Què és els reactors químics? Tipus de reactors químics

La reacció química és un procés que condueix a la conversió dels reactius. Es caracteritza pels canvis, que produeixen un o més productes diferents de partida. Les reaccions químiques són diverses. Depèn del tipus de reactius, la substància resultant, les condicions i el temps de síntesi, descomposició, desplaçament, isomerització, àcid alcalí, redox, etc. i processos orgànics.

Els reactors químics són tanc destinat a la realització de les reaccions per tal de desenvolupar el producte final. El seu disseny depèn de diversos factors i ha de proporcionar el màxim rendiment de la manera més rendible.

tipus

Hi ha tres principals models bàsics de reactors químics:

• Lots.
• de tanc agitat continu (HPM).
• reactor de flux de pistó (PFR).

Aquests models bàsics poden ser modificats d'acord amb els requisits del procés químic.

reactor discontinu

Les unitats químiques d'aquest tipus s'utilitzen en processos per lots en una producció a petita escala, un temps de reacció llarg o on s'aconsegueix la millor selectivitat, com en alguns procediments de polimerització.

Per a aquest propòsit, per exemple, els continguts de les quals són fulles agitats recipient d'acer inoxidable de treball interns, bombolles de gas o per mitjà de bombes. El control de temperatura es porta a terme a través de les jaquetes d'intercanvi de calor, refrigeradors de reg o de bombament a través d'un intercanviador de calor.

reactors discontinus que actualment s'utilitzen en les indústries de processament d'aliments i químiques. La seva automatització i optimització crea complexitat, ja que cal combinar processos continus i discrets.

reactors químics semicontinu combinen el treball en modes continu i per lots. Un bioreactor, per exemple, es carreguen periòdicament i allibera contínuament diòxid de carboni, que ha de ser eliminat de forma contínua. De la mateixa manera, quan la reacció de cloració, quan un dels reactius és el gas de clor, si no s'administra de forma contínua, la major part de que s'evapora.

Per assegurar grans volums de producció utilitzats reactors principalment químics o recipient metàl·lic continu amb un agitador o un flux continu.

reactor de tanc agitat continu

reactius líquids s'alimenten a un recipient d'acer inoxidable. Per garantir la correcta interacció del seu full de treball agitat. Per tant, en aquest tipus de reactor dels reactius s'alimenten contínuament en el primer dipòsit (vertical, acer), i després es fiquen en la posterior, barrejant simultàniament acuradament en cada recipient. Tot i que la composició de la barreja és uniforme en cada tanc en el sistema en el seu conjunt una concentració varia d'un recipient a un altre.

La quantitat mitjana de temps que la quantitat discreta de la substància reaccionant passa al dipòsit (temps de residència) es pot calcular simplement dividint el volum del recipient a una taxa volumètrica mitjana del flux a través del mateix. percentatge esperat d'acabament de la reacció es calcula utilitzant la cinètica química.

Fet de dipòsits d'acer inoxidable o aliatges i esmaltat.

Alguns aspectes importants de la DMI

Tots els càlculs es realitzen sobre la base d'una barreja ideal. La reacció procedeix a una velocitat relacionada amb la concentració final. En l'equilibri, la velocitat de flux ha de ser igual a la velocitat de flux, en cas contrari el dipòsit està ple o buit.

Sovint econòmicament avantatjós treballar amb diversos HPM sèrie o paral·lel. tancs d'acer inoxidable recollits en una cascada de cinc o sis unitats poden comportar-se com un reactor de flux de tap. Això permet que la primera unitat funcioni amb una major concentració de reactius i, per tant, una velocitat de reacció més alta. A més, el dipòsit pot ser col · locat HPM acer diverses etapes verticals, en lloc dels processos duts a terme en diversos gots.

En la unitat d'execució de diverses etapes horitzontal dividida per parets de separació verticals de diferent altura, a través del qual la barreja flueix cascades.

Quan els reactius són pobrament miscible o substancialment difereixen en densitat d'un reactor de múltiples etapes vertical (d'acer revestit de vidre o d'acer inoxidable) en una manera en contracorrent. Això és eficaç per a reaccions reversibles.

El petit llit fluïditzat és completament barrejat. Large reactor de llit fluïditzat comercial té una temperatura substancialment uniforme però mescles miscibles i estat substituïda i flueix transitòria entre les mateixes.

reactor de flux químic

PFR - un reactor (acer inoxidable), en què un o més líquids reactius es bomben a través d'una canonada o tub. També se'ls anomena flux tubular. Pot tenir múltiples tubs o tubs. Els reactius s'alimenten de forma contínua a través d'un extrem, i els productes procedeixen d'un altre. Els processos químics tenen lloc a mesura que passa barreja.

El PFR velocitat de reacció sistema de gradient: l'entrada és molt alta, però amb una reducció en la concentració de reactius i el rendiment del producte va augmentar el contingut alenteix la seva velocitat. Típicament, s'aconsegueix un equilibri dinàmic.

Típics són l'orientació horitzontal i vertical del reactor.

Quan la transferència de calor requerida, els tubs individuals es col·loquen a la jaqueta o intercanviador de calor de carcassa i tub s'utilitza. En l'últim cas, els productes químics poden estar ja sigui en la carcassa oa la canonada.

Recipients de metall amb una gran filtres de diàmetre o PFR banyeres similars i àmpliament utilitzat. En algunes configuracions utilitzar axial i radial de flux, múltiples membranes amb intercanviadors de calor integrats, posició horitzontal o vertical del reactor i així successivament.

Vaixell amb un reactiu pot ser omplert amb material particulat inert o catalític per augmentar el contacte interfacial en la reacció heterogènia.

La importància de la PFR és que els càlculs no tenen en compte la barreja vertical o horitzontal - això es vol dir amb el terme "flux de pistó". Els reactius poden ser introduïts en el reactor no només l'entrada. Per tant, és possible aconseguir una major eficiència de l'EPA o reduir la seva grandària i cost. PSC rendiment sol ser més gran que la de la NRM del mateix volum. Per a valors iguals de volum i el temps en els reactors pistó de reacció tindrà un major percentatge de finalització que en agregats de mescla.

equilibri dinàmic

Per a la majoria dels processos químics és impossible aconseguir el 100 per cent de la seva finalització. La seva velocitat disminueix amb un augment d'aquest índex fins al moment quan el sistema arriba a un equilibri dinàmic (quan no es produeix la resposta total o canvi en la composició). El punt d'equilibri en la majoria dels sistemes és de menys de 100% de finalització del procés. Per aquesta raó cal que el procés de separació tal com destil·lació, per separar els reactius restants o subproductes de la diana. Aquests reactius de vegades poden ser reutilitzats en el començament del procés, per exemple, tal com el procés Haber.

L'aplicació de l'EPA

reactors de flux pistó usat per a la conversió química dels compostos durant el seu moviment a través del sistema, s'assembla a un tub, per tal d'a gran escala, reaccions ràpides, homogenis o heterogenis, els processos de producció continus i quan l'alliberament de grans quantitats de calor.

El PFR ideal té un temps de residència fixa, és a dir, qualsevol líquid (pistó) que arriba en el moment t, es deixa en el temps t + τ, on τ - .. El temps de residència a la planta.

Els reactors químics d'aquest tipus posseeixen alts nivells de rendiment més llargs períodes de temps, així com una excel·lent transferència de calor. Els desavantatges de PFR és la dificultat de control de la temperatura de procés que pot conduir a diferències de temperatura indesitjables, i el seu major cost.

reactors catalítics

Tot i que les unitats d'aquest tipus s'implementen sovint en la forma de l'EPA, que requereixen una atenció més complexa. La velocitat de reacció catalítica és proporcional a la quantitat de catalitzador en contacte amb productes químics. En el cas d'un catalitzador sòlid i el reactiu líquid és proporcional a la velocitat dels processos d'àrea disponible, l'entrada de productes químics i productes, i la selecció depèn de la presència de la barreja turbulenta.

La reacció catalítica és en realitat sovint un multi-pas. No només els reactants inicials reaccionen amb el catalitzador. Amb ell reaccionar i alguns dels intermedis.

El comportament dels catalitzadors també és important en la cinètica d'aquest procés, especialment en altes reaccions petroquímiques, ja que es desactiven per sinterització, coquització i processos similars.

L'aplicació de les noves tecnologies

SAR s'utilitza per a la conversió de biomassa. En els experiments de reactors d'alta pressió s'utilitzen. La pressió en ells pot arribar als 35 MPa. L'ús de múltiples mides per variar el temps de residència de 0,5 a 600 segons. Per arribar a temperatures superiors a 300 ° C s'utilitza amb reactors escalfats elèctricament. alimentació de biomassa es porta a terme per HPLC de bombes.

nanopartícules d'aerosol PSC

Hi ha un considerable interès en la síntesi i l'ús de nanopartícules per a diversos fins, incloent altes aliatges i un gruix de pel·lícula conductors per la indústria electrònica. Altres aplicacions inclouen el mesurament de la susceptibilitat magnètica, la transmissió en la ressonància magnètica del infraroig llunyà i nuclear. Per a aquests sistemes és necessari per produir una mida de partícula controlat. El seu diàmetre generalment en l'interval de 10 a 500 nm.

A causa de la seva grandària, forma i alta àrea de superfície específica d'aquestes partícules pot ser utilitzat per a la producció de pigments cosmètics, membranes, catalitzadors, ceràmiques, catalitzadors i reactors fotocatalítics. Exemples d'aplicació de les nanopartícules inclouen _SnO2 per a sensors de monòxid de carboni, _TiO2 fibres, _SiO2 sílice coloidal i les fibres òptiques, C per a càrregues de carboni en els pneumàtics, Fe per al material d'enregistrament, la bateria de Ni i, en quantitats més petites, pal·ladi, magnesi i bismut. Tots aquests materials es sintetitzen en els reactors d'aerosol. En la medicina, les nanopartícules s'utilitzen per a la prevenció i tractament d'infeccions de ferides, implants ossis artificials, així com per a la formació d'imatges del cervell.

exemple de producció

Per partícules d'alúmina sota un corrent d'argó, saturats amb el metall es refreda en el RAC 18 mm de diàmetre i 0,5 m de longitud, la temperatura de 1600 ° C a 1000 ° C / s. A mesura que el pas de gas a través del reactor ve nucleació i creixement de partícules d'alúmina. La velocitat de flux de 2 ^dm3 / min i la pressió és 1 atm (1013 Pa). A mesura que es refreda el gas i el moviment es torna sobresaturada, que condueix a l'aparició de partícules de les col·lisions i les molècules de vapor a repeteix fins que la partícula arriba una mida crítica. Mentre que es mou a través del gas molècules d'alumini sobresaturades es condensen sobre les partícules, augmentant la seva mida.