Sekoitussäiliöreaktori

Sekoitussäiliöreaktorin poikkileikkaus

Sekoitussäiliöreaktori, josta usein käytetään lyhennettä CSTR (engl. Continuous stirred-tank reactor) on eräs jatkuvatoimisten kemiallisten reaktorien ideaalireaktorimalleista. Sekoitussäiliöreaktori on säiliömäinen reaktori, joka poikkeaa panosreaktorista siten, että stationääritilassa reaktoriin sekä syötetään lähtöaineita että poistetaan tuotetta samanaikaisesti.

Periaate ja käyttö

Sekoitussäiliöreaktoreissa oletetaan olevan ideaalisen täydellinen sekoitus koko reaktiotilavuuden osalta. Missään kohti reaktiota ei siis ole konsentraatio- tai lämpötilagradientteja. Tällöin kemiallisen reaktion yhteydessä reaktoriin kertyvä ainemäärä dN/dt on ainetaseen perusteella

${\frac {dN_{i}}{dt}}=F_{o}-F_{i}+V\cdot r_{i}$,

missä Fo on virtaus reaktorista ulos, Fi on virtaus reaktorin sisään, V on reaktorin tilavuus ja r on reaktiolle ominainen reaktionopeus.

Stationääritilassa eli tilassa joka pysyy vakiona ajasta riippumatta reaktoriin kertyvä ainemäärä on nolla. Tällöin ideaalisesti toimivan sekoitussäiliöreaktorin tilavuus on $V={\frac {F_{o}-F_{i}}{-r_{i}}}$

Sekoitussäiliöreaktoreita käytetään reaktioissa, jotka vaativat voimakasta sekoitusta. Reaktoria käytetään erityisesti nestefaasissa tapahtuvissa reaktioissa, mutta lähtöaineet voivat olla myös kahdessa eri faasissa esimerkiksi neste ja kaasu. Sekoitussäiliöreaktoreita käytetään muun muassa liuospolymeroinneissa ja useiden bulkki- ja hienokemikaalien tuotannossa. Mikäli reaktio on hidas voidaan käyttää myös useita reaktoreita sarjassa. Sekoitussäiliöreaktorien etuna ovat helppo lämmönsiirto, helposti toistettavat prosessit, jotka johtavat yhtenäiseen laatuun eri tuotantoerien välillä ja alhaiset käyttökustannukset. Huonoja puolia esimerkiksi putkivirtausreaktoriin nähden ovat alhaisemmat konversiot ja saannot johtuen siitä, että tuotteen mukana reaktorista poistuu aina myös lähtöainetta, edellisen prosessin lopettaminen ja uuden tuotteen valmistamisen aloitus on hidasta ja reaktorilla on suhteellisen korkeat investointikustannukset.