Hvad er de kemiske reaktorer? Typer af kemiske reaktorer

Den kemiske reaktion er en proces, som fører til omdannelsen af reaktanterne. Det er kendetegnet ved ændringer, som giver et eller flere andre end udgangsprodukter. Kemiske reaktioner er forskellige. Det afhænger af typen af reaktanterne, den resulterende substans, betingelser og tidspunkt for syntese, nedbrydning, forskydning, isomerisering, syre-base, redox, etc. og organiske processer.

Kemiske reaktorer er tanken beregnet på udførelse af reaktionerne for at udvikle det endelige produkt. Deres design afhænger af forskellige faktorer og bør give det maksimale udbytte af den mest omkostningseffektive måde.

typer

Der er tre grundlæggende modeller af kemiske reaktorer:

• Batch.
• Kontinuerlig omrørt tank (HPM).
• Plug-flow-reaktor (PFR).

Disse grundlæggende modeller kan ændres i overensstemmelse med kravene i den kemiske proces.

batchreaktor

De kemiske enheder af denne type anvendes i batchprocesser på en lille skala produktion, en lang reaktionstid, eller hvor den bedste selektivitet opnås, som i nogle polymerisationsprocesser.

Til dette formål, for eksempel, hvis indhold er omrøringskar rustfrit stål indre arbejdsmetoder knive, gasbobler eller ved hjælp af pumper. Temperaturkontrol sker via heat exchange jakker, kunstvanding køleskabe eller pumpning gennem en varmeveksler.

Batch reaktorer i øjeblikket anvendes i den kemiske industri og fødevareindustrien. Deres automatisering og optimering skaber kompleksitet, da det er nødvendigt at kombinere kontinuerte og diskrete processer.

Semi-batch kemiske reaktorer kombinere arbejde i kontinuerlige og batch-tilstand. En bioreaktor, f.eks periodisk indlæst og frigiver kontinuerligt kuldioxid, som skal fjernes kontinuerligt. Tilsvarende, når chloreringsreaktionen, når en af reaktanterne er chlorgas, hvis ikke administreres kontinuerligt, hovedparten af det fordamper.

At sikre store produktionsmængder, der hovedsagelig anvendes kemiske reaktorer eller kontinuerlig metalbeholder med en omrører eller en kontinuerlig strøm.

Kontinuerligt omrørt tankreaktor

flydende reaktanter tilføres til en beholder af rustfrit stål. For at sikre korrekt interaktion af deres arbejdstid klinge omrørt. Således i denne type reaktor reaktanterne kontinuerligt ind i første reservoir (lodret, stål), og derefter de komme ind i efterfølgende, samtidig at have blandet i hver beholder. Selv om sammensætningen af blandingen ensartet i hver tank i systemet som helhed varierer koncentrationen fra beholder til beholder.

Den gennemsnitlige tid, som den diskrete mængde reaktant tilbringer i tanken (opholdstid) kan beregnes ved ganske enkelt at dividere volumenet af beholderen ved en gennemsnitlig volumetrisk strømningshastighed derigennem. Forventet procentdel af færdiggørelse af reaktionen beregnes ved hjælp af kemisk kinetik.

Fremstillet af rustfri tanke eller stållegeringer og emaljeret.

Nogle vigtige aspekter af DMI

Alle beregninger udføres på grundlag af en ideel blanding. Reaktionen forløber ved en hastighed relateret til slutkoncentrationen. Ved ligevægt bør strømningshastigheden være lig med strømningshastigheden, ellers reservoiret er fulde eller tomme.

Ofte økonomisk fordelagtigt at arbejde med flere seriel eller parallel HPM. Rustfri ståltanke indsamlet i en kaskade af fem eller seks enheder kan opføre sig som en plug flow reaktor. Dette tillader den første enhed til at operere med en højere koncentration af reagenser og dermed en højere reaktionshastighed. Også kan reservoiret være anbragt lodrette stål HPM flere trin, i stedet for de processer, der foretages i forskellige fartøjer.

I vandret flertrins udførelsesenheden opdelt af lodrette skillevægge af forskellig højde, gennem hvilken blandingen strømmer kaskader.

Når reaktanterne er dårligt blandbart eller i det væsentlige afviger i densitet af en vertikal flertrins reaktor (glasbeklædt eller rustfrit stål) i en modstrøm. Dette er effektivt til reversible reaktioner.

Den lille fluidbed er fuldstændigt blandet. Store kommercielle hvirvellagsreaktor har en i det væsentlige ensartet temperatur, men blandbare blandinger og erstattede tilstand og forbigående strømme derimellem.

Kemisk strømningsreaktor

PFR - en reaktor (rustfrit stål), hvor den ene eller flere flydende reaktanter pumpes gennem et rør. De kaldes også rørformet flow. Det kan have flere rør eller rør. Reaktanterne tilføres kontinuerligt gennem den ene ende, og produkterne stammer fra et andet. Kemiske processer finde sted, når den passerer blanding.

PFR reaktionshastighed gradientsystem: indløbet er meget høj, men med en reduktion i koncentrationen af reaktanter og produktudbytte forøget forsinker dens hastighed. Typisk er dynamisk ligevægt opnås.

Typisk er den horisontale og vertikale orientering af reaktoren.

Når den ønskede varmeoverførsel, er de enkelte rør anbragt i kappen eller shell and tube varmeveksler anvendes. I sidstnævnte tilfælde kan kemikalierne være enten i huset eller i røret.

Beholdere af metal med et dyser med stor diameter eller lignende badekar PFR og udbredte. I nogle konfigurationer anvender aksial og radial strømning, flere membraner med integrerede varmevekslere, vandret eller lodret position af reaktoren og så videre.

Fartøj med et reagens kan fyldes med inert eller katalytisk svævestøv at forøge grænseflade kontakt i heterogene reaktion.

Betydningen af PFR er, at beregningerne ikke tager højde for den lodret eller vandret blanding - det der menes med udtrykket "plug flow". Reaktanterne kan indføres i reaktoren ikke blot indløbet. Således er det muligt at opnå højere effektivitet EPA eller reducere dens størrelse og pris. Ydelse PSC er normalt højere end den NRM af samme volumen. For lige værdier af volumen og tid i reaktionen stempel reaktorer vil have en højere procentdel af færdiggørelse end i aggregater blanding.

dynamisk ligevægt

For hovedparten af kemiske processer er umuligt at opnå 100 procent færdiggørelse. Deres hastighed aftager med en forøgelse denne index op til det øjeblik, hvor systemet når en dynamisk ligevægt (når den samlede respons eller ændring i sammensætningen ikke forekommer). Ligevægtspunktet i de fleste systemer er mindre end 100% afslutningen af processen. Af denne grund er det nødvendigt at gøre separationsprocessen såsom destillation, for at adskille de resterende reagenser eller biprodukter fra target. Disse reagenser kan undertiden genanvendes i begyndelsen af processen, for eksempel såsom Haber processen.

Anvendelsen af EPA

Stempelstrømningsreaktorer anvendes til kemisk omdannelse af forbindelser under deres bevægelse gennem systemet, der ligner et rør, med henblik på store, hurtige, homogene eller heterogene reaktioner, kontinuerlige produktionsprocesser og når frigiver store mængder varme.

Den ideelle PFR har en fast opholdstid, dvs. enhver væske (stempel) ankommer til tiden t, og det efterlader på tidspunktet t + τ, hvor τ - .. opholdstid i anlægget.

Kemiske reaktorer af denne type besidder høje niveauer af ydeevne over længere tidsperioder, samt fremragende varmeoverføring. Ulemperne ved PFR er vanskeligheden ved overvågning af temperaturen af den proces, der kan føre til uønskede temperaturforskelle og deres højere pris.

katalytiske reaktorer

Selvom enheder af denne type ofte gennemføres i form af EPA, de kræver mere kompleks pleje. Hastigheden af katalytisk reaktion er proportional med mængden af katalysator i kontakt med kemikalier. I tilfælde af en fast katalysator og flydende reaktant er proportional med hastigheden af processer tilgængelige område, indtastning af kemikalier og produkter, og valget afhænger af tilstedeværelsen af turbulent blanding.

Den katalytiske reaktion er faktisk ofte en flertrinsproces. Ikke kun de oprindelige reaktanter reagerer med katalysatoren. Med ham reagere og nogle af mellemprodukter.

Opførslen af katalysatorerne er også vigtig i kinetikken for denne proces, især i høje petrokemiske reaktioner, som de er deaktiveret ved sintring, koks og lignende processer.

Anvendelse af ny teknologi

SAR anvendes til omdannelse af biomasse. I forsøgene i højtryksreaktorer anvendes. Trykket i dem kan nå 35 MPa. Brug af flere størrelser for at variere opholdstiden fra 0,5 til 600 sekunder. At nå temperaturer på over 300 ° C anvendes med elektrisk opvarmede reaktorer. biomassefødemateriale udføres ved HPLC-pumper.

PSC aerosol nanopartikler

Der er betydelig interesse i syntesen og anvendelsen af nanopartikler til forskellige formål, herunder høje legeringer og en tyk film ledere til elektronikindustrien. Andre anvendelsesområder omfatter måling af magnetisk susceptibilitet, transmission i det fjerne infrarøde og kernemagnetisk resonans. Til disse systemer er det nødvendigt at frembringe en kontrolleret partikelstørrelse. Deres diameter sædvanligvis i området fra 10 til 500 nm.

På grund af deres størrelse, form og højt specifikt overfladeareal af disse partikler kan anvendes til fremstilling af kosmetiske pigmenter, membraner, katalysatorer, keramik, katalytiske og fotokatalytiske reaktorer. Anvendelseseksempler for nanopartikler indbefatter SnO ₂ for kulilte sensorer, TiO ₂ fibre, _SiO2 kolloidt silica og optiske fibre, C i carbon fyldstoffer i dæk, Fe til optagelse materiale, Ni batteri og, i mindre mængder, palladium, magnesium og vismut. Alle disse materialer er syntetiseret i aerosol reaktorer. I medicin, nanopartikler anvendes til forebyggelse og behandling af sårinfektioner, kunstige knogleimplantater, såvel som til billeddannelse af hjernen.

eksempel produktion

For aluminiumoxidpartikler under en argonstrøm, mættet med metallet afkøles i RAC 18 mm i diameter og 0,5 m lang, temperaturen 1600 ° C ved 1000 ° C / s. Når gassen passage gennem reaktoren kommer kimdannelse og vækst af aluminiumoxidpartikler. Den strømningshastighed på 2 ^dm3 / min, og trykket er 1 atm (1013 Pa). Når gassen afkøles og bevægelsen bliver overmættet, hvilket fører til fremkomsten af partikler fra kollisioner og damp molekyler til gentaget, indtil partiklen når en kritisk størrelse. Når den bevæger sig gennem gassen overmættede aluminium molekylerne kondenserer på partiklerne, øge deres størrelse.