Co je chemické reaktory? Typy reaktorů

Chemická reakce je proces, který vede ke konverzi reakčních složek. Vyznačuje se změnami, které poskytují jednu nebo více jiných než výchozí produkty. Chemické reakce jsou různorodé. To záleží na typu reakčních složek, výsledné látky, podmínkách a době syntézy, rozkladu, posunutí, izomerizací, kyseliny alkalických kovů, redox, atd a organických procesů.

Chemické reaktory jsou nádrže určené pro provádění reakce za účelem vytvoření konečného produktu. Jejich konstrukce je závislá na různých faktorech a musí poskytnout maximální výnos z hlediska nákladů efektivním způsobem.

typy

Existují tři hlavní základní modely chemických reaktorů:

• Šarže.
• Kontinuální míchaného tanku (HPM).
• reaktor s pístovým tokem (PFR).

Tyto základní modely mohou být upraveny v souladu s požadavky chemického procesu.

Dávkové reaktor

Chemické jednotky tohoto druhu se používají v dávkových výrobních procesech při výrobě v malém měřítku, dlouhý reakční čas, nebo kde je nejlepší selektivity se dosáhne, jak je v některých polymeračních procesech.

Za tímto účelem, například, jejíž obsah se míchá po nádobě z nerezové oceli vnitřní pracovní lopatky, plynové bubliny nebo pomocí čerpadel. Regulace teploty se provádí pomocí teplosměnných bundy, zavlažovací ledničky nebo čerpáním přes tepelný výměník.

Dávkové reaktory v současné době používá v chemickém a potravinářském průmyslu. Jejich automatizace a optimalizace vytváří složité, protože je nutné kombinovat kontinuální a diskrétní procesy.

Semi-batch chemické reaktory skloubit práci v nepřetržitých a dávkových režimech. Bioreaktor, například, jsou periodicky načteny a kontinuálně uvolňuje oxid uhličitý, který musí být kontinuálně odstraňován. Podobně, když se chlorační reakce, když jeden z reakčních složek je plynný chlór, ne-li podávány trvale, převážná část se odpařuje.

Pro zajištění velké objemy výroby používané zejména chemické reaktory nebo kontinuální kovové nádoby s míchadlem, nebo kontinuálním tokem.

Kontinuální míchaný tankový reaktor

kapalné reakční složky se plní do nádobek z nerezové oceli. Pro zajištění správné vzájemné působení jejich pracovního ostří míchání. Proto je v tomto typu reaktoru se reakční složky kontinuálně přivádí do první nádrže (vertikální, ocel), a pak se dostanou do následné současně pečlivě míchání v každé nádobě. I když je složení směsi je rovnoměrné v každé nádrži v systému jako celku koncentrace pohybuje v rozmezí od zásobníku do nádoby.

Průměrná doba, že diskrétní množství reaktantu tráví v nádrži (doby zdržení), může být vypočtena jednoduše vydělením objemu nádoby s průměrnou objemovou rychlostí průtoku tekutiny. Předpokládaný Procento ukončení reakce se vypočítá podle chemické kinetiky.

Vyrobeny z nerezových tancích nebo slitin a lakovaným povrchem.

Některé důležité aspekty DMI

Všechny výpočty jsou prováděny na základě ideální mix. Reakce probíhá při rychlosti v souvislosti s konečnou koncentraci. V rovnovážném stavu, průtok by měla být rovna rychlosti toku, jinak je nádrž plná, nebo prázdná.

Často ekonomicky výhodné pracovat s několika sériovým nebo paralelním HPM. Nádrže nerezové shromážděné v kaskádě pěti nebo šesti jednotek se mohou chovat jako reaktor s pístovým tokem. To umožňuje, aby první jednotka pracovat s vyšší koncentrací reakčních složek a v důsledku toho vyšší reakční rychlosti. Také může být zásobník umístěn vertikální ocelový HPM několik fází, namísto procesů prováděných v různých nádobách.

V horizontálním vícestupňovém prováděcí jednotce rozdělena svislými příčkami o nestejné výšce, skrz které směs proudí kaskády.

Pokud jsou reakční složky špatně mísitelné nebo v podstatě se liší v hustotě vertikálního vícestupňového reaktoru, (potažené sklem nebo z nerezové oceli) v protiproudém režimu. Toto je účinný pro vratné reakce.

Malý ve fluidním loži je zcela smíšené. Velký komerční reaktor s fluidní vrstvou má v podstatě rovnoměrnou teplotu, ale mísitelné směsi a nahradil stav a krátkodobé toky mezi nimi.

reaktor průtoku chemikálií

PFR - reaktor (nerezová ocel), při kterém se jedna nebo více kapalných reaktantů čerpán potrubím nebo trubkou. Oni jsou také nazýváni trubkový toku. To může mít více trubek nebo trubek. Reakční složky se kontinuálně vede jednoho konce, a výrobky pocházejí od druhého. Chemické procesy probíhají, když prochází směs.

PFR reakční rychlost systému gradient: vstup je velmi vysoká, ale se snížením koncentrace reaktantů a výtěžku produktu zvýšený obsah zpomaluje jeho rychlost. Obvykle je dosaženo dynamická rovnováha.

Typické jsou horizontální a vertikální orientace reaktoru.

Když je požadovaný přenos tepla, jsou jednotlivé trubky jsou umístěny v plášti, nebo trubkového výměníku tepla se používá. V posledně uvedeném případě jsou chemické látky mohou být buď ve skříni nebo v potrubí.

Nádob z kovu s tryskami o velkém průměru nebo podobných vany PFR a široce používané. V některých konfiguracích pouze axiální a radiální proudění, více membrán s integrovanými tepelnými výměníky, horizontální nebo vertikální poloze reaktoru a tak dále.

Nádrž s činidlem může být naplněn inertním nebo katalytickou částic pro zvýšení mezifázového kontakt v heterogenní reakci.

Význam PFR je, že výpočty neberou v úvahu svislé nebo vodorovné míchání - toto je míněno termínem „pístovým tokem“. Reakční složky mohou být zavedeny do reaktoru nejen na vstupu. Tak je možné dosáhnout vyšší efektivity EPA nebo snížit jeho velikost a cenu. Výkon PSC je obvykle vyšší než NRM stejného objemu. Pro stejné hodnoty objemu a času v reakci pístních reaktorů bude mít vyšší procento dokončení než v agregátech míchání.

dynamická rovnováha

U většiny chemických procesů je možné dosáhnout 100 procent dokončení. Jejich rychlost klesá s růstem tohoto indexu až do okamžiku, kdy systém dosáhne dynamické rovnováhy (pokud nedojde k celkové reakce nebo změny ve složení). Bod rovnováhy ve většině systémů je menší než 100% dokončení procesu. Z tohoto důvodu je nutné, aby byl proces separace, jako je destilace, k oddělení zbývajících reakčních činidel, nebo vedlejší produkty z terče. Tato činidla mohou být někdy znovu použít na začátku procesu, např., Jako je například proces Habera.

Aplikace EPA

reaktory s pístovým tokem použity pro chemickou přeměnou sloučenin při jejich pohybu pomocí systému, který se podobá trubku, za účelem velkém měřítku, rychlé, homogenních nebo heterogenních reakcí, kontinuálních výrobních procesech a při uvolňování velkého množství tepla.

Ideální PFR má pevnou dobu zdržení, tedy jakákoliv kapalina (píst) dopravená na čase t, ponechává v čase t + ▼, kde ▼ se - .. Doba zdržení v rostlině.

Chemické reaktory tohoto typu mají vysokou úroveň výkonu po delší dobu, stejně jako vynikající přenos tepla. Nevýhody PFR je obtížnost sledování teploty procesu, který může vést k nežádoucím teplotním rozdílům, a jejich vyšší cenu.

katalytické reaktory

Ačkoli jednotky tohoto typu jsou často prováděny ve formě EPA, které vyžadují komplexní péči. Rychlost katalytické reakce je přímo úměrná množství použitého katalyzátoru je v kontaktu s chemickými látkami. V případě pevného katalyzátoru a kapalného reakčního činidla je proporcionální k rychlosti procesů v oblasti, do které vstupují chemických látek a produktů, a volba závisí na přítomnosti turbulentního míchání.

Katalytická reakce je ve skutečnosti často vícestupňový. Nejen počáteční reaktanty reagují s katalyzátorem. S ním reagovat a některé z meziproduktů.

Chování katalyzátorů je také důležité, v kinetice tohoto procesu, a to zejména ve velkých petrochemických reakce, jak jsou deaktivovány slinováním, koksovatelného a podobnými procesy.

Aplikace nových technologií

SAR se používá pro konverzi biomasy. V experimentech s vysokotlakými reaktory se používají. Tlak v nich může dosáhnout 35 MPa. Použití více velikostí měnit doba setrvání od 0,5 do 600 sekund. Pro dosažení teploty nad 300 ° C se používá s elektricky vytápěné reaktory. krmivo biomasy se provádí pomocí HPLC-pumpy.

PSC aerosolové nanočástice

Existuje značný zájem o syntézu a použití nanočástic pro různé účely, včetně vysokých slitin a hustou filmu vodiče pro elektronický průmysl. Další aplikace zahrnují měření magnetické susceptibility, přenos v vzdálené infračervené a nukleární magnetické rezonance. U těchto systémů je nutné vyrobit řízenou velikost částic. Jejich průměr obvykle v rozmezí 10 až 500 nm.

Vzhledem k jejich velikosti, tvaru a vysoký specifický povrch těchto částic může být použita pro výrobu kosmetických pigmentů, membrány, katalyzátory, keramiky, katalytických a fotokatalytických reaktorů. Příklady použití nanočástic Sno ₂ pro oxid uhelnatý senzory, TiO _2, SiO ₂ vlákna koloidní oxid křemičitý a optických vláken, C pro uhlíku plniva v pneumatikách, Fe pro záznamového materiálu, Ni baterie a v menších množstvích, palladium, hořčík a vizmutu. Všechny tyto materiály jsou syntetizovány v aerosolových reaktorech. V medicíně, nanočástice jsou použity pro prevenci a léčení infekcí ran, umělých kostních implantátů, jakož i pro zobrazování mozku.

příkladem výroby

U částic oxidu hlinitého pod proudem argonu, nasycené s kovem se ochladí v RAC 18 mm v průměru a 0,5 m, teplota 1600 ° C a 1000 ° C / s. Jelikož průchod plynu přes reaktor je nukleace a růst částic oxidu hlinitého. Průtok 2 dm ³ / min a tlaku 1 atm (1013 Pa). Když se plyn ochladí a pohyb se stává přesycený, což vede ke vzniku částic z kolizí a molekul par se opakuje, dokud částice nedosáhne kritické velikosti. Jak se pohybuje skrz plynu přesycené hliníku molekuly kondenzovat na částicích, což zvyšuje jejich velikost.