Hva er de kjemiske reaktorer? Typer kjemiske reaktorer

Den kjemiske reaksjon er en prosess som fører til omdannelse av reaktantene. Det er preget av endringer, som gir ett eller flere produkter andre enn utgangs. Kjemiske reaksjoner er mangfoldig. Det avhenger av typen av reaktanter, den resulterende substans, betingelsene og syntesetidspunktet, spalting, deplassering, isomerisering, syre-alkali, redoks, etc. og organiske prosesser.

Kjemiske reaktorer er tank beregnet for utførelse av reaksjoner for å utvikle det endelige produkt. Deres utforming er avhengig av flere faktorer, og bør gi det maksimale utbytte av den mest kostnadseffektive måte.

typer

Det er tre hovedgrunnleggende modeller av kjemiske reaktorer:

• Batch.
• Kontinuerlig omrørt tank (HPM).
• Pluggstrøm reaktor (PFR).

Disse grunnleggende modeller kan modifiseres i overensstemmelse med kravene til den kjemiske prosess.

batch reaktor

De kjemiske enheter av denne type benyttes i batch-prosesser på en liten skala, en lang reaksjonstid eller hvor den beste selektivitet oppnås, som i visse polymerisasjonsprosesser.

For dette formål, for eksempel, innholdet i disse er omrørte kar av rustfritt stål indre arbeidsblader, gassbobler eller ved hjelp av pumper. Temperaturregulering gjennomføres via varmevekslings jakker, vannings kjøleskap eller pumping gjennom en varmeveksler.

Batchreaktorer for tiden anvendes i kjemisk industri og næringsmiddelindustri. Deres automatisering og optimalisering skaper kompleksitet, siden det er nødvendig å kombinere kontinuerlige og diskrete prosesser.

Semi-batch-kjemiske reaktorer kombinere arbeid i kontinuerlige og i sats modi. En bioreaktor, for eksempel, blir periodisk lastet og kontinuerlig frigjør karbondioksyd, noe som må fjernes kontinuerlig. Tilsvarende, når kloreringsreaksjonen, når en av reaktantene er klorgass, hvis ikke administrert kontinuerlig, hoveddelen av det fordamper.

For å sikre store produksjonsvolumer som anvendes i første rekke kjemiske reaktorer eller sammenhengende metallbeholder med et røreverk eller en kontinuerlig strøm.

Kontinuerlig omrørt tankreaktor

flytende reaktanter blir matet til en rustfri stålbeholder. For å sikre riktig vekselvirkning av arbeidsbladet rørt. Således, i denne type reaktor blir reaktantene kontinuerlig matet inn i det første reservoaret (vertikal, stål), og deretter blir de i den etterfølgende, samtidig omhyggelig blanding i hver beholder. Selv om sammensetningen av blandingen er ensartet i hver tank i systemet som en helhet konsentrasjonen varierer fra beholder til beholder.

Den gjennomsnittlige mengden av tid som den diskrete mengden av reaktant tilbringer i tanken (oppholdstiden) kan beregnes ganske enkelt ved å dividere volumet av beholderen ved en midlere volumetrisk strømningshastighet derigjennom. Forventet prosentvis av fullføring av reaksjonen blir beregnet ved hjelp av den kjemiske kinetikk.

Laget av rustfrie ståltanker eller legeringer og emaljert.

Noen viktige aspekter av DMI

Alle beregninger er utført basert på en ideell blanding. Reaksjonen foregår ved en hastighet relatert til sluttkonsentrasjonen. Ved likevekt, skal strømningshastigheten være lik den strømningshastighet, ellers reservoaret er full eller tom.

Ofte økonomisk fordelaktig å arbeide med flere serie- eller parallell HPM. Rustfrie ståltanker som er samlet i en kaskade på fem eller seks enheter kan oppføre seg som en pluggstrømreaktor. Dette gjør at den første enheten til å operere med en høyere konsentrasjon av reagenser, og følgelig en høyere reaksjonshastighet. Videre kan reservoaret være plassert vertikale stål HPM flere trinn, i stedet for de prosesser som utføres i ulike fartøy.

I horisontal flertrinns utførelse enhet fordelt ved hjelp av vertikale skillevegger av forskjellig høyde, hvorigjennom blandingen strømmer kaskader.

Når reaktantene er dårlig blandbare eller i det vesentlige forskjellig i tetthet av en vertikal flertrinns reaktor (glassbelagt eller rustfritt stål) i en motstrømsmodus. Dette er effektivt for reversible reaksjoner.

Den lille fluidized bed er helt blandet. Stor hvirvelskiktreaktor som kommersielt har en hovedsakelig jevn temperatur, men blandbare blandinger og erstattet tilstand, og forbigående strømmer mellom disse.

Kjemisk strømningsreaktor

PFR - en reaktor (rustfritt stål), karakterisert ved at en eller flere flytende reagenser som pumpes gjennom et rør eller en slange. De er også kalt en rørformet strøm. Det kan ha flere rør eller slanger. Reaktantene tilføres kontinuerlig gjennom den ene ende, og produktene kommer fra en annen. Kjemiske prosesser som finner sted når den passerer blanding.

PFR reaksjonshastighet gradientsystem: innløpet er meget høy, men med en reduksjon i konsentrasjonen av reaktanter og produktutbyttet øket innhold senker sin hastighet. Vanligvis er dynamisk likevekt oppnås.

Typisk er den horisontale og vertikale retning av reaktoren.

Når den nødvendige varmeoverføring, blir de enkelte rør er lagt inn i kappen eller skall og rørvarmeveksler benyttes. I det sistnevnte tilfelle kan kjemikaliene være enten i huset eller i røret.

Beholdere av metall med stor diameter dyser eller lignende badekar PFR og mye brukt. I noen konfigurasjoner bruker aksial og radial strøm, multiple membraner med integrert varmevekslere, horisontal eller vertikal stilling av reaktoren og så videre.

Fartøy med et reagens som kan være fylt med inert eller katalytisk partikkelmateriale for å øke den grenseflatekontakt i den heterogene reaksjons.

Betydningen av PFR er at beregningene ikke tar hensyn til vertikal eller horisontal blanding - dette som menes med begrepet "plug flow". Reaktantene kan innføres i reaktoren ikke bare innløpet. Således er det mulig å oppnå høyere virkningsgrad av EPA eller redusere dets størrelse og kostnad. Ytelse PSC er vanligvis høyere enn for NRB av samme volum. For like verdier av volum og tid i reaksjonsstempel reaktorene vil ha en høyere prosentandel av kompletterings enn i aggregater blande.

dynamisk likevekt

For de fleste kjemiske prosesser er umulig å oppnå 100 prosent fremdrift. Deres hastighet avtar med en økning denne indeksen opp til det øyeblikk når systemet når en dynamisk likevekt (når den totale respons eller endring i sammensetningen ikke forekommer). Likevektspunktet i de fleste systemer er mindre enn 100% fullføring av prosessen. Av denne grunn er det nødvendig å gjøre separasjonsprosessen, slik som destillasjon, for å separere de gjenværende reagenser eller biprodukter av target. Disse reagenser kan noen ganger brukes på nytt i begynnelsen av prosessen, for eksempel slik som den Haber prosessen.

Anvendelsen av EPA

Pluggstrømsreaktorer anvendes for kjemisk omdannelse av forbindelser under deres bevegelse gjennom systemet, likner et rør, i den hensikt å i stor skala, raske, homogene eller heterogene reaksjoner, kontinuerlige produksjonsprosesser, og når det frigjøres store mengder varme.

Den ideelle PFR har en fast oppholdstid, dvs. en hvilken som helst væske (stempel) som ankommer ved tiden t, etterlater den ved tiden t + τ, hvor τ - .. Oppholdstid i anlegget.

Kjemiske reaktorer av denne type skal ha et høyt ytelsesnivå over lange tidsperioder, så vel som utmerket varmeoverføring. Ulempene med PFR er vanskeligheten med å overvåke temperaturen av prosessen som kan føre til uønskede temperaturforskjeller, og deres høyere kostnad.

katalytiske reaktorer

Selv enheter av denne typen er ofte implementert i form av EPA, de krever mer kompleks behandling. Frekvensen av katalytiske reaksjon er proporsjonal med mengden av katalysatoren i kontakt med kjemikalier. I tilfelle av en fast katalysator og flytende reaktant er proporsjonal med hastigheten av den prosesser tilgjengelige området, føring av kjemikalier og produkter, og valget avhenger av tilstedeværelsen av turbulent blanding.

Den katalytiske reaksjon er faktisk ofte en multi-trinn. Ikke bare de innledende reaktantene reagerer med katalysatoren. Med ham reagere og noen av mellomprodukter.

Den virkemåten av katalysatorene er også viktig i kinetikken til prosessen, spesielt i høye petrokjemiske reaksjoner, som de er deaktivert ved sintring, forkoksning og lignende prosesser.

Anvendelse av ny teknologi

SAR er brukt for konvertering av biomasse. I forsøkene høytrykksreaktorer. Trykket i dem kan nå 35 MPa. Ved hjelp av flere størrelser for å variere oppholdstiden fra 0,5 til 600 sekunder. For å nå temperaturer i overkant av 300 ° C blir brukt sammen med elektrisk oppvarmede reaktorer. biomasseinnmatnings blir utført ved hjelp av HPLC-pumper.

PSC aerosol-nanopartikler

Det er betydelig interesse for syntese og anvendelse av nanopartikler for forskjellige formål, blant annet høy legeringer og en tykk film ledere for elektronikkindustrien. Andre anvendelser inkluderer måling av magnetisk susceptibilitet, overføring i langbølget infrarød og kjernemagnetisk resonans. For disse systemer er det nødvendig å fremstille en kontrollert partikkelstørrelse. Deres diameter vanligvis i området fra 10 til 500 nm.

På grunn av sin størrelse, form og høyt spesifikt overflateareal av disse partiklene kan anvendes for fremstilling av kosmetiske pigmenter, membraner, katalysatorer, keramikk, katalytiske og fotokatalytiske reaktorer. Eksempler på bruk av nanopartikler er Sno ₂ for karbon monoksyd følere, TiO ₂ fibre, _SiO2 kolloidal silika og optiske fibre, C for karbonfyllstoffer i dekk, Fe for opptegningsmaterialet, Ni batteri og, i mindre mengder, palladium, magnesium og vismut. Alle disse materialene er syntetisert i aerosol-reaktorer. Innen medisinen er nanopartikler benyttes for forebyggelse og behandling av sårinfeksjoner, kunstige benimplantater, samt for avbildning av hjernen.

eksempel produksjons

For aluminapartikler under en argonstrøm, mettet med metallet avkjøles i RAC 18 mm i diameter og 0,5 m langt, temperaturen 1600 ° C ved 1000 ° C / s. Når gassen går gjennom reaktoren kommer kjernedannelse og vekst av aluminapartikler. Den strømningshastighet på 2 ^dm3 / min og trykket er 1 atm (1013 Pa). Når gassen avkjøles og bevegelsen blir overmettet, noe som fører til fremveksten av partikler fra kollisjoner og dampmolekyler til gjentatt inntil partikkel når en kritisk størrelse. Når den beveger seg gjennom gassmettet aluminium molekyler kondenseres på partiklene, og øker deres størrelse.