Was sind Chargenreaktoren?
Batch-Reaktoren sind Tanks, in denen chemische oder biologische Reaktionen enthalten sind. Der Begriff "Batch" unterscheidet diesen Reaktortyp von kontinuierlichen Reaktoren - in einem Batch-Reaktor werden alle erforderlichen Bestandteile in den Tank gegeben und die chemische Reaktion oder Fermentation kann stattfinden, während in einem kontinuierlichen Reaktor Bestandteile kontinuierlich zugeführt werden der Panzer. Batch-Reaktoren werden für Prozesse wie die Abwasserbehandlung, die pharmazeutische Produktion und die Fermentation verschiedener Produkte eingesetzt.
Der einfachste Batch-Reaktortyp besteht nur aus einem Tank mit Löchern oben für die Eingabe der Reaktanten und die Entfernung des Produkts, obwohl typischerweise auch eine Art Rührmechanismus enthalten sein muss. Eine Jacke, die um den Tank passt, kann auch zur Temperaturregelung verwendet werden. Chargenreaktoren erfordern möglicherweise auch eine Art Belüftungssystem.
Die Zugabe von Bestandteilen zu einem Chargenreaktor ist als "Beschickung" bekannt und der erste Schritt bei der Durchführung einer Chargenreaktion. Der Benutzer des Reaktors berechnet anhand chemischer Reaktionsformeln oder mikrobieller Wachstumsformeln, wie viel von jedem Inhaltsstoff zur Herstellung des gewünschten Produkts benötigt wird. Ähnliche Berechnungen ermöglichen es dem Benutzer, zu bestimmen, wie lange die Reaktion dauern wird. Sobald der Reaktor beschickt ist, kann er während der Reaktion größtenteils in Ruhe gelassen werden. Abhängig von der Art der Reaktion muss der Benutzer möglicherweise die Temperatur und Belüftung im Reaktor überwachen.
Ein üblicher Typ eines Chargenreaktors ist ein sequentieller Chargenreaktor oder ein Sequenzierchargenreaktor, die beide als SBR abgekürzt werden. SBR-Reaktoren werden in der Regel in Kläranlagen für den Belebtschlammprozess eingesetzt, bei dem eine Vielzahl von Bakterien eingesetzt wird, um Verunreinigungen aus dem Wasser zu entfernen. Die Bakterienkulturen wachsen in einem dicken Schlamm, woher das Verfahren seinen Namen hat.
Zum Sequenzieren von Batch-Reaktoren wird zunächst ein Reaktor mit Belebtschlamm mit Abwasser gefüllt. Der Schlamm und das Wasser werden belüftet, um Sauerstoff hinzuzufügen und die Komponenten miteinander zu mischen. Beide helfen den Bakterien, sich von Verunreinigungen im Abwasser zu ernähren. Sobald die Bakterien die meisten Nährstoffe im Wasser aufgenommen haben, beginnen sie abzusterben und die Belüftung wird gestoppt, damit sich der Schlamm am Boden des Reaktors absetzen kann. Nachdem sich der Schlamm abgesetzt hat, wird das behandelte Abwasser aus dem Reaktor entfernt und zur nächsten Stufe des Behandlungsprozesses weitergeleitet.
Fed-Batch-Reaktoren sind eine Kombination aus Batch- und kontinuierlichen Reaktoren. In einem Fed-Batch-Reaktor wird das limitierende Substrat - der bei der Reaktion zuerst auslaufende Inhaltsstoff - kontinuierlich in den Reaktor eingespeist. Der andere Bestandteil wird zu Beginn der Reaktion zugegeben und keiner wird im Verlauf der Reaktion zugegeben.