Čo je chemické reaktory? typy reaktorov

Chemická reakcia je proces, ktorý vedie ku konverzii reakčných zložiek. Vyznačuje so zmenami, ktoré poskytujú jednu alebo viac iných ako predvolený produkty. Chemické reakcie sú rôznorodé. To záleží na type reakčných zložiek, výsledné látky, podmienkach a dobe syntézy, rozkladu, posunutie, izomerizáciou, kyseliny alkalických kovov, redox, atď a organických procesov.

Chemické reaktory sú nádrže určené pre vykonávanie reakcie na vytvorenie konečného produktu. Ich konštrukcia je závislá na rôznych faktoroch a musia poskytnúť maximálny výnos z hľadiska nákladov efektívnym spôsobom.

typy

Existujú tri hlavné základné modely chemických reaktorov:

• Šarže.
• Kontinuálne miešaného tanku (HPM).
• reaktor s piestovým tokom (PFR).

Tieto základné modely môžu byť upravené v súlade s požiadavkami chemického procesu.

dávkové reaktor

Chemické jednotky tohto druhu sa používajú v dávkových výrobných procesoch pri výrobe v malom meradle, dlhý reakčný čas, alebo kde je najlepšie selektivity sa dosiahne, ako je v niektorých polymerizačných procesoch.

Za týmto účelom, napríklad, ktorej obsah sa mieša po nádobe z nerezovej ocele vnútorné pracovné lopatky, plynové bubliny alebo pomocou čerpadiel. Regulácia teploty sa vykonáva pomocou teplozmenných bundy, zavlažovacie chladničky alebo čerpaním cez tepelný výmenník.

Dávkové reaktory v súčasnej dobe používa v chemickom a potravinárskom priemysle. Ich automatizácia a optimalizácia vytvára zložité, pretože je nutné kombinovať kontinuálne a diskrétne procesy.

Semi-batch chemické reaktory skĺbiť prácu v nepretržitých a dávkových režimoch. Bioreaktor, napríklad, sú periodicky načítané a kontinuálne uvoľňuje oxid uhličitý, ktorý musí byť kontinuálne odstraňovaný. Podobne, keď sa chlóračné reakcie, keď jeden z reakčných zložiek je plynný chlór, ak nie podávané trvalo, prevažná časť sa odparuje.

Pre zaistenie veľké objemy výroby používané najmä chemické reaktory alebo kontinuálne kovové nádoby s miešadlom, alebo kontinuálnym tokom.

Kontinuálne miešaný tankový reaktor

kvapalnej reakčnej zložky sa plnia do nádobiek z nerezovej ocele. Pre zaistenie správnej vzájomné pôsobenie ich pracovného ostrie miešania. Preto je v tomto type reaktora sa reakčná zložky kontinuálne privádza do prvej nádrže (vertikálne, oceľ), a potom sa dostanú do následnej súčasne starostlivo miešanie v každej nádobe. Aj keď je zloženie zmesi je rovnomerné v každej nádrži v systéme ako celku koncentrácia pohybuje v rozmedzí od zásobníku do nádoby.

Priemerná doba, že diskrétne množstvo reagujúcu zložku trávi v nádrži (doby zdržanie), môže byť vypočítaná jednoducho vydelením objemu nádoby s priemernou objemovou rýchlosťou prietoku tekutiny. Predpokladaný Percento ukončení reakcie sa vypočíta podľa chemickej kinetiky.

Vyrobené z nerezových tankoch alebo zliatin a lakovaným povrchom.

Niektoré dôležité aspekty DMI

Všetky výpočty sú vykonávané na základe ideálne mix. Reakcia prebieha pri rýchlosti v súvislosti s konečnou koncentráciu. V rovnovážnom stave, prietok by mala byť rovná rýchlosti toku, inak je nádrž plná, alebo prázdna.

Často ekonomicky výhodné pracovať s niekoľkými sériovým alebo paralelným HPM. Nádrže nerezovej zhromaždené v kaskáde piatich alebo šiestich jednotiek sa môžu správať ako reaktor s piestovým tokom. To umožňuje, aby prvá jednotka pracovať s vyššou koncentráciou reakčných zložiek a v dôsledku toho vyššej reakčnej rýchlosti. Tiež môže byť zásobník umiestnený vertikálny oceľový HPM niekoľko fáz, namiesto procesov vykonávaných v rôznych nádobách.

V horizontálnom viacstupňovom vykonávacie jednotke rozdelená zvislými priečkami o nerovnakej výške, skrz ktoré zmes prúdi kaskády.

Ak sú reakčné zložky zle miešateľné alebo v podstate sa líšia v hustote vertikálneho viacstupňového reaktora, (potiahnuté sklom alebo z nerezovej ocele) v protiprúdovom režime. Toto je účinný pre vratné reakcie.

Malý fluidného je úplne zmiešané. Veľký komerčný reaktor s fluidnou vrstvou má v podstate rovnomernú teplotu, ale miešateľné zmesi a nahradil stav a krátkodobé toky medzi nimi.

reaktor prietoku chemikálií

PFR - reaktor (nerezová oceľ), pri ktorom sa jedna alebo viac kvapalných reaktantov čerpaný potrubím alebo rúrkou. Oni sú tiež nazývaní rúrkový toku. To môže mať viac rúrok alebo rúrok. Reakčná zložky sa kontinuálne vedie jedného konca, a výrobky pochádzajú od druhého. Chemické procesy prebiehajú, keď prechádza zmes.

PFR reakčná rýchlosť systému gradient: vstup je veľmi vysoká, ale so znížením koncentrácie reaktantov a výťažku produktu zvýšený obsah spomaľuje jeho rýchlosť. Zvyčajne je dosiahnutá dynamická rovnováha.

Typické sú horizontálne a vertikálne orientácia reaktora.

Keď je požadovaný prenos tepla, sú jednotlivé rúrky sú umiestnené v plášti, alebo rúrkového výmenníka tepla sa používa. V poslednom prípade sú chemické látky môžu byť buď v skrini alebo v potrubí.

Nádob z kovu s tryskami s veľkým priemerom alebo podobných vane PFR a široko používané. V niektorých konfiguráciách iba axiálne a radiálne prúdenie, viac membrán s integrovanými tepelnými výmenníkmi, horizontálnej alebo vertikálnej polohe reaktora a tak ďalej.

Nádrž s činidlom môže byť naplnený inertným alebo katalytickou častíc pre zvýšenie mezifázového kontakt v heterogénne reakcii.

Význam PFR je, že výpočty neberú do úvahy zvislej alebo vodorovnej miešanie - toto je mienené termínom "piestovým tokom". Reakčná zložky môžu byť zavedené do reaktora nielen na vstupe. Tak je možné dosiahnuť vyššiu efektivitu EPA alebo znížiť jeho veľkosť a cenu. Výkon PSC je zvyčajne vyššia ako NRM rovnakého objemu. Pre rovnaké hodnoty objemu a času v reakcii piestnych reaktorov bude mať vyššie percento dokončenie ako v agregátoch miešania.

dynamická rovnováha

Väčšina chemických procesov je možné dosiahnuť 100 percent dokončenie. Ich rýchlosť klesá s rastom tohto indexu až do okamihu, kedy systém dosiahne dynamickej rovnováhy (pokiaľ nedôjde k celkovej reakcie alebo zmeny v zložení). Bod rovnováhy vo väčšine systémov je menšia ako 100% dokončenie procesu. Z tohto dôvodu je nutné, aby bol proces separácie, ako je destilácia, k oddeleniu zostávajúcich reakčných činidiel, alebo vedľajšie produkty z terča. Táto činidlá môžu byť niekedy znovu použiť na začiatku procesu, napr., Ako je napríklad proces Habera.

aplikácia EPA

reaktory s piestovým tokom použité pre chemickou premenou zlúčenín pri ich pohybe pomocou systému, ktorý sa podobá rúrku, za účelom veľkom meradle, rýchle, homogénnych alebo heterogénnych reakcií, kontinuálnych výrobných procesoch a pri uvoľňovaní veľkého množstva tepla.

Ideálne PFR má pevnú dobu zdržania, teda akákoľvek kvapalina (piest) dopravenú na čase t, ponecháva v čase t + ▼, kde ▼ sa - .. Doba zdržanie v rastline.

Chemické reaktory tohto typu majú vysokú úroveň výkonu po dlhšiu dobu, rovnako ako vynikajúci prenos tepla. Nevýhody PFR je obtiažnosť sledovanie teploty procesu, ktorý môže viesť k nežiaducim teplotným rozdielom, a ich vyššiu cenu.

katalytické reaktory

Hoci jednotky tohto typu sú často vykonávané vo forme EPA, ktoré vyžadujú komplexnú starostlivosť. Rýchlosť katalytickej reakcie je priamo úmerná množstvo použitého katalyzátora je v kontakte s chemickými látkami. V prípade pevného katalyzátora a kvapalného reakčného činidla je proporcionálny k rýchlosti procesov v oblasti, do ktorej vstupujú chemických látok a produktov, a voľba závisí na prítomnosti turbulentného miešania.

Katalytická reakcia je v skutočnosti často viacstupňový. Nielen počiatočné reaktanty reagujú s katalyzátorom. S ním reagovať a niektoré z medziproduktov.

Správanie katalyzátorov je tiež dôležité, v kinetike tohto procesu, a to najmä vo veľkých petrochemických reakcie, ako sú deaktivované spekaním, koksovateľného a podobnými procesmi.

Aplikácia nových technológií

SAR sa používa pre konverziu biomasy. V experimentoch s vysokotlakovými reaktormi sa používajú. Tlak v nich môže dosiahnuť 35 MPa. Použitie viacerých veľkostí meniť doba zotrvania od 0,5 do 600 sekúnd. Pre dosiahnutie teploty nad 300 ° C sa používa s elektricky vykurované reaktory. krmivo biomasy sa vykonáva pomocou HPLC-pumpy.

PSC aerosólové nanočastice

Existuje značný záujem o syntézu a použitie nanočastíc na rôzne účely, vrátane vysokých zliatin a hustú filmu vodiče pre elektronický priemysel. Ďalšie aplikácie zahŕňajú merania magnetickej susceptibility, prenos v vzdialenej infračervenej a nukleárnej magnetickej rezonancie. U týchto systémov je nutné vyrobiť riadenou veľkosť častíc. Ich priemer zvyčajne v rozmedzí 10 až 500 nm.

Vzhľadom na ich veľkosti, tvaru a vysoký špecifický povrch týchto častíc môže byť použitá na výrobu kozmetických pigmentov, membrány, katalyzátory, keramiky, katalytických a fotokatalytické reaktorov. Príklady použitia nanočastíc Sno ₂ pre oxid uhoľnatý senzory, TiO _2, SiO ₂ vlákna koloidný oxid kremičitý a optických vlákien, C pre uhlíka plniva v pneumatikách, Fe pre záznamového materiálu, Ni batérie a v menších množstvách, paládium, horčík a bizmutu. Všetky tieto materiály sú syntetizované v aerosólových reaktoroch. V medicíne, nanočastice sú použité pre prevenciu a liečenie infekcií rán, umelých kostných implantátov, ako aj pre zobrazovanie mozgu.

príkladom výroby

U častíc oxidu hlinitého pod prúdom argónu, nasýtené s kovom sa ochladí v RAC 18 mm v priemere a 0,5 m, teplota 1600 ° C a 1000 ° C / s. Keďže priechod plynu cez reaktor je nukleace a rast častíc oxidu hlinitého. Prietok 2 dm ³ / min a tlaku 1 atm (1013 Pa). Keď sa plyn ochladí a pohyb sa stáva presýtený, čo vedie k vzniku častíc z kolízií a molekúl par sa opakuje, kým častice nedosiahne kritickej veľkosti. Ako sa pohybuje skrz plynu presýtenej hliníka molekuly kondenzovať na časticiach, čo zvyšuje ich veľkosť.