Vad är de kemiska reaktorerna? Typer av kemiska reaktorer

Den kemiska reaktionen är en process som leder till omvandlingen av reaktanterna. Den kännetecknas av förändringar, vilka ger en eller flera andra än utgångsprodukter. Kemiska reaktioner är olika. Det beror på vilken typ av reaktanter, den resulterande substansen, villkoren och tiden för syntes, nedbrytning, förskjutning, isomerisering, syra-alkali, redox, etc och organiska processer.

Kemiska reaktorer är tank avsedd för att utföra reaktionerna i syfte att utveckla den slutliga produkten. Deras konstruktion beror på olika faktorer och bör ge maximal avkastning på det mest kostnadseffektiva sättet.

typer

Det finns tre huvudsakliga grundläggande modeller av kemiska reaktorer:

• Batch.
• Kontinuerlig omrörd tank (HPM).
• pluggflödesreaktor (PFR).

Dessa grundläggande modeller kan ändras i enlighet med kraven i den kemiska processen.

satsreaktor

De kemiska enheter av denna typ används i satsprocesser vid en småskalig produktion, en lång reaktionstid eller där den bästa selektiviteten uppnås, såsom i vissa polymerisationsprocesser.

För detta ändamål, till exempel, vars innehåll är omrört kärl av rostfritt stål inre arbetsskovlarna, gasbubblor eller med hjälp av pumpar. Temperaturreglering sker via värmeväxlings jackor, bevattnings kylskåp eller pumpning genom en värmeväxlare.

Satsreaktorer som för närvarande används inom den kemiska och livsmedelsindustrin. Deras automation och optimering skapar komplexitet, eftersom det är nödvändigt att kombinera kontinuerliga och diskreta processer.

Semi-sats kemiska reaktorer kombinera arbete i kontinuerliga och satslägen. En bioreaktor, till exempel, är periodiskt lastas och kontinuerligt frisätter koldioxid, som måste avlägsnas kontinuerligt. På liknande sätt när kloreringsreaktionen, när en av reaktanterna är klorgas, om den inte administreras kontinuerligt, den största delen av det avdunstar.

För att säkerställa stora produktionsvolymer som används främst kemiska reaktorer eller kontinuerlig metallkärl med en omrörare eller ett kontinuerligt flöde.

Kontinuerligt omrörd tankreaktor

vätskeformiga reaktanter matas till en behållare av rostfritt stål. För att säkerställa korrekt samverkan mellan deras arbetsblad rörs. Således, i denna typ av reaktor reaktanterna matas kontinuerligt in i den första reservoaren (vertikal, stål), och sedan de komma in i efterföljande, samtidigt omsorgsfull blandning i varje kärl. Även om kompositionen av blandningen är likformig i varje tank i systemet som helhet koncentration varierar från behållare till behållare.

Den genomsnittliga tid som den diskreta mängden reaktant bringar i tanken (uppehållstid) den kan beräknas helt enkelt genom att dividera volymen av behållaren vid en genomsnittlig volymetrisk flödeshastighet därigenom. Förväntade procentandelen av fullbordan av reaktionen beräknas med hjälp de kemiska kinetik.

Tillverkad av rostfria tankar eller legeringar och emaljerade.

Några viktiga aspekter av DMI

Alla beräkningar utförs baserat på en perfekt mix. Reaktionen fortskrider vid en hastighet relaterad till den slutliga koncentrationen. Vid jämvikt, bör flödet vara lika med flödeshastigheten, annars behållaren är full eller tom.

Ofta ekonomiskt fördelaktigt att arbeta med flera seriell eller parallell HPM. Rostfritt ståltankar som samlats in i en kaskad av fem eller sex enheter kan uppföra sig som en pluggflödesreaktor. Detta tillåter den första enheten att arbeta med en högre koncentration av reagens och följaktligen en högre reaktionshastighet. Också kan reservoaren placeras vertikala stål HPM flera steg, i stället för de processer som utförs i olika kärl.

I horisontell flerstegsexekveringsenhet uppdelad av vertikala skiljeväggar av olika höjd, genom vilken blandningen strömmar kaskader.

När reaktanterna är ringa blandbart eller väsentligen skiljer sig i densitet av en vertikal flerstegsreaktor (glasbelagd eller av rostfritt stål) i en motström. Detta är effektivt för reversibla reaktioner.

Den lilla fluidiserade bädden är fullständigt blandade. Stor reaktor kommersiell fluidiserad bädd har en väsentligen enhetlig temperatur men biandbara blandningar och ersatta som transienta strömmar däremellan.

reaktor kemisk flöde

PFR - en reaktor (rostfritt stål), varvid de en eller flera flytande reaktanter pumpas genom ett rör eller ett rör. De kallas också tubulär flöde. Det kan ha flera ledningar eller rör. Reaktanterna matas kontinuerligt genom en ände, och de produkter som kommer från en annan. Kemiska processer äger rum när den passerar blandningen.

PFR reaktionshastigheten gradientsystem: inloppet är mycket hög, men med en minskning i koncentrationen av reaktanterna och produktutbytet ökat innehåll saktar dess hastighet. Typiskt, är dynamisk jämvikt uppnås.

Typiska är de horisontella och vertikala orientering av reaktorn.

När den erforderliga värmeöverföringen, är de individuella rören placeras i manteln eller skalet och röret värmeväxlare användes. I det senare fallet, kan kemikalierna vara antingen i huset eller i röret.

Behållare av metall med en munstycken med stor diameter eller liknande badkar PFR och används i stor utsträckning. I vissa konfigurationer använda axiell och radiellt flöde, multipla membran med integrerad värmeväxlare, horisontell eller vertikal position av reaktorn och så vidare.

Kärl med ett reagens kan fyllas med inert eller katalytisk partikelformigt material för att öka ytkontakten i heterogen reaktion.

Betydelsen av PFR är att beräkningarna inte tar hänsyn till den vertikala eller horisontella blandning - detta menas med begreppet "pluggflöde". Reaktanterna kan införas i reaktorn inte bara inloppet. Sålunda är det möjligt att uppnå högre effektivitet i EPA eller minska dess storlek och kostnad. Performance PSC är vanligtvis högre än för NRM av samma volym. För lika värden på volym och tid i reaktionskolvreaktorer kommer att ha en högre andel fullbordan än i aggregat blandning.

dynamisk jämvikt

För majoriteten av kemiska processer är omöjligt att uppnå 100 procent färdigställande. Deras hastighet minskar med en ökning detta index upp till det ögonblick då systemet når en dynamisk jämvikt (när den totala respons eller förändring i sammansättningen inte inträffar). Punkten för jämvikt i de flesta system är mindre än 100% fullbordande av processen. Av denna anledning är det nödvändigt att göra den separationsprocess, såsom destillation, för att separera de återstående reagensen eller biprodukter från målet. Dessa reagens kan ibland återanvändas i början av processen, t ex såsom Haber processen.

Tillämpningen av EPA

Pluggflödesreaktorer används vid kemisk omvandling av föreningar under deras rörelse genom systemet, som liknar ett rör, i syfte att i stor skala, snabb, homogena eller heterogena reaktioner, kontinuerliga produktionsprocesser och när frigör stora mängder värme.

Den ideala PFR har en fast uppehållstid, dvs varje vätska (kolv) anländer vid tidpunkten t, lämnar den vid tidpunkten t + τ, där τ - .. Uppehållstid i anläggningen.

Kemiska reaktorer av denna typ uppvisar höga nivåer av prestanda över långa tidsperioder, såväl som utmärkt värmeöverföring. Nackdelarna med PFR är svårigheten att övervaka temperaturen i den process som kan leda till oönskade temperaturskillnader, och deras högre kostnad.

katalytiska reaktorer

Även enheter av denna typ är ofta genomförs i form av EPA, de kräver mer komplicerad vård. Hastigheten av katalytisk reaktion är proportionell mot mängden av katalysator i kontakt med kemikalier. I fallet med en fast katalysator och flytande reaktant är proportionell mot hastigheten hos processer tillgängliga området, inmatning av kemikalier och produkter, och valet beror på närvaron av turbulent blandning.

Den katalytiska reaktionen är faktiskt ofta en flerstegs. Inte bara de ursprungliga reaktanterna reagerar med katalysatorn. Med honom reagerar och en del av de mellanprodukter.

Beteendet hos katalysatorerna är också viktig i kinetiken för denna process, speciellt vid höga petrokemiska reaktioner, såsom de deaktiveras genom sintring, koksning och liknande processer.

Tillämpning av ny teknik

SAR används för omvandling av biomassa. I experimenten i högtrycksreaktorer används. Trycket i dem kan nå 35 MPa. Med hjälp av flera storlekar för att variera uppehållstiden från 0,5 till 600 sekunder. Att nå temperaturer över 300 ° C används med elektriskt uppvärmda reaktorer. matnings biomassa utförs genom HPLC-pumpar.

PSC aerosol nanopartiklar

Det finns ett stort intresse för syntes och användning av nanopartiklar för olika ändamål, bland annat höga legeringar och en tjock film ledare för elektronikindustrin. Andra tillämpningar inkluderar mätning av magnetisk susceptibilitet, överföring i det bortre infraröda och kärnmagnetisk resonans. För dessa system är det nödvändigt att producera ett kontrollerat partikelstorlek. Deras diameter vanligen i intervallet av 10 till 500 nm.

På grund av sin storlek, form och hög specifik ytarea av dessa partiklar kan användas för produktion av kosmetiska pigment, membran, katalysatorer, keramer, katalytiska och fotokatalytiska reaktorer. Applikationsexempel av nanopartiklar inkluderar SnO ₂ för kolmonoxid sensorer, TiO ₂ fibrer, SiO ₂ kolloidal kiseldioxid och optiska fibrer, C i kol-fyllmedel i däck, Fe för registreringsmaterialet, Ni batteri och, i mindre mängder, palladium, magnesium och vismut. Alla dessa material är syntetiseras i aerosol reaktorer. Inom medicinen är nanopartiklar som används för förebyggande och behandling av sårinfektioner, konstgjorda benimplantat, liksom för avbildning av hjärnan.

exempel produktion

För aluminiumoxidpartiklar under en argonström, mättade med metallen kyls i RAC 18 mm i diameter och 0,5 m lång, temperaturen 1600 ° C vid 1000 ° C / s. Som gaspassagen genom reaktorn kommer kärnbildning och tillväxt av aluminiumoxidpartiklar. Flödeshastigheten hos 2 dm ³ / min och trycket är 1 atm (1013 Pa). När gasen kyls och rörelsen blir övermättad, vilket leder till uppkomsten av partiklar från kollisioner och ångmolekyler att upprepas tills partikel når en kritisk storlek. När den rör sig genom gasen mättade aluminiummolekyler kondenserar på partiklarna, vilket ökar deras storlek.