ТЪРСИ

Какви са химическите реактори? Видове химически реактори

Химическата реакция е процес, койтоводи до трансформирането на реагентите. Характеризира се с промени, които водят до един или повече продукти, различни от оригиналните. Химичните реакции са от различно естество. Зависи от типа реагенти, полученото вещество, условията и времето на синтез, разлагане, изместване, изомеризация, киселинна база, окислително-редукционни, органични процеси и др.

Химическите реактори са резервоари,предназначени за извършване на реакции, за да се получи крайният продукт. Техният дизайн зависи от различни фактори и трябва да осигурява максималния добив по най-рентабилния начин.

видове

Съществуват три основни основни модела химически реактори:

  • Периодично действие.
  • Продължително с бъркалка (HPM).
  • Реактор с бутален поток (PFR).

Тези основни модели могат да бъдат модифицирани в съответствие с изискванията на химическия процес.

химични реактори

Партиден реактор

Химични агрегати от този тип се използват впериодични процеси с малки обеми на производство, дълги реакционни времена или когато се постига по-добра селективност, както при някои полимеризационни процеси.

За тази цел, например, контейнери сНеръждаема стомана, чието съдържание се смесва с вътрешни работни остриета, газови мехурчета или с помпи. Контролът на температурата се извършва чрез топлообменници, хладилни охладители или изпомпване през топлообменник.

Реактори на партидно действие в настоящетовремето се използва в химическата и хранително-вкусовата промишленост. Тяхната автоматизация и оптимизация създават трудности, тъй като е необходимо да се съчетаят непрекъснати и дискретни процеси.

Химическите реактори на полупериода се съчетаватработа в непрекъснати и периодични режими. Биореакторът, например, периодично се зарежда и постоянно освобождава въглероден диоксид, който трябва непрекъснато да се отстранява. По подобен начин, при реакцията на хлориране, когато един от реагентите е хлорен газ, ако не се внася непрекъснато, по-голямата част от него се изпарява.

За да се осигури голям обем продукция, се използват главно химични реактори с непрекъснато действие или метални резервоари с бъркалка или непрекъснат поток.

разбъркан реактор

Непрекъснат разбъркващ резервоар реактор

Резервоарите от неръждаема стомана се доставят с течностреагенти. За да се осигури правилно взаимодействие, те се смесват чрез работещи ножове. Така, в реактори от този тип, реагентите се подават непрекъснато в първия резервоар (вертикално, стомана), след което те попадат в следващия, докато са добре смесени във всеки резервоар. Въпреки че съставът на сместа е еднакъв във всеки отделен резервоар, концентрацията в системата като цяло варира от капацитета до капацитета.

Средното време, което е дискретноколичеството реагент, пренасяно в резервоара (време на престой), може да се изчисли чрез просто разделяне на обема на резервоара от средния обемен дебит през него. Очакваният процент на завършване на реакцията се изчислява като се използва химична кинетика.

Контейнерите са изработени от неръждаема стомана или сплави, както и с емайлово покритие.

резервоар вертикална стомана

Някои важни аспекти на HPM

Всички изчисления се извършват, като се вземе предвид идеалнотосмесване. Реакцията протича при скорост, свързана с крайната концентрация. В състояние на равновесие скоростта на потока трябва да е равна на скоростта на потока, в противен случай резервоарът ще се препълни или изпразни.

Често е икономично да работите с няколкопоследователни или паралелни НРМ. Неръждаема стомана резервоари събрани в каскада от пет или шест единици могат да се държат като поточен реактор. Това позволява на първото устройство за работа с по-висока концентрация на реагенти и, следователно, по-висока скорост на реакцията. Също така, резервоарът може да се постави вертикално стомана HPM няколко етапа, вместо на процесите, провеждани в различни съдове.

В хоризонталната версия многостепенното устройство се разделя от вертикални прегради на различни височини, през които сместа навлиза в каскадите.

Когато реагентите са слабо смесени или значителносе различават по плътност, се използва вертикален многоетапен реактор (емайлирана или неръждаема стомана) в режим на противодействие. Това е ефективно за извършване на обратими реакции.

Малък псевдо-течен слой е напълносмесена. Големият реактор с кипящ слой има практически еднаква температура, но комбинира смесването и изместените потоци и преходните състояния между тях.

Резервоари от неръждаема стомана

Химическият реактор на идеалното изместване

PFR е реактор (неръждаем), в който единили повече течни реагенти се изпомпват през тръба или тръби. Те също така се наричат ​​тръбовиден поток. Тя може да има няколко тръби или тръби. Реагентите постоянно се доставят през единия край, а продуктите излизат от другия. Химичните процеси протичат след преминаване на сместа.

В RPP скоростта на реакцията е градиент: на входа е много висока, но с намаляване на концентрацията на реагентите и увеличаване на съдържанието на продуктите от добива, скоростта му се забавя. Обикновено се постига състояние на динамично равновесие.

И хоризонталната и вертикалната ориентация на реактора са чести.

Когато се изисква топлопреминаване, отделни тръби се поставят в кожух или се използва топлообменник на обвивката. В последния случай химичните вещества могат да бъдат намерени както в корпуса, така и в тръбата.

Метални резервоари с голям капацитет сдюзите или ваните са подобни на ПЧП и са широко използвани. При някои конфигурации се използва аксиален и радиален поток, множество корпуси с вградени топлообменници, хоризонтално или вертикално положение на реактора и т.н.

Контейнерът на реагента може да бъде напълнен с каталитични или инертни твърди частици за подобряване на междуфазовия контакт при хетерогенни реакции.

От голямо значение в RFP е, че в изчислениятасе взема предвид вертикалното или хоризонталното смесване - това се подразбира от понятието "бутален поток". Реагентите могат да бъдат въведени в реактора не само в входа. По този начин е възможно да се постигне по-висока ефективност на ПФП или да се намали размерът и цената му. Ефективността на PFR обикновено е по-висока от тази на HPM със същия обем. При равни стойности на обем и време в буталните реактори, реакцията ще има по-висок процент на завършване, отколкото в смесителните единици.

реактор от неръждаема стомана

Динамичен баланс

За повечето химически процеси невъзможнопостигане на 100% завършване. Скоростта им намалява с увеличаване на този показател до момента, в който системата достигне динамично равновесие (когато не настъпи цялостна реакция или промяна в състава). Равновесната точка на повечето системи е под 100% завършване на процеса. По тази причина е необходимо да се извърши процес на разделяне, като дестилация, за да се отделят останалите реактиви или странични продукти от целта. Тези реагенти понякога могат да се използват повторно в началото на процеса, като например хабертовия процес.

Прилагане на RPP

Използват се бутални реакториизвършване на химични трансформации на съединения по време на тяхното движение през система, наподобяваща тръби, с цел извършване на мащабни, бързи, хомогенни или хетерогенни реакции, непрекъснато производство и по време на процеси с освобождаване на големи количества топлина.

Идеалният RPF има фиксирано време на престой, т.е. всяка течност (бутало), която влиза в момента t, ще го остави в момент t + τ, където τ е времето, прекарано в инсталацията.

Химически реактори от този тип иматвисока производителност за дълги периоди от време, както и отличен топлообмен. Недостатъците на RPP са сложността на мониторинга на температурата на процеса, което може да доведе до нежелани температурни разлики, както и тяхната по-висока цена.

неръждаеми резервоари

Каталитични реактори

Въпреки че тези единици често се прилагат вRPP, те изискват по-сложна поддръжка. Скоростта на каталитичната реакция е пропорционална на количеството катализатор в контакт с химикалите. В случая на твърд катализатор и течни реагенти скоростта на процесите е пропорционална на наличната площ, потока на химикалите и избора на продукти и зависи от наличието на турбулентно смесване.

Каталитичната реакция често често е многоетажна. Не само първоначалните реагенти взаимодействат с катализатора. Някои междинни продукти реагират с него.

Поведението на катализаторите също е важно в кинетиката на този процес, особено при високотемпературните нефтохимични реакции, тъй като те се деактивират чрез синтероване, коксуване и подобни процеси.

Прилагане на нови технологии

RPPs се използват за преобразуване на биомаса. Експериментите използват реактори с високо налягане. Налягането в тях може да достигне 35 MPa. Използването на няколко размера ви позволява да промените времето за престой от 0.5 до 600 секунди. За достигане на температури над 300 ° С се използват реактори с електрическо нагряване. Биомасата се подава с помощта на помпи HPLC.

реактори с високо налягане

RPP аерозолни наночастици

Съществува значителен интерес от синтеза иизползването на наномащабни частици за различни цели, включително високолегирани сплави и дебелослойни проводници за електрониката. Други приложения включват измервания на магнитната податливост, далечно инфрачервено предаване и ядрено-магнитен резонанс. За тези системи е необходимо да се произведат частици с контролиран размер. Техният диаметър обикновено е в диапазона от 10 до 500 nm.

Благодарение на техния размер, форма и висока специфичностповърхността на тези частици може да се използва за производство на козметични пигменти, мембрани, катализатори, керамика, каталитични и фотокаталитични реактори. Примери за използване на наночастици включват SnO.2 за сензори за въглероден окис, TiO2 за светлинни водачи, SiO2 за колоиден силициев диоксид и оптичнивлакна, С за въглеродни пълнители в гуми, Fe за записващи материали, Ni за батерии и в по-малки количества паладий, магнезий и бисмут. Всички тези материали се синтезират в аерозолни реактори. В медицината, наночастиците се използват за профилактика и лечение на инфекции на рани, изкуствени костни импланти, както и за визуализация на мозъка.

Пример за производство

За да се получат алуминиеви частици, поток от аргон,наситената с метана пара се охлажда в RPP с диаметър 18 mm и дължина 0,5 m от температура 1600 ° С при скорост 1000 ° C / s. Тъй като газът преминава през реактора, настъпва образуването на ядра и растежа на алуминиеви частици. Дебитът е 2 dm.3/ min, а налягането е 1 atm (1013 Ра). Тъй като се движи, газът се охлажда и става пренаситен, което води до образуването на частици в резултат на сблъсъци и изпаряване на молекулите, които се повтарят, докато частицата достигне критичен размер. Тъй като се движи през пренаситен газ, алуминиевите молекули кондензират върху частиците, увеличавайки техния размер.

  • Оценка: