Wat is chemiese reaktore? Tipes chemiese reaktore

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2024-01-02 13:48

'n Chemiese reaksie is 'n proses wat lei tot die transformasie van reaktante. Dit word gekenmerk deur veranderinge wat lei tot een of meer produkte wat verskil van die oorspronklike. Chemiese reaksies is van 'n ander aard. Dit hang af van die tipe reagense, die stof wat verkry word, die toestande en tyd van sintese, ontbinding, verplasing, isomerisering, suur-basis, redoks, organiese prosesse, ens.

Chemiese reaktore is houers wat ontwerp is om reaksies uit te voer om die finale produk te produseer. Hul ontwerp hang van verskeie faktore af en behoort maksimum uitset op die mees koste-effektiewe manier te lewer.

Views

Daar is drie hoof basiese modelle van chemiese reaktore:

• Periodiese.
• Deurlopende Geroer (CPM).
• Plunger Flow Reactor (PFR).

Hierdie basiese modelle kan aangepas word om aan die vereistes van die chemiese proses te voldoen.

Joernaalreaktor

Chemiese eenhede van hierdie tipe word gebruik in bondelprosesse met lae produksievolumes, lang reaksietye of waar beter selektiwiteit bereik word, soos in sommige polimerisasieprosesse.

Hiervoor word byvoorbeeld houers van vlekvrye staal gebruik waarvan die inhoud met interne werkende lemme, gasborrels of met behulp van pompe gemeng word. Temperatuurbeheer word uitgevoer met behulp van hitteruilbaadjies, besproeiingsverkoelers of deur 'n hitteruiler te pomp.

Joernaalreaktore word tans in die chemiese en voedselverwerkingsindustrieë gebruik. Hul outomatisering en optimalisering skep probleme, aangesien dit nodig is om deurlopende en diskrete prosesse te kombineer.

Semi-joernaal chemiese reaktore kombineer deurlopende en bondelwerking.’n Bioreaktor word byvoorbeeld periodiek gelaai en gee voortdurend koolstofdioksied uit, wat voortdurend verwyder moet word. Net so, in die chloreringsreaksie, wanneer chloorgas een van die reaktante is, as dit nie voortdurend ingevoer word nie, sal die meeste daarvan vervlugtig.

Om groot produksievolumes te verseker, word hoofsaaklik deurlopende chemiese reaktore of meta altenks met roerder of deurlopende vloei gebruik.

Deurlopende geroerde reaktor

Vloeibare reagense word in vlekvrye staal tenks gevoer. Om behoorlike interaksie te verseker, word hulle deur die werkende lemme gemeng. Dus, inIn reaktore van hierdie tipe word die reaktante voortdurend in die eerste tenk (vertikaal, staal) ingevoer, dan gaan hulle die daaropvolgendes binne, terwyl dit deeglik in elke tenk gemeng word. Alhoewel die samestelling van die mengsel in elke individuele tenk homogeen is, verskil die konsentrasie in die stelsel as geheel van tenk tot tenk.

Die gemiddelde hoeveelheid tyd wat 'n diskrete hoeveelheid reagens in 'n tenk spandeer (verblyftyd) kan bereken word deur eenvoudig die volume van die tenk te deel deur die gemiddelde volumetriese vloeitempo daardeur. Die verwagte persentasie voltooiing van die reaksie word met behulp van chemiese kinetika bereken.

Tenks word van vlekvrye staal of allooie gemaak, asook met emaljebedekking.

'n paar belangrike aspekte van NPM

Alle berekeninge is gebaseer op perfekte vermenging. Die reaksie verloop teen 'n tempo wat verband hou met die finale konsentrasie. By ewewig moet die vloeitempo gelyk wees aan die vloeitempo, anders loop die tenk oor of leeg.

Dit is dikwels koste-effektief om met veelvuldige reeks- of parallelle HPM's te werk. Vlekvrye sta altenks wat in 'n waterval van vyf of ses eenhede saamgestel is, kan soos 'n propvloeireaktor optree. Dit laat die eerste eenheid toe om teen 'n hoër reaktantkonsentrasie en dus 'n vinniger reaksietempo te werk. Verskeie fases van HPM kan ook in 'n vertikale sta altenk geplaas word, in plaas daarvan dat prosesse in verskillende houers plaasvind.

In die horisontale weergawe word die multi-stadium-eenheid deur vertikale afskortings van verskillende hoogtes verdeel waardeur die mengsel in kaskades vloei.

Wanneer die reaktante swak gemeng is of aansienlik verskil in digtheid, word 'n vertikale multi-stadium reaktor (gevoerde of vlekvrye staal) in teenstroommodus gebruik. Dit is effektief om omkeerbare reaksies uit te voer.

Die klein pseudo-vloeistoflaag is volledig gemeng. 'n Groot kommersiële wervelbedreaktor het 'n wesenlik eenvormige temperatuur, maar 'n mengsel van mengbare en verplaasde strome en oorgangstoestande tussen hulle.

Plugvloei chemiese reaktor

RPP is 'n reaktor (vlekvrye) waarin een of meer vloeibare reaktante deur 'n pyp of pype gepomp word. Hulle word ook buisvormige vloei genoem. Dit kan verskeie pype of buise hê. Reagense kom voortdurend deur die een kant in en produkte gaan uit die ander kant. Chemiese prosesse vind plaas soos die mengsel deurgaan.

In RPP is die reaksietempo gradiënt: by die inset is dit baie hoog, maar met 'n afname in die konsentrasie van reagense en 'n toename in die inhoud van uitsetprodukte, vertraag die tempo daarvan. Gewoonlik word 'n toestand van dinamiese ewewig bereik.

Beide horisontale en vertikale reaktororiëntasies is algemeen.

Wanneer hitte-oordrag vereis word, word individuele buise omhul of 'n dop-en-buis-hitteruiler word gebruik. In laasgenoemde geval kan die chemikalieë weesbeide in dop en buis.

Metaalhouers met groot deursnee met spuitpunte of baddens is soortgelyk aan RPP en word wyd gebruik. Sommige konfigurasies gebruik aksiale en radiale vloei, veelvuldige doppe met ingeboude hitteruilers, horisontale of vertikale reaktorposisie, ensovoorts.

Die reagenshouer kan met katalitiese of inerte vaste stowwe gevul word om tussenvlakkontak in heterogene reaksies te verbeter.

Dit is belangrik in die RPP dat die berekeninge nie vertikale of horisontale vermenging in ag neem nie - dit is wat bedoel word met die term "propvloei". Reagense kan nie net deur die inlaat in die reaktor ingevoer word nie. Dit is dus moontlik om 'n hoër doeltreffendheid van die RPP te bereik of die grootte en koste daarvan te verminder. Die werkverrigting van RPP is gewoonlik hoër as dié van HPP van dieselfde volume. Met gelyke waardes van volume en tyd in suierreaktors sal die reaksie 'n hoër persentasie voltooiing hê as in mengeenhede.

Dynamiese balans

Vir die meeste chemiese prosesse is dit onmoontlik om 100 persent voltooiing te behaal. Hul spoed neem af met die groei van hierdie aanwyser tot die oomblik wanneer die sisteem dinamiese ewewig bereik (wanneer die totale reaksie of verandering in samestelling nie plaasvind nie). Die ewewigspunt vir die meeste stelsels is onder 100% prosesvoltooiing. Om hierdie rede is dit nodig om 'n skeidingsproses, soos distillasie, uit te voer om die oorblywende reaktante of neweprodukte vanteiken. Hierdie reagense kan soms hergebruik word aan die begin van 'n proses soos die Haber-proses.

Aansoek van PFA

Suiervloeireaktore word gebruik om die chemiese transformasie van verbindings uit te voer soos hulle deur 'n buisagtige stelsel beweeg vir grootskaalse, vinnige, homogene of heterogene reaksies, deurlopende produksie en hoë hitte genererende prosesse.

'n Ideale RPP het 'n vaste verblyftyd, dit wil sê enige vloeistof (suier) wat op tyd t ingaan, sal dit verlaat op tyd t + τ, waar τ die verblyftyd in die installasie is.

Chemiese reaktore van hierdie tipe het hoë werkverrigting oor lang tydperke, sowel as uitstekende hitte-oordrag. Die nadele van RPP's is die moeilikheid om die prosestemperatuur te beheer, wat kan lei tot ongewenste temperatuurskommelings, en hul hoër koste.

Katalitiese reaktors

Hoewel hierdie tipe eenhede dikwels as RPP geïmplementeer word, benodig hulle meer komplekse instandhouding. Die tempo van 'n katalitiese reaksie is eweredig aan die hoeveelheid katalisator in kontak met die chemikalieë. In die geval van 'n vaste katalisator en vloeibare reaktante is die tempo van prosesse eweredig aan die beskikbare area, die inset van chemikalieë en die onttrekking van produkte en hang af van die teenwoordigheid van turbulente vermenging.

'n Katalitiese reaksie is in werklikheid dikwels multi-stap. Nie netdie aanvanklike reaktante in wisselwerking met die katalisator. Sommige tussenprodukte reageer ook daarmee.

Die gedrag van katalisators is ook belangrik in die kinetika van hierdie proses, veral in hoë-temperatuur petrochemiese reaksies, aangesien hulle gedeaktiveer word deur sintering, kooksing en soortgelyke prosesse.

Pas nuwe tegnologie toe

RPP word vir biomassa-omskakeling gebruik. Hoëdrukreaktors word in die eksperimente gebruik. Die druk in hulle kan 35 MPa bereik. Die gebruik van verskeie groottes laat toe dat die verblyftyd van 0,5 tot 600 s gewissel word. Om temperature bo 300 °C te bereik, word elektries verhitte reaktors gebruik. Biomassa word deur HPLC-pompe verskaf.

RPP aërosol nanopartikels

Daar is aansienlike belangstelling in die sintese en toepassing van deeltjies van nanogrootte vir verskeie doeleindes, insluitend hoëlegeringslegerings en dikfilmgeleiers vir die elektroniese industrie. Ander toepassings sluit in magnetiese vatbaarheidmetings, ver-infrarooi transmissie en kernmagnetiese resonansie. Vir hierdie stelsels is dit nodig om deeltjies van 'n beheerde grootte te produseer. Hulle deursnee is gewoonlik in die reeks van 10 tot 500 nm.

As gevolg van hul grootte, vorm en hoë spesifieke oppervlakte, kan hierdie deeltjies gebruik word om kosmetiese pigmente, membrane, katalisators, keramiek, katalitiese en fotokatalitiese reaktore te vervaardig. Toepassingsvoorbeelde vir nanopartikels sluit in SnO₂ vir sensorskoolstofmonoksied, TiO₂ vir liggeleiders, SiO_{2 vir kolloïdale silikondioksied en optiese vesels, C vir koolstofvullers in bande, Fe vir opneemmateriaal, Ni vir batterye en, in 'n mindere mate, palladium, magnesium en bismut. Al hierdie materiale word in aërosolreaktors gesintetiseer. In medisyne word nanopartikels gebruik om wondinfeksies te voorkom en te behandel, in kunsmatige beeninplantings en vir breinbeelding.}

Produksievoorbeeld

Om aluminiumdeeltjies te verkry, word 'n argonvloei versadig met metaaldamp afgekoel in 'n RPP met 'n deursnee van 18 mm en 'n lengte van 0,5 m vanaf 'n temperatuur van 1600 °C teen 'n tempo van 1000 °C/s. Soos die gas deur die reaktor beweeg, vind die kernvorming en groei van aluminiumdeeltjies plaas. Die vloeitempo is 2 dm3/min en die druk is 1 atm (1013 Pa). Soos dit beweeg, koel die gas af en word oorversadig, wat lei tot die kernvorming van deeltjies as gevolg van botsings en verdamping van molekules, wat herhaal word totdat die deeltjie 'n kritieke grootte bereik. Soos hulle deur die oorversadigde gas beweeg, kondenseer die aluminiummolekules op die deeltjies, wat hul grootte vergroot.