Mi a kémiai reaktorok? Típusú kémiai reaktorok

A kémiai reakció egy olyan folyamat, amely ahhoz vezet, hogy az átalakítás a reagensek. Ez jellemzi a változások, amelyek így egy vagy több, eltérő termékek kiindulási. Kémiai reakciók sokfélék. Ez attól függ, hogy milyen típusú a reagensek, a kapott anyagot, a feltételeket és szintézis ideje, bomlás, elmozdulás, izomerizáció, sav-lúg, redox, stb, és a szerves folyamatok.

Kémiai reaktorok tartály szánt szerinti reakciók fejlesztése érdekében a végterméket. Kialakításuk különböző tényezőktől függ, és biztosítania kell a maximális hozam a leginkább költséghatékony módon.

típusok

Három fő alapmodell kémiai reaktorok:

• Batch.
• Folyamatosan kevert tank (HPM).
• Plug-flow reaktor (PFR).

Ezek alapmodell lehet módosítani követelményeivel összhangban a kémiai folyamat.

batch reaktor

A kémiai egységek ilyen típusú használt szakaszos eljárásokban egy kis léptékű termelés, hosszú reakcióidő, vagy ahol a legjobb szelektivitás érhető el, mint az egyes polimerizációs eljárásokban.

Erre a célra, például a tartalmát, amelyek kevert rozsdamentes acél edényben a belső üzemi pengék, gázbuborékokat vagy szivattyúk segítségével. Hőmérséklet szabályozó keresztül végezzük hőcserélő kabátok, öntözés hűtőszekrények vagy szivattyúzására egy hőcserélőn keresztül.

Batch reaktorok jelenleg használt vegyi és élelmiszer-feldolgozó ipar. Az automatizálás és optimalizálás teremt komplexitást, mivel szükség van, hogy összekapcsolják a folyamatos és diszkrét folyamatok.

Semi-szakaszos kémiai reaktorok a munka folyamatos, illetve szakaszos üzemmód. A bioreaktor, például periodikusan betöltve, és folyamatosan szén-dioxid szabadul, amelyek folyamatosan el kell távolítani. Hasonlóképpen, amikor a klórozási reakciót, ha az egyik reagenst a klórgáz, ha nem folyamatosan adagoljuk, a nagy részét is elpárolog.

Annak biztosítása érdekében, a nagy termelési volumen elsősorban kémiai reaktorok vagy folytonos fém, keverővel ellátott reakcióedényben, vagy folyamatos áramlás.

Folyamatosan kevert tank reaktorban

folyékony reagenseket betöltjük egy rozsdamentes acélból készült tartályba. Annak érdekében, hogy megfelelő kölcsönhatást azok dolgozik penge keverjük. Így, az ilyen típusú reaktor a reagenseket folyamatosan vezetjük be az első tartályba (függőleges, acél), és akkor kap a későbbi, egyidejűleg óvatosan összekeverjük minden edényben. Bár az összetétele a keverék egyenletes minden egyes tartályban a rendszer egészének koncentrációja változik a tartályból a tartályba.

Az átlagos idő, hogy a diszkrét mennyiségű reaktáns tölti a tartályban (tartózkodási idő) lehet kiszámítani egyszerűen elosztjuk a tartály térfogata átlagosan térfogati áramlást. Várható százalékában A reakció befejeződése kiszámítása a kémiai kinetika.

Rozsdamentes acélból készült tartályok, vagy ötvözetek és festéssel.

Néhány fontos szempontok a DMI

Minden számítás alapján hajtjuk végre ideális keveréke. A reakció olyan sebességgel kapcsolódik a végső koncentráció. Egyensúlyban az áramlási sebesség meg kell egyeznie az áramlási sebesség, különben a tartály tele van, vagy üres.

Gyakran gazdaságilag előnyös dolgozni több soros vagy párhuzamos HPM. Rozsdamentes tartályok gyűjtött kaszkád öt vagy hat egység képes viselkedni dugós áramlású reaktorban. Ez lehetővé teszi, hogy az első egység működését a magasabb a reagensek koncentrációja, és ennek következtében magasabb reakciósebességet. Továbbá, a tartály lehet helyezni függőleges acél HPM több szakaszban, ahelyett, hogy a folyamatok folytattak különböző hajók.

Vízszintes többlépcsős végrehajtási egység megosztjuk függőleges válaszfalak különböző magasságú, amelyen keresztül a keverék áramlik kaszkádok.

Amikor a reaktánsok csak gyengén elegyedő vagy lényegében különböznek sűrűsége egy függőleges többlépcsős reaktorban (üvegbélésű vagy rozsdamentes acél) egy ellenáramú üzemmódban. Ez hatásos reverzibilis reakciók.

A kis fluidizált ágy teljesen kevert. Nagy kereskedelmi fluid-ágyas reaktor egy lényegében egyenletes hőmérsékletet, de elegyedő keveréket és a túlhaladott állapotú és tranziens áramlik közöttük.

Kémiai áramlású reaktorba

PFR - egy reaktorba (rozsdamentes acél), ahol az egy vagy több folyékony reaktánsokat egy csövön keresztül szivattyúzott vagy cső. Ezek is nevezik csőszerű áramlását. Ez lehet több csövekben vagy vezetékekben. A reagenseket folyamatosan vezetjük keresztül egyik végén, és a termékeknek a másik. Kémiai folyamatok zajlanak, amikor az áthalad keveréket.

A PFR reakciósebesség gradiens rendszerrel: a belépő nagyon magas, de csökken a reagensek koncentrációja és a termék hozamát megnövekedett tartalma lassítja a sebességét. Jellemzően dinamikus egyensúly érhető el.

Tipikus a vízszintes és függőleges tájolását a reaktorba.

Amikor a kívánt hőátadást, az egyes csövek helyezzük a kabát, vagy csőköteges hőcserélőt használunk. Az utóbbi esetben, a vegyi anyagok lehetnek a házban vagy a csőben.

Konténerek a fém egy nagy átmérőjű fúvókák vagy hasonló kádak PFR és széles körben használt. Egyes konfigurációk használni axiális és radiális áramlás, többszörös membrán beépített hőcserélőkkel, vízszintes vagy függőleges pozícióban a reaktor, és így tovább.

A hajó egy reagenssel lehet töltött inert vagy katalitikus szemcsés anyag növelni a határfelületi kapcsolatot a heterogén reakcióelegyet.

Annak fontosságát, hogy a PFR, hogy a számítások nem veszik figyelembe a függőleges vagy vízszintes keverő - ez értendő a „plug flow”. A reagenseket be lehet vezetni a reaktorba nem csak a belépő. Így lehetőség van arra, hogy nagyobb hatékonyságot az EPA vagy csökkentse a méretét és költségét. Teljesítménye PSC általában magasabb, mint a NRM azonos térfogatú. Az azonos értékek térfogat és idő a reakciótartályban dugattyú reaktorok nagyobb lesz teljesítésarányos mint aggregátumok keverő.

dinamikus egyensúly

A legtöbb kémiai folyamatok lehetetlen elérni 100 százalék befejezését. Sebességük növekedésével csökken az index egészen addig a pillanatig, amikor a rendszer eléri a dinamikus egyensúlyi (ha a teljes választ, vagy összetételének megváltozása nem fordul elő). A lényeg az egyensúly a legtöbb rendszer kevesebb, mint 100% a folyamat befejezése. Emiatt szükség van, hogy az elválasztási eljárás például desztillációval, hogy elválassza a további reagenseket vagy mellékterméket a célt. Ezek a reagensek néha újra felhasználható a folyamat kezdetén, például, mint például a Haber folyamatot.

Az alkalmazás az EPA

Plug flow reaktorok használt kémiai vegyületek átalakítása során mozgásuk a rendszeren keresztül, hasonlít egy csövet, abból a célból, nagyszabású, gyors, homogén vagy heterogén reakciók, folyamatos termelési folyamatok és amikor felszabadító nagy mennyiségű hőt.

Az ideális PFR rögzített tartózkodási idő, azaz bármilyen folyékony (dugattyús) érkező t időpontban, hagy a t + τ, ahol τ - .. A tartózkodási idő a növény.

Kémiai ilyen típusú reaktorok rendelkeznek a magas szintű teljesítményt felett hosszabb ideig, valamint a kiváló hőátadást. A hátrányok PFR nehézsége a hőmérséklet ellenőrzése a folyamat vezethet nem kívánt hőmérséklet-különbség, és ezek magasabb költség.

katalitikus reaktorok

Bár az ilyen típusú egységek gyakran formájában valósul meg az EPA, szükség bonyolultabb ellátást. Az arány a katalitikus reakció arányos a katalizátor mennyisége érintkező vegyi anyagok. Abban az esetben, egy szilárd katalizátor és folyékony reagens arányos a sebesség a folyamatok álló területen, a belépő a vegyi anyagok és termékek, valamint a kiválasztás függ a jelenléte a turbulens keveredés.

A katalitikus reakció valójában gyakran egy többlépéses. Nem csak a kezdeti reaktánsok reagálnak a katalizátorral. Vele reagálnak, és néhány, a köztes.

A viselkedés a katalizátorok is fontos a kinetikáját ezt a folyamatot, különösen a nagy petrolkémiai reakciókban, mivel ezek dezaktiváljuk szinterezés, kokszoló és hasonló folyamatok.

Új technológiák alkalmazása

SAR használják a biomassza. A kísérletekben a nagynyomású reaktort alkalmazunk. A nyomás bennük elérheti a 35 MPa. A több méretben tartózkodási ideje változik 0,5-600 másodperc. Ahhoz, hogy elérjük meghaladó hőmérsékletek 300 ° C-on használjuk elektromosan melegített reaktorok. biomassza-nyersanyaggal végezzük HPLC-pumpák.

PSC aeroszol nanorészecskék

Jelentős érdeklődés a szintézis és a nanorészecskék alkalmazását különféle célokra, beleértve a magas ötvözetek és egy vastag film kábelek az elektronikai iparban. Egyéb alkalmazások közé mérése mágneses szuszceptibilitás, átvitellel, a távoli infravörös és magmágneses rezonancia. Ezen rendszerek szükséges, hogy készítsen egy szabályozott szemcseméretű. Átmérőjük általában a 10 és 500 nm.

Miatt azok méretét, alakját és a nagy fajlagos felülete Ezek a részecskék lehetnek termelésére használt kozmetikai pigmentek, membránok, katalizátorok, kerámia, katalitikus és fotokatalitikus reaktorok. Alkalmazási példák A nanorészecskék közé SnO ₂ szénmonoxid érzékelők, TiO ₂ szálak, SiO ₂ kolloid szilícium-dioxid, és az optikai szálak, C-szén töltőanyagok gumik, Fe a rögzítőanyag, Ni az akkumulátor és, kisebb mennyiségben, a palládium, a magnézium- és bizmut. Mindezen anyagok szintetizálódnak aeroszol reaktorokban. Az orvostudományban, nanorészecskék alkalmazunk a megelőzésére és kezelésére sebfertőzések, mesterséges csont implantátumok, valamint képalkotó az agy.

például a termelés

Az alumínium-oxid részecskék argon áramban, telített a fém lehűl a RAC 18 mm átmérőjű és 0,5 m hosszú, a hőmérséklet 1600 ° C, 1000 ° C / s. Ahogy a gáz átjutást a reaktorba érkezik nukleációs és a növekedés az alumínium-oxid részecskéket. Az áramlási sebesség 2 dm ³ / perc, és a nyomás 1 atm (1013 Pa). Mivel a gáz úgy lehűl, és a mozgás túltelítetté válik, ami a megjelenése részecskék ütközések és gőz molekulák ismételjük, amíg a részecskeméret eléri a kritikus méretet. , Amint áthalad a gáz túltelített alumínium molekulák kondenzálódnak a részecskék, növelve azok méretét.