TRAŽI

Što su kemijski reaktori? Vrste kemijskih reaktora

Kemijska reakcija je proces kojidovodi do transformacije reagensa. Obilježava se promjenama koje rezultiraju u jednom ili više proizvoda različitim od originalnih. Kemijske reakcije su različite prirode. Ovisi o vrsti reagensa, dobivenoj supstanci, uvjetima i vremenu sinteze, raspadanju, pomicanju, izomerizaciji, kiseloj bazi, redukciji oksidacije, organskim procesima itd.

Kemijski reaktori su spremnici,namijenjen za provedbu reakcija kako bi se proizveo konačni proizvod. Njihov dizajn ovisi o različitim čimbenicima i trebao bi pružiti maksimalni prinos na najisplativiji način.

vrste

Postoje tri osnovna osnovna modela kemijskih reaktora:

  • Periodična akcija.
  • Neprekidno uz miješalicu (HPM).
  • Reaktor s protokom klipova (PFR).

Ovi osnovni modeli mogu se mijenjati u skladu sa zahtjevima kemijskog procesa.

kemijski reaktori

Batch reaktor

Kemijske jedinice ovog tipa koriste se ubatch postupaka s malim proizvodnim volumenima, dugim vremenima reakcije ili gdje se postiže bolja selektivnost, kao u nekim procesima polimerizacije.

U tu svrhu, na primjer, spremnici izod nehrđajućeg čelika, čiji je sadržaj miješan unutarnjim noževima, mjehurićima plina ili pumpama. Kontrola temperature vrši se pomoću košulja za izmjenu topline, hladnjaka za navodnjavanje ili pumpanja kroz izmjenjivač topline.

Batch reaktori sadavrijeme koje se koristi u kemijskoj industriji i preradi hrane. Njihova automatizacija i optimizacija stvaraju poteškoće, budući da je potrebno kombinirati kontinuirane i diskretne procese.

Polu-periodični kemijski reaktori kombinirajurade kontinuirano i povremeno. Na primjer, bioreaktor se periodički puni i stalno oslobađa ugljični dioksid, koji se mora kontinuirano ukloniti. Slično tome, tijekom reakcije kloriranja, kada je plin klor jedan od reaktanata, ako se ne kontinuirano injicira, većina nestaje.

Kako bi se osigurala velika proizvodnja, uglavnom se koriste kontinuirani kemijski reaktori ili metalni spremnici s miješalicom ili kontinuiranim protjecanjem.

miješana reaktor

Kontinuirani reaktor s miješalicom

Spremnici od nehrđajućeg čelika služe tekućinireagensi. Da bi se osigurala pravilna interakcija, oni su mješoviti radni noževi. Dakle, u reaktorima ovog tipa, reaktanti se kontinuirano dovode u prvi spremnik (vertikalni, čelični), a zatim ulaze u slijedeće, istodobno temeljito miješaju u svakom spremniku. Iako je sastav smjese homogena u svakom pojedinom spremniku, u sustavu u cjelini, koncentracija varira od kapaciteta do kapaciteta.

Prosječno vrijeme koje je diskretnokoličina reagensa potrošenog u spremniku (vrijeme zadržavanja) može se izračunati jednostavnim dijeljenjem volumena spremnika prosječnom volumetrijskom brzinom protoka kroz nju. Očekivani postotak dovršenja reakcije računa se korištenjem kemijske kinetike.

Spremnici su od nehrđajućeg čelika ili legura, kao i s premazom caklina.

vertikalni čelični spremnik

Neki važni aspekti HPM-a

Svi izračuni su izvedeni uzevši u obzir idealmiješanje. Reakcija se odvija pri brzini povezanoj s konačnom koncentracijom. U ravnoteži, brzina protoka mora biti jednaka brzini protoka, inače spremnik će prelijevati ili isprazniti.

Često je isplativ djelovati s nekolikosekvencijalni ili paralelni hsm. Nehrđajući spremnici sastavljeni u kaskadi od pet ili šest jedinica mogu se ponašati poput reaktora klipnog protoka. To omogućuje prvoj jedinici da radi s većom koncentracijom reagensa i, prema tome, višom brzinom reakcije. Također u vertikalnom čeličnom spremniku može se postaviti nekoliko faza theorm, umjesto procesa koji se odvijaju u različitim spremnicima.

U horizontalnoj verziji, višeslojna jedinica je podijeljena okomitim pregradama različitih visina, kroz koje mješavina teče u kaskadama.

Kada su reagenti slabo miješani ili značajnorazlikuju se u gustoći, koristeći vertikalni reaktor s više stupnjeva (enamelirani ili nehrđajući čelik) u protustrujnom režimu. Djelotvoran je za reverzibilne reakcije.

Mali pseudo-tekući sloj je posvemješoviti. Veliki komercijalni reaktor s fluidiziranim slojem ima gotovo jednoliku temperaturu, ali kombinira između njih mješavine i raspršene tokove i prijelazne stanja.

spremnici od nehrđajućeg čelika

Kemijski reaktor protoka

RPP je reaktor (nehrđajući) u kojemu je jedanili više tekućih reagensa se crpi kroz cijev ili cijevi. Oni se nazivaju i cjevasti protok. Može imati nekoliko cijevi ili cijevi. Reagensi se stalno isporučuju kroz jedan kraj, a proizvodi izlaze iz drugog. Kemijski procesi nastaju dok smjesa prolazi.

U RPP, brzina reakcije je gradijent: na ulazu je vrlo visoka, ali uz smanjenje koncentracije reagensa i povećanje sadržaja proizvoda izlaza, njegova brzina se usporava. Obično se postiže stanje dinamičke ravnoteže.

Česta je i horizontalna i vertikalna orijentacija reaktora.

Kada je potreban prijenos topline, pojedinačne cijevi se postavljaju u jaknu ili se koriste izmjenjivači topline ljuska i cijevi. U potonjem slučaju kemikalije mogu biti u kućištu iu cijevi.

Metalni spremnici velikog promjera smlaznice ili kupke slične su RPP-u i široko su korištene. U nekim konfiguracijama se koriste aksijalni i radijalni protok, više školjaka s ugrađenim izmjenjivačima topline, horizontalnim ili vertikalnim položajem reaktora i tako dalje.

Spremnik reagensa može se napuniti katalitičkim ili inertnim čvršćim česticama da se poboljša međufazni kontakt u heterogenim reakcijama.

Važno je u RPT-u da u izračunima nijevertikalno ili horizontalno miješanje se uzima u obzir - to je ono što se podrazumijeva pod pojmom "strujanje klipa". Reagensi se mogu unijeti u reaktor ne samo u ulazu. Tako je moguće postići veću učinkovitost RPT-a ili smanjiti njegovu veličinu i cijenu. Performanse RPP-a obično su veće od one HPM-a istog volumena. S jednakim vrijednostima volumena i vremena u klipnim reaktorima, reakcija će imati veći postotak završetka nego u jedinicama za miješanje.

nehrđajući čelik reaktor

Dinamička ravnoteža

Za većinu kemijskih procesa nemogućepostići 100 posto završetka. Njihova brzina se smanjuje s povećanjem ovog pokazatelja do trenutka kada sustav dosegne dinamičku ravnotežu (kada se ne pojavi ukupna reakcija ili promjena u sastavu). Ravnotežna točka većine sustava je ispod 100% završetka procesa. Iz tog razloga, potrebno je provesti postupak odvajanja, kao što je destilacija, kako bi se preostali reagensi ili nusproizvodi odvojili od cilja. Ti se reagensi ponekad mogu ponovno upotrijebiti na početku postupka, kao što je na primjer proces habera.

Primjena RPP-a

Upotrebljavaju se reaktori punjenja klipovaprovodeći kemijske transformacije spojeva tijekom njihovog kretanja kroz sustav sličan cijevima u svrhu provođenja velikih, brzih, homogenih ili heterogenih reakcija, kontinuirane proizvodnje i tijekom procesa s otpuštanjem velikih količina topline.

Idealan RPF ima fiksno vrijeme zadržavanja, tj. Bilo koja tekućina (klip) koja ulazi u vrijeme t će ga ostaviti u vrijeme t + τ, gdje je τ vrijeme provedeno u instalaciji.

Kemijski reaktori ovog tipa imajuvisoke performanse tijekom dugog vremenskog razdoblja, kao i izvrsni prijenos topline. Nedostaci RPP-a su složenost praćenja temperature procesa, što može dovesti do nepoželjnih temperaturnih razlika, kao i njihove veće troškove.

nehrđajućih spremnika

Katalitički reaktori

Iako se ove vrste često provode uRPP, oni zahtijevaju složenije održavanje. Brzina katalitičke reakcije proporcionalna je količini katalizatora u dodiru s kemikalijama. U slučaju krutog katalizatora i tekućih reagensa, brzina procesa je proporcionalna raspoloživom području, protok kemikalija i izbor proizvoda i ovisi o prisutnosti turbulentnog miješanja.

Katalitička reakcija često je često višeslojna. Ne samo da su početni reagensi u interakciji s katalizatorom. Neki intermedijerni proizvodi reagiraju s njom.

Ponašanje katalizatora je također važno u kinetici ovog postupka, posebno u petrokemijskim reakcijama visoke temperature, budući da su oni deaktivirani sinteriranjem, koksiranjem i sličnim postupcima.

Primjena novih tehnologija

RPP-ovi se koriste za konverziju biomase. Pokusi su koristili reaktore visokog tlaka. Tlak u njima može doseći 35 MPa. Korištenje nekoliko veličina omogućuje vam promjenu vremena boravka od 0,5 do 600 s. Da bi se postigla temperatura iznad 300 ° C, koriste se električki grijani reaktori. Biomasa se isporučuje pomoću HPLC pumpi.

visokotlačni reaktori

RPP aerosol nanočestice

Postoji znatan interes za sintezu iupotrebu čestica nanočasa za razne svrhe, uključujući legure visoke legure i vodiča debelih filmova za elektroniku industriju. Ostale primjene uključuju mjerenja magnetske osjetljivosti, daljin infracrveni prijenos i nuklearna magnetska rezonancija. Za ove sustave potrebno je proizvesti čestice kontrolirane veličine. Njihov je promjer obično u rasponu od 10 do 500 nm.

Zbog njihove veličine, oblika i visoke specifičnostipovršina tih čestica može se koristiti za proizvodnju kozmetičkih pigmenata, membrana, katalizatora, keramike, katalitičkih i fotokatalitičkih reaktora. Primjeri upotrebe nanočestica uključuju SnO.2 za senzore ugljičnog monoksida, TiO2 za svjetlosne vodiče, SiO2 za koloidni silicijev dioksid i optičkivlakna, C za ugljen punila u gumama, Fe za snimanje materijala, Ni za baterije i, u manjim količinama, paladij, magnezij i bizmut. Svi ti materijali su sintetizirani u aerosolnim reaktorima. U medicini se nanočestice upotrebljavaju za prevenciju i liječenje infekcija rana, umjetnih koštanih implantata, kao i za snimanje mozga.

Primjer proizvodnje

Za dobivanje aluminijskih čestica, protoka argona,para zasićene metalima se hladi u RPP promjera 18 mm i dužinom od 0,5 m od temperature od 1600 ° C pri brzini od 1000 ° C / s. Dok plin prolazi kroz reaktor, nastaje nukleacija i rast aluminijskih čestica. Brzina protoka je 2 dm.3/ min, a tlak je 1 atm (1013 Pa). Dok se pomiče, plin se hladi i postaje superzasićen, što dovodi do nukleacije čestica kao rezultat sudara i isparavanja molekula, ponavljajući sve dok čestica ne dosegne kritičnu veličinu. Dok se kreće kroz natprosjepljeni plin, aluminijske molekule se kondenziraju na česticama, povećavajući njihovu veličinu.

  • Ocjenjivanje: