เครื่องปฏิกรณ์ตกผลึกคืออะไร

เครื่องปฏิกรณ์ตกผลึกเป็นอุปกรณ์สำหรับทำปฏิกิริยาตกผลึกชนิดหนึ่งซึ่งมีผลผลิตและมีความบริสุทธิ์สูง ปฏิกิริยานี้เป็นวิธีการแยกสารเคมีในสารละลายโดยผ่านกระบวนการตกผลึก ซึ่งมักใช้ในการเตรียมผลึกหรือผลิตภัณฑ์ที่เป็นของแข็งที่มีความบริสุทธิ์สูง

ขั้นตอนการทำงานของอุปกรณ์เครื่องปฏิกรณ์ตกผลึกมักจะละลายสารตั้งต้นในตัวทำละลายก่อน จากนั้นจึงตกผลึกสารเป้าหมายในสารละลายเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่เป็นของแข็งผ่านการควบคุมอุณหภูมิที่เหมาะสมและการเหนี่ยวนำให้เกิดการตกผลึก สุดท้าย ผลิตภัณฑ์ที่เป็นของแข็งจะถูกแยกออกจากตัวทำละลายด้วยอุปกรณ์แยกเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่เป็นผลึกบริสุทธิ์

 

โครงสร้างและหลักการ

• ภาชนะทำปฏิกิริยา: มักทำจากแก้วหรือสแตนเลส และสามารถปรับปริมาตรได้ตามความต้องการที่แท้จริง บางครั้งถังปฏิกิริยาจะได้รับการเสริมกำลังเพื่อความปลอดภัยและความเสถียรในระหว่างการทำปฏิกิริยา
• อุปกรณ์กวน: อุปกรณ์กวนอาจเป็นแบบกลไกหรือแม่เหล็ก ซึ่งใช้ในการผสมและกวนสารตั้งต้น และส่งเสริมความสม่ำเสมอของปฏิกิริยาและสารละลาย ในปฏิกิริยาการตกผลึก การกวนยังสามารถมีบทบาทในการกระตุ้นการเติบโตของผลึกได้
• อุปกรณ์ทำความร้อนหรือทำความเย็น: อุปกรณ์ทำความร้อนหรือทำความเย็นเป็นส่วนสำคัญของเครื่องจักร ซึ่งควบคุมอัตราการตกผลึกและควบคุมกระบวนการตกผลึกโดยการควบคุมอุณหภูมิของปฏิกิริยา อุปกรณ์ทำความร้อนมักเป็นเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าแบบท่อหรือแบบกระเปาะ อุปกรณ์ทำความเย็นมักจะเป็นเครื่องทำความเย็นแบบเกลียว และยังสามารถระบายความร้อนด้วยน้ำหล่อเย็นหรือของเหลวทำความเย็นได้อีกด้วย
• อุปกรณ์กระตุ้นการตกผลึก: อุปกรณ์นี้ใช้เพื่อสร้างนิวเคลียสของผลึกหรือจุดตกผลึก อุปกรณ์กระตุ้นการตกผลึกทั่วไป ได้แก่ เครื่องกวน แท่งเมล็ด อุปกรณ์เมล็ดแขวนลอย ฯลฯ อุปกรณ์เหล่านี้สร้างนิวเคลียสของผลึกที่เสถียรในสารละลายผสมปฏิกิริยาโดยวิธีทางกายภาพหรือทางเคมี จากนั้นกระตุ้นการก่อตัวของผลึก
• อุปกรณ์กรองหรือแยก: หลังจากทำปฏิกิริยา จำเป็นต้องแยกผลิตภัณฑ์โซลิดคริสตัลออกจากเฟสของเหลวในสารละลายผสมปฏิกิริยา ซึ่งต้องใช้อุปกรณ์กรองหรือแยก อุปกรณ์แยกที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ตัวกรอง เครื่องหมุนเหวี่ยง เครื่องตกตะกอน เครื่องสกัด ฯลฯ
• ระบบควบคุม: สุดท้าย ส่วนสำคัญอีกส่วนหนึ่งของเครื่องปฏิกรณ์ตกผลึกเคมีคือระบบควบคุม ซึ่งส่วนใหญ่ใช้เพื่อตรวจสอบและควบคุมพารามิเตอร์ของปฏิกิริยา เช่น อุณหภูมิ ความดัน และความเร็วของการกวน เพื่อให้มั่นใจถึงความก้าวหน้าที่ราบรื่นและความปลอดภัยของปฏิกิริยา

ประเภท

ตามรูปแบบโครงสร้าง มันสามารถแบ่งออกเป็นเครื่องปฏิกรณ์ก้นกลม เครื่องปฏิกรณ์ก้นวงรี และเครื่องปฏิกรณ์ฐานสี่เหลี่ยม

ตามโหมดการทำงาน มันสามารถแบ่งออกเป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบแบตช์และเครื่องปฏิกรณ์แบบต่อเนื่อง

ตามวัสดุ มันสามารถแบ่งออกเป็นกาต้มน้ำปฏิกิริยาแก้ว กาต้มน้ำปฏิกิริยาสแตนเลส และกาต้มน้ำปฏิกิริยาเคลือบฟัน

ตามอุณหภูมิ มันสามารถแบ่งออกเป็นกาต้มน้ำปฏิกิริยาอุณหภูมิสูง กาต้มน้ำปฏิกิริยาอุณหภูมิปานกลาง และกาต้มน้ำปฏิกิริยาอุณหภูมิต่ำ

 

Tโหมดการทำงานทั่วไป

การดำเนินการด้วยตนเอง: เหมาะสำหรับปฏิกิริยาการตกผลึกขนาดเล็กและเรียบง่าย และสามารถดำเนินการได้โดยการกวนด้วยตนเอง การควบคุมอุณหภูมิ และการป้อน

การทำงานแบบกึ่งอัตโนมัติ: เหมาะสำหรับปฏิกิริยาขนาดใหญ่และซับซ้อน สามารถทำงานได้โดยใช้อุปกรณ์อัตโนมัติ เช่น การป้อน การกวน การควบคุมอุณหภูมิ และการระบาย และยังสามารถช่วยด้วยตนเองได้อีกด้วย

การทำงานอัตโนมัติเต็มรูปแบบ: เหมาะสำหรับปฏิกิริยาการตกผลึกขนาดใหญ่และซับซ้อน และสามารถตระหนักถึงการทำงานอัตโนมัติเต็มรูปแบบผ่านระบบควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ รวมถึงการป้อน การกวน การควบคุมอุณหภูมิ และการคายประจุ ซึ่งมีความแม่นยำและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

 

ความแตกต่างระหว่างเครื่องปฏิกรณ์ตกผลึกและเครื่องปฏิกรณ์แบบมีแจ็คเก็ต

หลักปฏิกิริยา: หน่วยปฏิกิริยาการตกผลึกส่วนใหญ่จะใช้สำหรับปฏิกิริยาการตกผลึกแบบโซลิดเฟส กล่าวคือ สารในสารละลายจะค่อยๆ ตกผลึกโดยการควบคุมอุณหภูมิและกวน เครื่องปฏิกรณ์แบบแจ็คเก็ตถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในปฏิกิริยาเคมีต่างๆ รวมถึงปฏิกิริยาเฟสของเหลวและปฏิกิริยาเฟสก๊าซ

โครงสร้างการออกแบบ: เครื่องปฏิกิริยาการตกผลึกมักจะมีการออกแบบโครงสร้างพิเศษ เช่น อุปกรณ์เหนี่ยวนำการตกผลึก และอุปกรณ์ควบคุมการเจริญเติบโตของผลึก อุปกรณ์เหล่านี้สามารถส่งเสริมกระบวนการสร้างคริสตัลและการเจริญเติบโตได้ เครื่องปฏิกรณ์แบบแจ็คเก็ตให้ความสำคัญกับการควบคุมปฏิกิริยาและการนำความร้อนมากกว่า และโครงสร้างแจ็คเก็ตของมันสามารถใช้เพื่อให้ความร้อนหรือทำให้สารทำปฏิกิริยาเย็นลงได้

สภาวะของปฏิกิริยา: เครื่องปฏิกรณ์ตกผลึกให้ความสำคัญกับการควบคุมอุณหภูมิและการกวนมากขึ้น เพื่อควบคุมการเติบโตของรูปร่างและขนาดของผลึก นอกเหนือจากอุณหภูมิและการกวนแล้ว เครื่องปฏิกรณ์แบบแจ็คเก็ตยังสามารถให้ความร้อนหรือระบายความร้อนผ่านแจ็คเก็ตเพื่อควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาและคุณภาพของผลิตภัณฑ์

การประยุกต์ใช้: เนื่องจากโครงสร้างพิเศษและหลักการประยุกต์ใช้ของเครื่องปฏิกรณ์ตกผลึก จึงมักใช้ในปฏิกิริยาตกผลึกแบบโซลิดเฟสและการเพาะเลี้ยงผลึก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมยาและเคมี เครื่องปฏิกรณ์แบบแจ็คเก็ตถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ การเตรียมรีเอเจนต์เคมี ชีวเภสัชภัณฑ์ และสาขาอื่นๆ

 

เกลือทั่วไปที่สามารถผลิตโดยเครื่องปฏิกรณ์ตกผลึก

ซัลเฟต: เช่น โซเดียมซัลเฟต โพแทสเซียมซัลเฟต แคลเซียมซัลเฟต เป็นต้น

คาร์บอเนต: เช่นโซเดียมคาร์บอเนตโพแทสเซียมคาร์บอเนตและโซเดียมไบคาร์บอเนต

ฟอสเฟต: เช่น โซเดียมฟอสเฟต โพแทสเซียมฟอสเฟต โซเดียมไฮโดรเจนฟอสเฟต เป็นต้น

อะซิเตต: เช่นโซเดียมอะซิเตต, โพแทสเซียมอะซิเตตและแอมโมเนียมอะซิเตต

ซัลไฟด์: เช่นโซเดียมซัลไฟด์, โพแทสเซียมซัลไฟด์, แอมโมเนียมซัลไฟด์ ฯลฯ

 

พื้นที่ใช้งาน

สาขาเภสัชกรรม: สามารถใช้ในการเตรียมและทำให้บริสุทธิ์ของยา เช่น การตกผลึกและการทำให้บริสุทธิ์ของยาชีวภาพ การควบคุมการวางแนวคริสตัลและอื่น ๆ ในการใช้งานเหล่านี้ เครื่องปฏิกรณ์สามารถควบคุมรูปร่างและขนาดของผลึกได้อย่างแม่นยำ เพื่อตอบสนองความต้องการพิเศษของยา

สาขาเคมี: เครื่องปฏิกรณ์ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาเคมี เช่น การสังเคราะห์สารเคมีอินทรีย์และวัสดุโพลีเมอร์ และการผลิตวัสดุเชิงฟังก์ชัน สามารถควบคุมสภาวะการเกิดปฏิกิริยา สามารถเลือกรูปร่างคริสตัลและการปรับขนาดได้ และทำให้ได้ผลิตภัณฑ์คุณภาพสูง

ในสาขาอุตสาหกรรมเคมีชั้นดีและวัสดุศาสตร์ เครื่องปฏิกรณ์ยังสามารถใช้เพื่อเตรียมวัสดุใหม่ เช่น วัสดุกรอบโลหะ-อินทรีย์ และโพลีเมอร์ประสานกัน การควบคุมปฏิกิริยาที่แม่นยำและการควบคุมสภาวะการเจริญเติบโตของผลึกยังให้วิธีการที่มีประสิทธิภาพในการปรับโครงสร้างและคุณสมบัติของวัสดุ

อุตสาหกรรมอาหาร: กาต้มน้ำปฏิกิริยาการตกผลึกสามารถใช้ในการผลิตวัตถุเจือปนอาหารและเม็ดสี เช่น น้ำตาล กรดอะมิโน และสารอื่นๆ ผลิตภัณฑ์คริสตัลมีความบริสุทธิ์สูง สีและรูปร่างดี และเป็นไปตามมาตรฐานด้านสุขอนามัยอาหาร