Τι είναι οι χημικές αντιδραστήρες; Τύποι χημικών αντιδραστήρων

Η χημική αντίδραση είναι μια διαδικασία η οποία οδηγεί στη μετατροπή των αντιδρώντων. Χαρακτηρίζεται από αλλαγές, οι οποίες αποδίδουν ένα ή περισσότερα προϊόντα, εκτός από την εκκίνηση. Χημικές αντιδράσεις είναι ποικίλες. Εξαρτάται από το είδος των αντιδρώντων, την προκύπτουσα ουσία, τις συνθήκες και το χρόνο της σύνθεσης, αποσύνθεσης, μετατόπιση, ισομερισμού, οξύ-αλκαλίων, οξειδοαναγωγής, κλπ και οργανικές διαδικασίες.

Χημική αντιδραστήρες είναι δεξαμενές που προορίζονται για την πραγματοποίηση των αντιδράσεων, προκειμένου να αναπτυχθεί το τελικό προϊόν. Ο σχεδιασμός τους εξαρτάται από διάφορους παράγοντες και θα πρέπει να παρέχει τη μέγιστη απόδοση του πιο οικονομικά αποδοτικό τρόπο.

τύποι

Υπάρχουν τρία κύρια βασικά μοντέλα των χημικών αντιδραστήρων:

• Παρτίδας.
• Συνεχής ανάδευση δεξαμενής (ΗΡΜ).
• αντιδραστήρα στρωτής ροής (PFR).

Αυτά τα βασικά μοντέλα μπορούν να τροποποιηθούν σύμφωνα με τις απαιτήσεις της χημικής διαδικασίας.

αντιδραστήρα διαλείποντος έργου

Οι χημικές μονάδες αυτού του τύπου χρησιμοποιούνται σε διαδικασίες ασυνεχούς σε παραγωγή μικρής κλίμακας, ένα μεγάλο χρονικό διάστημα αντίδρασης ή όπου η καλύτερη εκλεκτικότητα επιτυγχάνεται, όπως σε ορισμένες διαδικασίες πολυμερισμού.

Για το σκοπό αυτό, για παράδειγμα, τα περιεχόμενα του οποίου είναι αναδευόμενο δοχείο από ανοξείδωτο χάλυβα λεπίδες εσωτερική λειτουργία, φυσαλίδες αερίου ή μέσω αντλιών. Ο έλεγχος της θερμοκρασίας πραγματοποιείται μέσω σακάκια ανταλλαγής θερμότητας, τα ψυγεία άρδευση ή άντληση μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας.

αντιδραστήρες κατά παρτίδες που χρησιμοποιούνται σήμερα στις χημικές και βιομηχανίες επεξεργασίας τροφίμων. αυτοματοποίηση και βελτιστοποίηση τους δημιουργεί πολυπλοκότητα, δεδομένου ότι είναι απαραίτητο να συνδυάσει συνεχείς και διακριτές διαδικασίες.

χημικών αντιδραστήρων Ημι-παρτίδα συνδυάζουν την εργασία σε συνεχή και κατά παρτίδες τρόπους. Ένας βιοαντιδραστήρας, για παράδειγμα, περιοδικά φορτώνονται και συνεχώς απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο πρέπει να απομακρύνεται συνεχώς. Ομοίως, όταν η αντίδραση χλωρίωσης, όταν ένα από τα αντιδρώντα είναι αέριο χλώριο, αν όχι χορηγείται συνεχώς, ο κύριος όγκος των εξατμίζεται.

Για να εξασφαλιστεί μεγάλους όγκους παραγωγής που χρησιμοποιούνται κυρίως χημικούς αντιδραστήρες ή δοχείο συνεχούς μετάλλου με έναν αναδευτήρα ή μία συνεχή ροή.

Συνεχής αναδευόμενος αντιδραστήρας δεξαμενής

Τα υγρά αντιδραστήρια τροφοδοτείται σε έναν περιέκτη από ανοξείδωτο χάλυβα. Για να διασφαλιστεί η ορθή αλληλεπίδραση των λεπίδων εργασίας τους αναδεύτηκε. Έτσι, σε αυτό τον τύπο αντιδραστήρα τα αντιδρώντα τροφοδοτούνται συνεχώς μέσα στην πρώτη δεξαμενή (κάθετη, χάλυβας), και στη συνέχεια θα μπει στο μετέπειτα, ταυτόχρονα προσεκτικά ανάμιξη σε κάθε δοχείο. Αν και η σύνθεση του μίγματος είναι ομοιόμορφη σε κάθε δεξαμενή στο σύστημα ως σύνολο συγκέντρωση κυμαίνεται από δοχείο σε δοχείο.

Το μέσο χρονικό διάστημα που το διακριτό ποσότητα του αντιδρώντος ξοδεύει στο (χρόνος παραμονής) δεξαμενή μπορεί να υπολογιστεί απλά με διαίρεση του όγκου του δοχείου με μέσο ογκομετρικό ρυθμό διαμέσου ροής. Αναμενόμενη ποσοστό ολοκλήρωσης της αντίδρασης υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τις χημική κινητική.

Κατασκευασμένο από δεξαμενές από ανοξείδωτο χάλυβα ή κράματα και εμαγιέ.

Μερικές σημαντικές πτυχές της DMI

Όλοι οι υπολογισμοί πραγματοποιούνται με βάση ένα ιδανικό μείγμα. Η αντίδραση προχωρά σε ένα ρυθμό που σχετίζονται με την τελική συγκέντρωση. Σε κατάσταση ισορροπίας, η ταχύτητα ροής πρέπει να είναι ίση με την ταχύτητα ροής, διαφορετικά η δεξαμενή είναι γεμάτη ή άδεια.

Συχνά συμφέρουσα από οικονομική άποψη να συνεργαστεί με αρκετές σειριακή ή παράλληλη ΗΡΜ. δεξαμενές από ανοξείδωτο χάλυβα που συλλέγονται σε έναν καταρράκτη των πέντε ή έξι μονάδες μπορούν να συμπεριφέρονται ως ένα αντιδραστήρα ροής βύσματος. Αυτό επιτρέπει η πρώτη συσκευή να λειτουργεί με υψηλότερη συγκέντρωση των αντιδραστηρίων και, κατά συνέπεια, ένα υψηλότερο ρυθμό αντίδρασης. Επίσης, η δεξαμενή μπορεί να τοποθετείται κάθετη χάλυβα HPM διάφορα στάδια, αντί για τις διεργασίες που πραγματοποιούνται σε διάφορες σκάφη.

Σε οριζόντιες πολυβάθμιες μονάδα εκτέλεσης κατανεμήθηκε από κατακόρυφα διαχωριστικά τοιχώματα διαφορετικού ύψους, μέσω των οποίων το μίγμα ρέει καταρράκτες.

Όταν τα αντιδραστήρια είναι ελάχιστα αναμίξιμα ή ουσιαστικά διαφέρουν σε πυκνότητα ενός κατακόρυφου αντιδραστήρα πολλαπλών βαθμίδων (με επένδυση γυαλιού ή από ανοξείδωτο χάλυβα) σε μορφή αντίθετου ρεύματος. Αυτό είναι αποτελεσματικό για αναστρέψιμες αντιδράσεις.

Το μικρό ρευστοποιημένη κλίνη είναι εντελώς μικτή. Μεγάλες αντιδραστήρα εμπορική ρευστοποιημένης κλίνης έχει μία ουσιαστικά ομοιόμορφη θερμοκρασία, αλλά αναμίξιμα χαρμάνια και αντικατασταθέντος και μεταβατική κατάσταση ρέει ανάμεσά τους.

αντιδραστήρα Χημική ροή

PFR - ένας αντιδραστήρας (από ανοξείδωτο χάλυβα), όπου τα ένα ή περισσότερα υγρά αντιδραστήρια αντλείται διαμέσου ενός αγωγού ή σωλήνα. Καλούνται, επίσης, σωληνοειδή ροή. Μπορεί να έχει πολλαπλές σωλήνες ή σωλήνες. Τα αντιδρώντα σώματα τροφοδοτούνται συνεχώς μέσω ενός άκρου, και τα προϊόντα προέρχονται από άλλο. Χημικές διεργασίες λαμβάνουν χώρα καθώς περνά μίγμα.

Η PFR ταχύτητα αντίδρασης σύστημα βαθμίδωσης: η είσοδος είναι πολύ υψηλό, αλλά με μία μείωση στη συγκέντρωση των αντιδρώντων και την απόδοση του προϊόντος αυξημένη περιεκτικότητα επιβραδύνει την ταχύτητά του. Συνήθως, επιτυγχάνεται δυναμική ισορροπία.

Τυπικές είναι η οριζόντια και κατακόρυφη θέση του αντιδραστήρα.

Όταν η απαιτούμενη μεταφορά θερμότητας, οι επιμέρους σωλήνες τοποθετούνται μέσα στο σακάκι ή κέλυφος και σωληνωτού εναλλάκτη θερμότητας χρησιμοποιείται. Στην τελευταία περίπτωση, οι χημικές ουσίες μπορεί να είναι είτε στο περίβλημα ή στο σωλήνα.

Δοχεία από μέταλλο με μεγάλη ακροφύσια διαμέτρου ή παρόμοια μπανιέρες PFR και χρησιμοποιείται ευρέως. Σε ορισμένες διαμορφώσεις χρησιμοποιούν αξονική και ακτινική ροή, πολλαπλές μεμβράνες με ενσωματωμένο εναλλάκτες θερμότητας, οριζόντια ή κατακόρυφη θέση του αντιδραστήρα και ούτω καθεξής.

Σκάφος με ένα αντιδραστήριο μπορεί να γεμίζεται με αδρανές ή καταλυτικής σωματιδιακής ύλης για την αύξηση της διεπιφανειακή επαφή στον ετερογενή αντίδραση.

Η σημασία του PFR είναι ότι οι υπολογισμοί δεν λαμβάνουν υπόψη την κάθετη ή οριζόντια ανάμειξη - αυτό εννοείται με τον όρο «ροή βύσματος». Τα αντιδρώντα μπορούν να εισάγονται στον αντιδραστήρα, όχι μόνο η είσοδος. Έτσι, είναι δυνατόν να επιτευχθεί μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα του ΕΡΑ ή να μειώσει το μέγεθος και το κόστος του. ΕΠΑ απόδοσης είναι συνήθως υψηλότερο από αυτό του NRM του ίδιου όγκου. Για ίσες τιμές του όγκο και το χρόνο στους αντιδραστήρες έμβολο αντίδρασης θα έχουν ένα υψηλότερο ποσοστό από ό, τι ολοκλήρωσης σε συσσωματώματα ανάμιξης.

δυναμική ισορροπία

Για την πλειοψηφία των χημικών διεργασιών είναι αδύνατο να επιτευχθεί 100 τοις εκατό ολοκλήρωση. ταχύτητά τους μειώνεται με αύξηση ο δείκτης αυτός μέχρι τη στιγμή που το σύστημα φθάνει μία δυναμική ισορροπία (όταν δεν παρουσιάζεται ο συνολικός απόκριση ή μεταβολή στη σύνθεση). Το σημείο ισορροπίας στα περισσότερα συστήματα είναι μικρότερη από 100% ολοκλήρωση της διαδικασίας. Για το λόγο αυτό είναι απαραίτητο να γίνει η διαδικασία διαχωρισμού όπως η απόσταξη, για να διαχωριστούν τα υπόλοιπα αντιδραστήρια ή υποπροϊόντα της στόχου. Αυτά τα αντιδραστήρια μπορεί μερικές φορές να επαναχρησιμοποιηθεί στην αρχή της διαδικασίας, π.χ., όπως η διαδικασία Haber.

Η εφαρμογή της ΕΡΑ

αντιδραστήρες εμβολικής ροής που χρησιμοποιούνται για τη χημική μετατροπή των ενώσεων κατά τη διάρκεια της κίνησής τους μέσα από το σύστημα, που μοιάζει με ένα σωλήνα, με σκοπό την μεγάλης κλίμακας, γρήγορη, ομοιογενείς ή ετερογενείς αντιδράσεις, συνεχείς διαδικασίες παραγωγής και κατά την απελευθέρωση μεγάλων ποσοτήτων θερμότητας.

Η ιδανική PFR έχει ένα σταθερό χρόνο παραμονής, δηλαδή, οποιοδήποτε υγρό (έμβολο) που φθάνουν σε χρόνο t, αφήνει στο χρόνο t + τ, όπου τ - .. Ο χρόνος παραμονής στο φυτό.

Χημική αντιδραστήρες αυτού του τύπου διαθέτουν υψηλά επίπεδα απόδοσης πάνω από παρατεταμένες χρονικές περιόδους, καθώς και εξαιρετική μεταφορά θερμότητας. Τα μειονεκτήματα της PFR είναι η δυσκολία της παρακολούθησης της θερμοκρασίας της διαδικασίας που μπορεί να οδηγήσει σε ανεπιθύμητες διαφορές θερμοκρασίας, και το υψηλότερο κόστος τους.

καταλυτική αντιδραστήρες

Παρά το γεγονός ότι οι μονάδες αυτού του τύπου εφαρμόζονται συχνά με τη μορφή του ΕΡΑ, απαιτούν πιο περίπλοκη φροντίδα. Ο ρυθμός της καταλυτικής αντίδρασης είναι ανάλογη με την ποσότητα του καταλύτη σε επαφή με χημικές ουσίες. Στην περίπτωση ενός στερεού καταλύτη και ρευστού αντιδραστηρίου είναι ανάλογη με την ταχύτητα των διαθέσιμων διαδικασιών περιοχή, την είσοδο των χημικών ουσιών και προϊόντων, και η επιλογή εξαρτάται από την παρουσία της τυρβώδους ανάμιξης.

Η καταλυτική αντίδραση είναι στην πραγματικότητα συχνά ένα πολυ-βήμα. Δεν είναι μόνο τα αρχικά αντιδρώντα σώματα αντιδρούν με τον καταλύτη. Με τον αντιδράσει και κάποια από τα ενδιάμεσα.

Η συμπεριφορά των καταλυτών είναι επίσης σημαντικό στην κινητική αυτής της διαδικασίας, ιδιαίτερα σε υψηλές πετροχημικών αντιδράσεις, όπως αυτές απενεργοποιούνται με πυροσυσσωμάτωση, οπτάνθρακα και παρόμοιες διαδικασίες.

Η εφαρμογή των νέων τεχνολογιών

SAR χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της βιομάζας. Στα πειράματα των αντιδραστήρων υψηλής πίεσης χρησιμοποιούνται. Η πίεση σε αυτά μπορεί να φτάσει 35 MPa. Χρησιμοποιώντας πολλαπλά μεγέθη να μεταβάλλεται ο χρόνος παραμονής από 0,5 έως 600 δευτερόλεπτα. Για να φτάσει σε θερμοκρασίες άνω των 300 ° C χρησιμοποιείται με ηλεκτρικώς θερμαινόμενα αντιδραστήρες. τροφοδοσίας βιομάζας πραγματοποιείται με HPLC-αντλίες.

νανοσωματίδια αεροζόλ PSC

Υπάρχει σημαντικό ενδιαφέρον στην σύνθεση και η χρήση νανοσωματιδίων για διάφορους σκοπούς, συμπεριλαμβανομένης της υψηλής κράματα και ένα παχύ αγωγούς φιλμ για τη βιομηχανία ηλεκτρονικών. Άλλες εφαρμογές περιλαμβάνουν τη μέτρηση της μαγνητικής επιδεκτικότητας, η μετάδοση στο άπω υπέρυθρο και πυρηνικό μαγνητικό συντονισμό. Για τα συστήματα αυτά, είναι απαραίτητο να παραχθεί ένα ελεγχόμενο μέγεθος σωματιδίων. η διάμετρος τους συνήθως στην περιοχή από 10 έως 500 nm.

Λόγω του μεγέθους τους, το σχήμα και μεγάλη ειδική επιφάνεια αυτών των σωματιδίων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή καλλυντικών χρωστικών, μεμβράνες, καταλύτες, κεραμικά, καταλυτικές και φωτοκαταλυτική αντιδραστήρες. Παραδείγματα της χρήσης των νανοσωματιδίων περιλαμβάνουν SnO ₂ αισθητήρα μονοξειδίου του άνθρακα, του TiO ₂ ινών, SiO ₂ κολλοειδής σίλικα και οπτικές ίνες, C για πληρωτικό άνθρακα στα ελαστικά, Fe για τα υλικά εγγραφής, Νί μπαταρίας και, σε μικρότερες ποσότητες, παλλάδιο, μαγνήσιο και το βισμούθιο. Όλα αυτά τα υλικά συντίθενται σε αντιδραστήρες αερολύματος. Στην ιατρική, νανοσωματίδια χρησιμοποιούνται για την πρόληψη και θεραπεία των μολύνσεων των πληγών, τεχνητό εμφυτεύματα οστών, καθώς και για την απεικόνιση του εγκεφάλου.

παράδειγμα παραγωγής

Για σωματίδια αλουμίνας υπό ρεύμα αργού, κορεσμένο με το μέταλλο ψύχεται στο RAC 18 mm σε διάμετρο και 0,5 m μήκους, της θερμοκρασίας 1600 ° C στους 1000 ° C / s. Καθώς η δίοδος αερίου διαμέσου του αντιδραστήρα έρχεται πυρήνων και η ανάπτυξη των σωματιδίων αλουμίνας. Ο ρυθμός ροής των 2 dm ³ / min και η πίεση είναι 1 atm (1013 Pa). Καθώς το αέριο ψύχεται και η κίνηση γίνεται υπερκορεσμένο, η οποία οδηγεί στην εμφάνιση των σωματιδίων από συγκρούσεις και μόρια ατμών για να επαναλαμβάνεται μέχρις ότου το σωματίδιο φθάνει σε ένα κρίσιμο μέγεθος. Καθώς κινείται μέσω του αερίου υπερκορεσμένο μόρια αλουμινίου συμπυκνωθεί επί των σωματιδίων, αυξάνοντας το μέγεθός τους.