרי פולימריזציה
- תגובות הדורשות מערכת אטומה ללא אטם ציר מכני
משתמשים עיקריים
- מעבדות כימיה אורגנית וסינתטית
- מעבדות קטליזה
- מעבדות תרופות וחומרי ביניים
- חברות כימיקלים
- אוניברסיטאות ומכוני מחקר
- מעבדות פיתוח חומרים
- חברות אנרגיה ופטרוכימיה
מתי לבחור ערבול מגנטי?
ערבול מגנטי מתאים כאשר החומר נוזלי יחסית, נפח העבודה קטן ונדרשת מערכת אטומה מאוד. החיבור המגנטי מצמצם את הסיכון לדליפה דרך ציר הערבול.
2. ראקטורים עם ערבול מכני - MS / MSI / MSG / MA / MSL
במערכות אלה משתמשים במערבל מכני בעל מומנט גבוה. הדגמים הקטנים מוצעים בנפחים של עשרות עד מאות מיליליטרים, ואילו סדרות הפיילוט מגיעות לכ-1 עד 30 ליטר.
ניתן להגיע לטמפרטורות של עד 550°C וללחצים של מאות bar, בהתאם לנפח ולתצורת המערכת.
שימושים
- תערובות צמיגות
- תרחיפים ואבקות בתוך נוזל
- תגובות נוזל-מוצק
- תגובות גז-נוזל-מוצק
- פולימריזציה
- שרפים ודבקים
- הכנת חומרים פונקציונליים
- תגובות שבהן נדרש פיזור גז יעיל
- מעבר ממעבדה לפיילוט
- תהליכים עם טעינה, דגימה וריקון מבוקרים
משתמשים בתעשיות ובמעבדות
- פלסטיקה ופולימרים
- דבקים, צבעים וציפויים
- כימיקלים מיוחדים
- תרופות וחומרי ביניים
- פטרוכימיה
- סוללות וחומרי אלקטרודה
- חומרים קרמיים
- ביומסה
- מעבדות פיתוח תהליכים
ההבדל לעומת ערבול מגנטי
ראקטור עם ערבול מכני עדיף כאשר החומר צמיג, כאשר יש אחוז מוצקים גבוה או כאשר נדרש מומנט משמעותי. ליישומים פשוטים יותר עם נוזל בעל צמיגות נמוכה, ערבול מגנטי עשוי להספיק ולהוות פתרון פשוט יותר.
3. ראקטורים עם מספר עמדות - Parallel Reactors
מערכות Parallel Reactors כוללות 2, 4 או 6 ראקטורים הנשלטים בנפרד. מטרתן היא לבצע מספר ניסויים בו-זמנית, באותם תנאים או בתנאים שונים.
שימושים
- סריקה מהירה של קטליזטורים
- השוואת מספר פורמולציות
- אופטימיזציה של טמפרטורה, לחץ וזמן תגובה
- בדיקת ריכוזים שונים
- ניסויי Design of Experiments
- חיסכון בזמן ובחומרי גלם
משתמשים
- חברות תרופות
- מעבדות קטליזה
- חברות כימיקלים
- חברות חומרים וסוללות
- אוניברסיטאות
- מעבדות פיתוח פורמולציות
מערכות אלה מסייעות לקצר באופן משמעותי את זמני הפיתוח באמצעות ביצוע מספר ניסויים במקביל.
4. ראקטורים פוטוקטליטיים ופוטוכימיים
קיימות מספר תצורות של ראקטורים המיועדים לעבודה פוטוכימית ופוטוקטליטית, ובהן:
- ראקטור לחץ עם חלון ספיר
- ראקטור מקבילי בעל 24 תחנות
- מקורות LED באורכי גל שונים
- סימולטור אור שמש
שימושים
- סינתזה אורגנית פוטוכימית
- פירוק מזהמים באמצעות אור
- פוטוקטליזה
- ייצור מימן פוטוקטליטי
- הפחתת CO₂
- בדיקת קטליזטורים פעילי אור
- מחקר תאים סולאריים
- Photo-redox chemistry
- מחקרי הזדקנות וחשיפה לאור
הראקטור הרב-ערוצי בעל 24 התחנות מיועד לניסויים בתפוקה גבוהה, וניתן להשתמש בו בין היתר לסינתזה פוטוקטליטית ולפירוק פוטוקטליטי.
משתמשים
- מעבדות אנרגיה מתחדשת
- מעבדות כימיה ירוקה
- אוניברסיטאות
- חברות טיפול במים
- מעבדות איכות סביבה
- חברות קטליזטורים
- מעבדות פיתוח תרופות
5. ראקטורים הידרותרמיים - HT Series
סדרת HT כוללת מספר סוגים של ראקטורים הידרותרמיים:
HTG - דגם כללי עם ליינר PTFE
HTS - דגם מחוזק
HTF - דגם אוגן לטמפרטורות וללחצים גבוהים יותר
שימושים בסינתזה הידרותרמית
- ננו-חלקיקים
- תחמוצות מתכת
- זאוליטים
- חומרים קרמיים
- חומרים לסוללות
- חומרים פוטוקטליטיים
- גבישים וחומרים נקבוביים
שימושים בעיכול דוגמאות
- מתכות כבדות
- מזון
- בוצה
- דגימות סביבתיות
- שאריות חקלאיות
- אדמה
- חומרים אורגניים
- יסודות נדירים
- הכנת דוגמאות ל-AAS או ICP
משתמשים
- מעבדות איכות סביבה
- מעבדות מזון
- מעבדות מתכות ויסודות קורט
- אוניברסיטאות
- מעבדות ננו-חומרים
- מכוני גיאולוגיה
- מעבדות חקלאות
- מעבדות ICP, ICP-MS ו-AAS
ראקטור הידרותרמי אינו מהווה תחליף אוטומטי למערכת Microwave Digestion. מדובר בפתרון פשוט וזול יותר, אך בדרך כלל הוא איטי יותר ופחות מבוקר ממערכת מיקרוגל ייעודית.
6. ראקטור הומוגני מסתובב - HR Series
ראקטור הומוגני מסתובב הוא למעשה תנור המחזיק מספר ראקטורים הידרותרמיים ומסובב אותם במהלך החימום.
שימושים
- שיפור הערבוב בתוך מכלי PTFE סגורים
- שמירה על אחידות בין פאזות
- תגובות עם אבקה ומשקע
- סינתזה הידרותרמית אחידה יותר
- ביצוע מספר דוגמאות במקביל
בניגוד לאוטוקלב הידרותרמי רגיל ללא ערבול, המערכת מסובבת את כלי התגובה כדי לשפר את ערבוב חומרי התגובה. היא מוצעת בגרסאות של ארבע או שמונה תחנות.
משתמשים
- מעבדות ננו-חומרים
- מעבדות לחומרים קרמיים
- מעבדות סוללות
- מעבדות מינרלים וזאוליטים
- מעבדות אקדמיות לסינתזה הידרותרמית
7. ראקטורי Fixed-Bed וזרימה רציפה
במערכת Fixed-Bed גז או נוזל זורמים דרך מצע קבוע של קטליזטור.
מערכות אלה זמינות במספר תצורות:
- מערכת רצפתית
- מערכת שולחנית
- Trickle-bed
- Micro-channel reactor
- מערכות בעלות ערוץ אחד או מספר ערוצים
שימושים
- הערכת קטליזטורים
- בדיקת פעילות, סלקטיביות ויציבות
- תגובות גז-מוצק
- תגובות גז-נוזל-מוצק
- הידרוגנציה רציפה
- חמצון
- הפחתת CO₂
- Fischer-Tropsch
- פירוק אמוניה
- טיפול ב-VOCs
- טיפול בגזי פליטה
- בדיקת ממברנות
- פיתוח תהליכי זרימה רציפה
המערכת השולחנית מיועדת בין היתר להערכת קטליזטורים, בדיקת ביצועי ממברנות, חקר קינטיקה ואופטימיזציה של תנאי תהליך. ניתן לחבר אליה GC או Mass Spectrometer לצורך ניתוח התוצרים.
תעשיות ומשתמשים
- פטרוכימיה
- בתי זיקוק
- אנרגיה
- מימן ואמוניה
- טיפול בגזים
- איכות סביבה
- חברות קטליזטורים
- כימיקלים
- תרופות בתהליכי זרימה רציפה
8. ראקטורים צינוריים דינמיים - D1 ו-D2
ראקטורים צינוריים דינמיים הם מערכות זרימה רציפה בעלות שדה גזירה וערבוב פנימי.
שימושים
- תגובות הומוגניות
- תגובות נוזל-נוזל
- תגובות גז-נוזל
- תגובות עם כמות מוגבלת של מוצקים מרחפים
- Scale-up מתהליך מעבדתי לפיילוט
- תגובות אקסותרמיות הדורשות בקרת טמפרטורה לאורך מסלול התגובה
- פיתוח תהליכי Continuous Flow
ה-D1 מתאים למחקר ופיתוח ולסינתזה בקנה מידה של קילוגרמים.
ה-D2 מיועד לפיילוט ולתפוקות גדולות יותר, עד לייצור ניסיוני בקנה מידה של מאות קילוגרמים ואף עשרות טונות, בהתאם לתצורת המערכת.
משתמשים ותעשיות
- מחלקות Process Development
- חברות פארמה
- Fine Chemicals
- חברות Agrochemical
- תעשיית הפולימרים
- מעבדות Scale-up
- יצרנים המעוניינים לעבור מתהליך Batch לתהליך Continuous