SØK

Hva er kjemiske reaktorer? Typer av kjemiske reaktorer

En kjemisk reaksjon er en prosess somfører til transformasjon av reagenser. Det er preget av endringer som resulterer i en eller flere produkter som er forskjellige fra de opprinnelige. Kjemiske reaksjoner er av en annen art. Det avhenger av typen reagenser, stoffet som er oppnådd, betingelsene og tidspunktet for syntesen, dekomponering, forskyvning, isomerisering, syre-base, oksidasjonsreduksjon, organiske prosesser etc.

Kjemiske reaktorer er tanker,beregnet til å utføre reaksjoner for å produsere sluttproduktet. Deres design avhenger av ulike faktorer og bør gi maksimal avkastning på den mest kostnadseffektive måten.

typer

Det er tre grunnleggende grunnmodeller av kjemiske reaktorer:

  • Periodisk handling.
  • Kontinuerlig med en omrører (HPM).
  • Reaktor med stempelflow (PFR).

Disse grunnmodellene kan endres i samsvar med kravene i kjemisk prosess.

kjemiske reaktorer

Batchreaktor

Kjemiske enheter av denne typen brukes isatsprosesser med små produksjonsvolumer, lange reaksjonstider, eller hvor bedre selektivitet oppnås, som i noen polymerisasjonsprosesser.

For dette formål, for eksempel containere frarustfritt stål, hvis innhold blandes av interne arbeidsblader, gassbobler eller ved hjelp av pumper. Temperaturregulering utføres ved hjelp av varmevekslerskjorter, vanningskjølere eller pumping gjennom en varmeveksler.

Batch reaktorer nåTid brukt i kjemisk og næringsmiddelindustrien. Deres automatisering og optimalisering skaper kompleksitet, siden det er nødvendig å kombinere kontinuerlige og diskrete prosesser.

Semi-periodiske kjemiske reaktorer kombinererArbeid i kontinuerlig og periodisk modus. En bioreaktor, for eksempel, blir periodisk ladet og utløser kontinuerlig karbondioksid, som må fjernes kontinuerlig. På samme måte, under kloreringsreaksjonen, når klorgass er en av reaktantene, hvis den ikke kontinuerlig injiseres, forsvinner det meste av det.

For å sikre store produksjonsvolumer, brukes hovedsakelig kontinuerlige kjemiske reaktorer eller metalltanker med omrører eller med kontinuerlig strømning.

omrørt tankreaktor

Kontinuerlig reaktor med omrører

Rustfritt stål tanker tjener flytendereagenser. For å sikre riktig samhandling, er de blandede arbeidsblader. I reaktorer av denne type blir reaktantene kontinuerlig matet inn i den første tanken (vertikal, stål), så kommer de inn i de neste, samtidig blandes grundig i hver tank. Selv om blandingen av blandingen er homogen i hver enkelt tank, i systemet som helhet, varierer konsentrasjonen fra kapasitet til kapasitet.

Gjennomsnittlig tid som er diskretmengden reagens brukt i tanken (oppholdstid) kan beregnes ved ganske enkelt å dele volumet av tanken med den gjennomsnittlige volumstrømningshastigheten gjennom den. Den forventede prosentsatsen for fullføring av reaksjonen beregnes ved bruk av kjemisk kinetikk.

Beholdere er laget av rustfritt stål eller legeringer, samt med emaljebelegg.

vertikal ståltank

Noen viktige aspekter ved HPM

Alle beregninger utføres under hensyntagen til det ideelleblanding. Reaksjonen fortsetter i en hastighet assosiert med den endelige konsentrasjon. Ved likevekt må strømningshastigheten være lik strømningshastigheten, ellers vil tanken overflyte eller tømme.

Det er ofte kostnadseffektivt å jobbe med fleresekvensiell eller parallell hsm. Rustfrie tanker montert i en kaskade på fem eller seks enheter kan oppføre seg som en stempelstrømningsreaktor. Dette tillater den første enheten å arbeide med en høyere konsentrasjon av reagenser og derfor en høyere reaksjonshastighet. Også i den vertikale ståltanken kan det plasseres flere stadier av theorm, i stedet for prosessene som finner sted i forskjellige beholdere.

I den horisontale versjonen er flertrinnsdelen fordelt av vertikale partisjoner av forskjellige høyder, hvor blandingen strømmer i kaskader.

Når reagenser er dårlig blandet eller signifikantvarierer i tetthet, ved hjelp av en vertikal flertrinnsreaktor (emaljert eller rustfritt stål) i motstrømsmodus. Det er effektivt for reversible reaksjoner.

Et lite pseudo-væskelag er heltblandet. En stor kommersiell fluid bed-reaktor har en nesten jevn temperatur, men kombinerer blandbare og fordrevne strømmer og overgangsstater mellom dem.

rustfritt stål tanker

Kjemisk plug-flow-reaktor

RPP er en reaktor (rustfritt) i hvilken eneller flere flytende reagenser pumpes gjennom et rør eller rør. De kalles også rørformet strømning. Det kan ha flere rør eller rør. Reagenser blir stadig matet gjennom den ene enden, og produktene kommer ut av den andre. Kjemiske prosesser fortsetter når blandingen går.

I RPP er reaksjonshastigheten gradient: ved inngangen er det veldig høyt, men med en reduksjon i konsentrasjonen av reagenser og en økning i innholdet i produktene av sin produksjon, reduseres hastigheten. Normalt oppnås en tilstand av dynamisk likevekt.

Både horisontal og vertikal orientering av reaktoren er vanlig.

Når varmeoverføring kreves, plasseres individuelle rør i en jakke eller en skål-og-rør-varmeveksler brukes. I sistnevnte tilfelle kan kjemikaliene være i foringsrøret eller i røret.

Metalltanker med stor diameter meddyser eller bad ligner RPP og er mye brukt. I noen konfigurasjoner brukes aksial og radiell strømning, flere skall med integrerte varmevekslere, den horisontale eller vertikale posisjonen til reaktoren og så videre.

Reagentanken kan fylles med katalytiske eller inerte faste partikler for å forbedre kontaktflaten i heterogene reaksjoner.

Viktig i RPT er det i beregningene ikkevertikal eller horisontal blanding er tatt i betraktning - dette er hva som menes med begrepet "stempelstrøm". Reagenser kan innføres i reaktoren ikke bare i innløpet. Dermed er det mulig å oppnå høyere effektivitet av RPT eller redusere størrelsen og kostnaden. Utførelsen av RPP er vanligvis høyere enn den for HPM av samme volum. Ved like verdier av volum og tid i stempelreaktorer vil reaksjonen ha en høyere prosentandel av ferdigstillelse enn i blandingsenheter.

rustfritt stål reaktor

Dynamisk balanse

For de fleste kjemiske prosesser umuligoppnå 100 prosent ferdigstillelse. Deres hastighet avtar med veksten av denne indikatoren til det øyeblikk når systemet når en dynamisk likevekt (når den totale reaksjons- eller sammensetningsendringen ikke forekommer). Likevektspunktet for de fleste systemer er under 100% fullføring av prosessen. Av denne grunn er det nødvendig å utføre en separasjonsprosess, for eksempel destillasjon, for å skille de resterende reagenser eller biprodukter fra målet. Disse reagensene kan noen ganger gjenbrukes i begynnelsen av en prosess, for eksempel Haber-prosessen, for eksempel.

Anvendelse av RPP

Stempelstrømningsreaktorer brukes tilutfører kjemiske transformasjoner av forbindelser under deres bevegelse gjennom et system som ligner rør med det formål å utføre store, hurtige, homogene eller heterogene reaksjoner, kontinuerlig produksjon og under prosesser med frigjøring av store mengder varme.

En ideell RPF har en fast oppholdstid, dvs. en hvilken som helst væske (stempel) som kommer inn på tidspunktet t, vil forlate den ved tid t + t, hvor t er tiden brukt i installasjonen.

Kjemiske reaktorer av denne typen harhøy ytelse over lange perioder, samt god varmeoverføring. Ulemper med RPP er kompleksiteten ved å overvåke prosess temperaturen, noe som kan føre til uønskede temperaturforskjeller, samt deres høyere kostnad.

rustfrie tanker

Katalytiske reaktorer

Selv om enheter av denne typen ofte blir implementert iRPP, de krever mer komplisert vedlikehold. Graden av den katalytiske reaksjon er proporsjonal med mengden katalysator i kontakt med kjemikaliene. I tilfelle av fast katalysator og flytende reagenser er prosessens hastighet proporsjonal med det tilgjengelige arealet, kjemikaliestrømmen og utvalget av produkter, og avhenger av tilstedeværelsen av turbulent blanding.

Den katalytiske reaksjonen er faktisk ofte flertrinns. Ikke bare de første reagensene interagerer med katalysatoren. Noen mellomprodukter reagerer med det.

Oppførselen til katalysatorer er også viktig i kinetikken til denne prosessen, spesielt i petrokjemiske reaksjoner med høy temperatur, siden de deaktiveres ved sintring, koking og lignende prosesser.

Anvendelse av ny teknologi

RPP brukes til biomasseomforming. Forsøkene brukte høytrykksreaktorer. Trykket i dem kan nå 35 MPa. Bruken av flere størrelser gjør at du kan variere oppholdstiden fra 0,5 til 600 s. For å oppnå temperaturer over 300 ° C benyttes elektrisk oppvarmede reaktorer. Biomasse leveres med HPLC pumper.

høytrykksreaktorer

RPP aerosol nanopartikler

Det er stor interesse for syntesen ogbruken av nanoskala partikler til forskjellige formål, inkludert høylegerte legeringer og tykke filmledere for elektronikkindustrien. Andre anvendelser inkluderer magnetiske følsomhetsmålinger, langt infrarød overføring og atommagnetisk resonans. For disse systemene er det nødvendig å produsere partikler med en kontrollert størrelse. Diameteren er vanligvis i området fra 10 til 500 nm.

På grunn av deres størrelse, form og høy spesifikkoverflateareal av disse partiklene kan anvendes til å fremstille kosmetiske pigmenter, membraner, katalysatorer, keramikk, katalytiske og fotokatalytiske reaktorer. Eksempler på bruk av nanopartikler omfatter SnO.2 for karbonmonoksyd sensorer, TiO2 for lette guider, SiO2 for kolloidalt silisiumdioksyd og optiskfibre, C for karbonfyllere i dekk, Fe for opptaksmaterialer, Ni for batterier og, i mindre volumer, palladium, magnesium og vismut. Alle disse materialene syntetiseres i aerosolreaktorer. I medisin brukes nanopartikler til forebygging og behandling av sårinfeksjoner, i kunstige beinimplantater, samt for hjernedannelse.

Produksjonseksempel

For å oppnå aluminiumpartikler, argonflux,en metallsettet damp avkjøles i et RPP med en diameter på 18 mm og en lengde på 0,5 m fra en temperatur på 1600 ° C ved en hastighet på 1000 ° C / s Når gassen passerer gjennom reaktoren, oppstår kjernen og veksten av aluminiumpartikler. Strømningshastigheten er 2 dm.3/ min, og trykket er 1 atm (1013 Pa). Når den beveger seg, blir gassen avkjølt og blir overmettet, noe som fører til nukleering av partikler som følge av kollisjoner og fordampning av molekyler, som gjenopptrer til partikkelen når en kritisk størrelse. Når det beveger seg gjennom overmettet gass, kondenserer aluminiummolekylene på partiklene, og øker størrelsen.

  • evaluering: