Ano ang chemical reactors? Mga uri ng mga kemikal reactors

Ang kemikal na reaksyon ay isang proseso na hahantong sa ang conversion ng reactants. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga pagbabago, na kung saan nagbubunga ng isa o higit pang mga produkto bukod sa simula. Chemical reaksyon ay iba't iba. Ito ay depende sa uri ng reactants, ang mga nagresultang na substansiya, ang mga kondisyon at oras ng synthesis, agnas, pag-aalis, isomerization, acid-alkali, redox, at iba pa at organic na proseso.

Chemical reactors ay tangke inilaan para sa pagsasakatuparan ng mga reaksyon upang bumuo ng ang panghuling produkto. Ang kanilang mga disenyo ay depende sa iba't-ibang mga kadahilanan at dapat magbigay ng pinakamataas na ani sa mga pinaka-epektibong gastos na paraan.

uri

May tatlong pangunahing mga pangunahing mga modelo ng chemical reactors:

• Batch.
• Ang patuloy na hinalo tangke (HPM).
• Plug-daloy reactor (PFR).

Ang mga pangunahing modelo ay maaaring mabago alinsunod sa mga kinakailangan ng proseso ng kemikal.

batch reactor

Ang kemikal yunit ng ganitong uri ay ginagamit sa batch na proseso sa isang maliit na scale produksyon, ang isang mahabang oras na reaksyon o kung saan ang pinakamahusay na selectivity ay nakakamit, tulad ng sa ilang mga proseso ng polimerisiyesyon.

Para sa layuning ito, halimbawa, ang mga nilalaman nito ay nabalisa hindi kinakalawang na asero daluyan ng panloob na working blades, gas mga bula o sa pamamagitan ng sapatos na pangbabae. Temperatura control ay isinasagawa sa pamamagitan ng init exchange jacket, patubig refrigerators o pumping sa pamamagitan ng isang init Exchanger.

Batch reactors na kasalukuyang ginagamit sa kemikal at pagkain processing industriya. Ang kanilang automation at pag-optimize ay lumilikha ng pagiging kumplikado, dahil ito ay kinakailangan upang pagsamahin ang patuloy na discrete proseso.

Semi-batch chemical reactors pagsamahin ang trabaho sa tuloy-tuloy at batch mode. Ang isang bioreactor, halimbawa, ay panaka-nakang load at patuloy na release carbon dioxide, na kung saan ay dapat na patuloy na inalis. Katulad nito, kapag ang chlorination reaksyon, kapag ang isa sa mga reactants ay kloro gas, kung hindi pinangangasiwaan patuloy na, ang bulk ng mga ito evaporates.

Upang masiguro ang malaking volume na produksyon pangunahing ginagamit chemical reactors o patuloy na metal sasakyang-dagat na may isang stirrer o isang tuloy-tuloy na daloy.

Ang patuloy na hinalo tangke reactor

liquid reactants ay fed sa isang hindi kinakalawang na asero lalagyan. Upang matiyak ang wastong pakikipag-ugnayan ng kanilang mga nagtatrabaho blade hinalo. Sa gayon, sa ganitong uri ng reactor reactants ay patuloy na fed sa unang reservoir (vertical, bakal), at pagkatapos ay sila makakuha sa ang kasunod na, sabay-sabay maingat na paghahalo sa bawat sisidlan. Kahit na ang mga bahagi ng ang timpla ay pare-parehong sa bawat tangke sa sistema bilang isang buo concentration ay nag-iiba mula sa container na lalagyan.

Ang average na halaga ng oras na ang discrete halaga ng reactant ginugugol sa tangke (residence oras) maaaring kalkulahin sa pamamagitan lamang ng paghati sa dami ng lalagyan sa isang average na volumetric rate ng daloy therethrough. Inaasahang porsyento ng pagkumpleto ng reaksyon ay kinakalkula gamit ang mga kemikal kinetika.

Ginawa ng hindi kinakalawang na asero tangke o alloys at inenamel.

Ang ilang mahalagang mga aspeto ng DMI

Ang lahat ng mga kalkulasyon ay ginanap batay sa isang perpektong mix. Ang reaksyon naaayos sa isang rate na may kaugnayan sa ang pangwakas na konsentrasyon. Sa punto ng balanse, ang daloy rate ay dapat na katumbas ng daloy ng rate, kung hindi man reservoir ay puno na o walang laman.

Kadalasan matipid advantageous upang gumana sa ilang mga serial o parallel HPM. Hindi kinakalawang na asero tank kinolekta sa isang kaskad ng lima o anim na mga yunit ay maaaring kumilos bilang isang plug daloy reactor. Ito ay nagpapahintulot sa mga unang yunit ng upang gumana sa isang mas mataas na konsentrasyon ng reagents at, dahil dito, ang isang mas mataas na rate ng reaksyon. Gayundin, ang reservoir ay maaaring ilagay vertical steel HPM ilang mga yugto, sa halip na ang mga proseso na isinasagawa sa iba't-ibang mga sisidlan.

Sa pahalang maraming palapag pagpapatupad unit partitioned sa pamamagitan ng vertical partisyon pader ng iba't ibang taas, sa pamamagitan ng kung saan ang pinaghalong dumadaloy cascades.

Kapag ang reactants ay hindi maganda miscible o halos-iba sa density ng isang vertical maraming palapag reactor (glass-lined o hindi kinakalawang na asero) sa isang countercurrent mode. Ito ay epektibo para sa baligtaran reaksyon.

Ang maliit na fluidized bed ay ganap na mixed. Malaking komersyal na fluidized bed reactor ay may isang malaki-laking unipormeng temperatura ngunit miscible blends at superseded ng estado at lumilipas daloy therebetween.

Chemical daloy reactor

PFR - isang reactor (hindi kinakalawang na asero), kung saan ang isa o higit pang mga likidong reactants ay pumped sa pamamagitan ng isang tube o tubo. Ang mga ito ay tinatawag din na pantubo flow. Maaari itong magkaroon ng maramihang mga pipe o tubes. Ang reactants ay fed sa pamamagitan ng patuloy sa isang dulo, at ang mga produkto dumating mula sa isa pang. Chemical proseso na maganap bilang ito pumasa sa timpla.

Ang PFR reaksyon bilis gradient system: ang makipot na look ay napakataas na, ngunit may isang pagbawas sa ang konsentrasyon ng reactants at produkto ani nadagdagan nilalaman slows ang bilis nito. Karaniwan, ang mga dynamic na balanse na nakamit.

Typical ang horizontal at vertical orientation ng reactor.

Kapag ang mga kinakailangang init transfer, ang mga indibidwal na tubes ay inilalagay sa jacket o shell at tube init Exchanger ay ginagamit. Sa huli kaso, ang mga kemikal ay maaaring maging alinman sa pabahay o sa pipe.

Lalagyan ng metal na may malaking diameter nozzles o katulad na bathtubs PFR at malawak na ginamit. Sa ilang mga configuration gumamit ng ehe at sa hugis ng bituin daloy, ang maramihang mga membranes may pinagsamang init exchangers, pahalang o patayong posisyon ng reactor at iba pa.

Sasakyang-dagat na may isang reagent ay mapuspos ng hindi gumagalaw o catalytic particulate matter upang madagdagan ang interfacial contact sa magkakaiba reaksyon.

Ang kahalagahan ng PFR ay na ang mga kalkulasyon ay hindi isaalang-alang ang vertical o horizontal na paghahalo - ito ay sinadya sa pamamagitan ng term na "plug flow". Ang reactants ay maaaring maging nagpasimula sa reactor hindi lamang ang pumapasok. Kaya, ito ay posible upang makamit ang mas mataas na kahusayan ng EPA o bawasan ang laki at gastos. Pagganap ng PSC ay karaniwang mas mataas kaysa sa NRM ng parehong dami. Para sa pantay na halaga ng dami at oras sa reactors reaction piston ay may isang mas mataas na porsyento ng pagkumpleto kaysa sa Pinagsasama-sama paghahalo.

dynamic na punto ng balanse

Para sa karamihan ng mga proseso ng kemikal ay imposible upang makamit ang 100 porsyento na makumpleto. Ang kanilang bilis nababawasan na may isang pagtaas ng indeks na ito hanggang sa sandaling ito kapag ang sistema ay umabot sa isang dynamic na punto ng balanse (kapag ang kabuuang tugon o pagbabago sa komposisyon ay hindi mangyayari). Ang punto ng balanse sa karamihan ng mga sistema ay mas mababa sa 100% pagkumpleto ng proseso. Para sa kadahilanang ito ito ay kinakailangan upang gawin ang proseso ng paghihiwalay tulad ng paglilinis, upang paghiwalayin ang mga natitirang reagents o sa pamamagitan ng-produkto ng target. Ang mga reagents ay maaring gamiting muli sa simula ng proseso, hal, tulad ng sa proseso Haber.

Ang application ng EPA

Plug daloy ng reactors ginagamit para sa mga kemikal conversion ng mga compounds sa panahon ng kanilang kilusan sa pamamagitan ng sistema, na kahawig ng isang tube, para sa layunin ng mga malalaking-scale, mabilis, homogenous o magkakaiba reaksyon, tuloy-tuloy na proseso ng produksyon at kapag ilalabas ang malaking halaga ng init.

Ang ideyal na PFR ay may isang nakapirming paninirahan oras, ie, ang anumang likido (piston) pagdating sa oras t, ito ay umalis sa oras t + τ, kung saan τ - .. Residence oras sa halaman.

Chemical reactors ng ganitong uri nagtataglay mataas na antas ng pagganap sa paglipas ng pinalawig na panahon ng oras, pati na rin ang mahusay na init transfer. Ang disadvantages ng PFR ay ang kahirapan ng pagsubaybay ng temperatura ng mga proseso na maaaring humantong sa hindi kanais-nais na temperatura pagkakaiba, at ang kanilang mga mas mataas na gastos.

catalytic reactors

Kahit na yunit ng ganitong uri ay madalas na ipinatupad sa anyo ng EPA, nangangailangan ang mga iyon ng mas kumplikadong pag-aalaga. Ang rate ng catalytic reaksyon ay proporsyonal sa ang halaga ng katalista sa contact na may mga kemikal. Sa kaso ng isang solid katalista at likidong reactant ay proporsyonal sa ang bilis ng proseso available lugar, ang pagpasok ng mga kemikal at mga produkto, at ang pagpili ay depende sa pagkakaroon ng magulong paghahalo.

Ang catalytic reaksyon ay talagang madalas na isang multi-hakbang. Hindi lamang ang unang reactants tumauli sa ang katalista. Sa kanya reaksyon at ang ilan sa intermediates.

Ang pag-uugali ng mga catalysts ay din mahalaga sa kinetika ng prosesong ito, lalo na sa mataas na petrochemical reaksyon, tulad ng mga ito ay hindi na aktibo sa pamamagitan ng sintering, coking at mga katulad na mga proseso.

Application ng mga bagong teknolohiya

SAR ay ginagamit para sa mga conversion ng biomass. Sa mga eksperimento ng mataas na presyon reactors ay ginagamit. Ang presyon sa mga ito ay maaaring maabot ang 35 MPa. Ang paggamit ng maramihang mga laki upang ibahin ang paninirahan oras .5-600 segundo. Upang maabot ang mga temperatura na higit sa 300 ° C ay ginagamit na may electrically heated reactors. biomass feed ay ginanap sa pamamagitan ng HPLC-sapatos na pangbabae.

PSC aerosol nanoparticles

May malaking interes sa synthesis at ang paggamit ng mga nanoparticles para sa iba't ibang layunin, kabilang ang mataas na alloys at isang makapal conductors film para sa industriya ng electronics. Iba pang mga application isama ang pagsukat ng magnetic pagkamaramdamin, transmission sa dulong infrared at nuclear magnetic lagong. Para sa mga sistema ng ito ay kinakailangan upang makagawa ng isang kinokontrol na laki ng maliit na butil. Ang kanilang diameter ay karaniwang sa hanay ng 10 hanggang 500 nm.

Dahil sa kanilang laki, hugis at mataas na tukoy na ibabaw na lugar ng mga particle ay maaaring gamitin para sa produksyon ng mga cosmetic pigments, membranes, catalysts, keramika, catalytic at photocatalytic reactors. Application halimbawa ng mga nanoparticles ay kinabibilangan Sno ₂ para sa carbon monoxide sensor, TiO ₂ fibers, SiO ₂ koloidal kwats at optical fibers, C para sa carbon fillers sa mga gulong, Fe para sa mga materyal na pag-record, Ni baterya at, sa mas maliit na halaga, paleydyum, magnesium at bismuth. Ang lahat ng mga materyales na ito ay na-synthesize sa erosol reactors. Sa gamot, nanoparticles ay ginagamit para sa pag-iwas at paggamot ng sugat impeksiyon, artipisyal buto implants, pati na rin para imaging ng utak.

halimbawa production

Para sa alumina particle sa ilalim ng isang argon stream, puspos na may mga metal ay cooled sa RAC 18 mm ang lapad at 0.5 m ang haba, ang temperatura 1600 ° C sa 1000 ° C / s. Bilang ang gas pagpasa sa pamamagitan ng mga reactor pagdating nucleation at paglago ng alumina particle. Ang daloy ng rate ng 2 dm ³ / min at ang presyon ay 1 atm (1013 Pa). Bilang ang gas ay cooled at sa paggalaw nagiging supersaturated, na hahantong sa ang paglitaw ng mga particle mula sa banggaan at molekyul sa paulit-ulit hanggang sa ang maliit na butil umabot sa isang kritikal na sukat. Bilang ito gumagalaw sa pamamagitan ng gas supersaturated aluminum molecule paikliin sa mga particle, ang pagtaas ng kanilang laki.