Apakah reaktor kimia? Jenis reaktor kimia

Reaksi kimia adalah proses yang membawa kepada transformasi reagen. Ia dicirikan oleh perubahan yang menyebabkan satu atau lebih produk berbeza daripada yang asal. Reaksi kimia adalah berbeza. Ia bergantung kepada jenis reagen, bahan yang diperolehi, keadaan dan masa sintesis, penguraian, perpindahan, isomerisasi, asid-base, pengoksidaan-pengurangan, proses organik, dan sebagainya.

Reaktor kimia adalah bekas yang direka untuk melaksanakan tindak balas untuk menghasilkan produk akhir. Reka bentuk mereka bergantung kepada pelbagai faktor dan harus memberikan hasil maksimum dengan cara yang paling kos efektif.

Jenis

Terdapat tiga model asas asas reaktor kimia:

• Tindakan berkala.
• Berterusan dengan pengaduk (HPM).
• Reaktor dengan aliran omboh (PFR).

Model asas ini boleh diubah suai mengikut keperluan proses kimia.

Reaktor batch

Agregat kimia jenis ini digunakan dalam proses batch dengan jumlah pengeluaran kecil, masa reaksi panjang atau di mana pemilihan yang lebih baik dicapai, seperti dalam beberapa proses pempolimeran.

Untuk ini, sebagai contoh, bekas keluli tahan karat digunakan, kandungannya bercampur dengan bilah kerja dalaman, buih gas atau dengan pam. Kawalan suhu dilakukan menggunakan penukar haba, penyejuk penyejukan atau pam melalui penukar haba.

Reaktor kelompok kini digunakan dalam industri pemprosesan kimia dan makanan. Automasi dan pengoptimuman mereka membuat kesulitan, kerana perlu menggabungkan proses yang berterusan dan diskret.

Reaktor kimia semi-periodik menggabungkan operasi dalam mod berterusan dan berkala. Bioreaktor, sebagai contoh, dimuat secara berkala dan sentiasa mengeluarkan karbon dioksida, yang mesti dikeluarkan secara berterusan. Begitu juga, dalam tindak balas klorin, apabila salah satu daripada reaktan adalah gas klorin, jika ia tidak diperkenalkan secara berterusan, kebanyakannya menguap.

Untuk memastikan jumlah besar pengeluaran, reaktor kimia tindakan berterusan atau tangki logam dengan pengaduk atau dengan aliran berterusan digunakan terutamanya.

Reaktor tangki yang berterusan

Tangki keluli tahan karat dibekalkan dengan reagen cecair. Untuk memastikan interaksi yang betul, mereka dicampur dengan bilah kerja. Oleh itu, dalam reaktor jenis ini, reaktan terus dimasukkan ke dalam tangki pertama (menegak, keluli), maka mereka jatuh ke dalam seterusnya, sambil mencampurkan dengan teliti dalam setiap tangki. Walaupun komposisi campuran seragam dalam setiap tangki individu, tumpuan dalam sistem secara keseluruhannya berbeza dari kapasiti ke kapasiti.

Jumlah purata masa yang jumlah reagen diskret yang dibelanjakan dalam takungan (waktu kediaman) boleh dikira dengan hanya membahagikan isipadu tangki dengan kadar aliran purata volumetrik melaluinya. Peratusan penyelesaian penyelesaian reaksi dikira menggunakan kinetika kimia.

Bekas diperbuat daripada keluli tahan karat atau aloi, serta dengan lapisan enamel.

Beberapa Aspek Penting HPM

Semua pengiraan dilakukan dengan mengambil kira pencampuran yang ideal. Reaksi itu meneruskan pada kadar yang berkaitan dengan kepekatan akhir. Dalam keadaan keseimbangan, halaju aliran mestilah sama dengan kadar aliran, jika tidak tangki akan melimpah atau kosong.

Ia sering menjimatkan untuk bekerja dengan beberapa HPM serentak atau selari. Tangki tahan karat, dipasang dalam lata lima atau enam unit, boleh bertindak seperti reaktor dengan aliran omboh. Ini membolehkan unit pertama bekerja dengan kepekatan reagen yang lebih tinggi dan, dengan itu, kadar tindak balas yang lebih tinggi. Juga, beberapa peringkat HPM boleh diletakkan di dalam tangki keluli menegak, daripada proses yang berlaku dalam kapasiti yang berlainan.

Dalam versi mendatar, unit multi-peringkat dipisahkan oleh sekatan menegak dari pelbagai ketinggian, di mana campuran memasuki cascades.

Apabila reagen kurang bercampur atau ketara dalam ketumpatan, reaktor berbilang tegak menegak (keluli tahan karat atau keluli tahan karat) digunakan dalam mod balas. Ini berkesan untuk melaksanakan tindak balas yang boleh balik.

Lapisan pseudo-cecair yang kecil sepenuhnya dicampur. Reaktor katil komersil yang besar fluidized mempunyai suhu yang hampir seragam, tetapi menggabungkan pencampuran dan mengalir aliran dan keadaan peralihan di antara mereka.

Reaktor kimia anjakan yang ideal

PFR ialah reaktor (tahan karat) di mana satu atau lebih reagen cecair dipam melalui paip atau paip. Mereka juga dikenali sebagai aliran tiub. Ia boleh mempunyai beberapa paip atau tiub. Reagen sentiasa datang melalui satu hujung, dan produk keluar dari yang lain. Proses kimia diteruskan sebagai campuran campuran.

Dalam RPP, kadar tindak balas adalah kecerunan: pada salur masuknya sangat tinggi, tetapi dengan penurunan kepekatan reagen dan peningkatan kandungan produk output, kadarnya melambat. Biasanya, keadaan keseimbangan dinamik dicapai.

Orientasi horizontal dan vertikal reaktor adalah perkara biasa.

Apabila pemindahan haba diperlukan, paip individu diletakkan dalam jaket atau penukar haba shell dan tiub digunakan. Dalam kes yang kedua, bahan kimia boleh didapati di dalam selongsong dan dalam paip.

Tank logam berukuran besar dengan muncung atau mandi sama dengan PFR dan digunakan secara meluas. Dalam beberapa konfigurasi, aliran paksi dan radial digunakan, pelbagai shell dengan penukar haba terbina dalam, kedudukan mendatar atau menegak reaktor, dan sebagainya.

Kontena reagen boleh diisi dengan zarah pepejal katalitik atau lengai untuk meningkatkan hubungan interfacial dalam tindak balas heterogen.

Satu faktor penting dalam RFP ialah pencampuran menegak atau mendatar tidak diambilkira dalam pengiraan, iaitu maksud "aliran omboh". Reagen boleh diperkenalkan ke dalam reaktor bukan sahaja ke dalam salur masuk. Oleh itu, adalah mungkin untuk mencapai kecekapan yang lebih tinggi daripada PFR atau untuk mengurangkan saiz dan kosnya. Prestasi PFR biasanya lebih tinggi daripada jumlah HPM yang sama. Dengan jumlah isipadu dan nilai masa yang sama dalam reaktor salingan, tindak balas akan mempunyai peratusan penyelesaian yang lebih tinggi daripada unit pencampuran.

Imbangan dinamik

Bagi kebanyakan proses kimia, penyelesaian 100% tidak mungkin. Kelajuan mereka berkurang dengan pertumbuhan penunjuk ini sehingga saat sistem mencapai keseimbangan dinamik (ketika reaksi total atau perubahan komposisi tidak terjadi). Titik keseimbangan bagi kebanyakan sistem terletak di bawah 100% penyelesaian proses. Atas sebab ini, proses pemisahan, seperti penyulingan, adalah perlu untuk memisahkan reagen yang tinggal atau produk sampingan dari sasaran. Reagen ini kadang-kadang boleh digunakan semula pada permulaan proses, contohnya, seperti proses Haber.

Permohonan PPP

Reaktor aliran piston digunakan untuk melakukan transformasi kimia sebatian semasa pergerakan mereka melalui sistem yang menyerupai paip untuk tujuan reaksi berskala besar, cepat, homogen atau heterogen, pengeluaran dan proses berterusan dengan melepaskan sejumlah besar haba.

RPP yang ideal mempunyai masa tinggal tetap, iaitu, sebarang cairan (omboh) yang tiba pada masa t meninggalkannya pada waktu t + τ, di mana τ adalah masa kediaman di kemudahan itu.

Reaktor kimia jenis ini mempunyai prestasi tinggi untuk jangka masa yang lama, serta pemindahan haba yang sangat baik. Kelemahan PPP adalah kesukaran memantau suhu proses, yang boleh menyebabkan perubahan suhu yang tidak diingini, serta kos yang lebih tinggi.

Reaktor Catalytic

Walaupun agregat jenis ini sering dilaksanakan dalam bentuk PPP, mereka memerlukan penyelenggaraan yang lebih kompleks. Kadar tindak balas katalitik adalah berkadar dengan jumlah pemangkin yang bersentuhan dengan bahan kimia. Dalam hal pemangkin dan reagen cecair pepejal, kadar proses adalah berkadar dengan kawasan yang tersedia, input bahan kimia dan pemilihan produk, dan bergantung kepada kehadiran pencampuran turbulen.

Reaksi pemangkin sebenarnya adalah tindak balas pelbagai peringkat. Bukan sahaja reagen awal berinteraksi dengan pemangkin. Sesetengah produk pertengahan bereaksi dengannya.

Tingkah laku pemangkin juga penting dalam kinetik proses ini, terutamanya dalam tindak balas petrokimia suhu tinggi, kerana ia dinyahaktifkan oleh sintering, coking dan proses yang serupa.

Penggunaan teknologi baru

PFR digunakan untuk penukaran biomas. Dalam eksperimen, reaktor tekanan tinggi digunakan. Tekanan di dalamnya boleh mencapai 35 MPa. Penggunaan beberapa saiz memungkinkan untuk mengubah masa kediaman dari 0.5 hingga 600 s. Untuk mencapai suhu melebihi 300 ° C, reaktor dengan pemanasan elektrik digunakan. Pembekalan biomas dilakukan menggunakan pam HPLC.

RPP nanopartikel aerosol

Terdapat banyak kepentingan dalam sintesis dan penggunaan zarah nanosized untuk pelbagai tujuan, termasuk aloi aloi tinggi dan konduktor filem tebal untuk industri elektronik. Aplikasi lain termasuk ukuran kerentanan magnet, penghantaran inframerah jauh, dan resonans magnet nuklear. Untuk sistem ini, perlu mengeluarkan zarah saiz terkawal. Diameter mereka, sebagai peraturan, berada dalam lingkungan 10 hingga 500 nm.

Oleh kerana saiz, bentuk dan kawasan permukaan spesifik yang tinggi, zarah-zarah ini boleh digunakan untuk menghasilkan pigmen kosmetik, membran, pemangkin, seramik, reaktor pemangkin dan photocatalytic. Contoh aplikasi nanopartikel termasuk SnO ₂ untuk sensor karbon monoksida, TiO ₂ untuk panduan cahaya, SiO ₂ untuk silikon dioksida koloid dan gentian optik, C untuk pengisi karbon dalam tayar, Fe untuk bahan rakaman, Ni untuk bateri dan, dalam jumlah yang lebih kecil, paladium, magnesium Dan bismut. Semua bahan ini disintesis dalam reaktor aerosol. Dalam bidang perubatan, nanopartikel digunakan untuk pencegahan dan rawatan jangkitan luka, dalam implan tulang buatan, serta untuk visualisasi otak.

Contoh pengeluaran

Untuk mendapatkan zarah aluminium, aliran argon tepu dengan wap logam disejukkan dalam PFD diameter 18 mm dan 0.5 m panjang dari 1600 ° C pada kadar 1000 ° C / s. Apabila gas melewati reaktor, pembentukan dan pertumbuhan zarah aluminium berlaku. Kadar alir ialah 2 dm ³ / min, dan tekanan ialah 1 atm (1013 Pa). Apabila gas bergerak, gas menyejuk dan menjadi supersaturated, yang membawa kepada nukleasi zarah akibat perlanggaran dan penyejatan molekul, diulang sehingga zarah mencapai ukuran kritikal. Apabila mereka bergerak melalui gas supersaturasi, molekul aluminium membebaskan pada zarah, meningkatkan saiznya.