Que é os reactores químicos? Tipos de reactores químicos

A reacción química é un proceso que leva á conversión dos reactivos. Caracterízase por alteracións, que producen unha ou máis do que outros produtos de partida. As reaccións químicas son diversas. Depende do tipo de reactivos, a sustancia resultante, as condicións e tempo de síntese, descomposición, desprazamento, isomerização, ácido-álcali, redox, etc. e os procesos biolóxicos.

reactores químicos son tanque destinado a levar a cabo as reaccións, a fin de desenvolver o produto final. O seu deseño depende de varios factores e debe proporcionar o rendemento máximo dos máis forma rendible.

tipos

Existen tres principais modelos básicos de reactores químicos:

• Batch.
• de tanque axitado continuo (HPM).
• reactor de fluxo en pistón (PFR).

Estes modelos básicos poden ser modificados de acordo cos requisitos do proceso químico.

reactor descontinuo

As unidades químicas deste tipo son utilizados en procesos discontinuos a unha produción en pequena escala, un longo tempo de reacción é que a mellor selectividade é conseguir, como nalgúns procesos de polimerización.

Para este fin, por exemplo, os contidos das cales son axitados recipiente de aceiro inoxidable láminas de traballo interno, burbullas de gas ou por medio de bombas. O control de temperatura é realizado a través de revestimentos de intercambio de calor, refrixeradores de irrigación ou de bombeo a través dun intercambiador de calor.

reactores discontinuos usados actualmente nas industrias de procesamento de alimentos e produtos químicos. A súa automatización e optimización crea complexidade, xa que é necesario combinar procesos continuos e discretos.

Semi-lote reactores químicos combinar traballo nos modos continuos e discontinuos. Un biorreactor, por exemplo, son periodicamente cargados e libera continuamente dióxido de carbono, que ten que ser continuamente eliminado. Do mesmo xeito, cando a reacción de cloración, cando un dos reactivos e de gas de cloro, se non é administrado de forma continua, a maior parte dela se evapore.

Para asegurar grandes volumes de produción utilizados reactores principalmente químicas ou recipiente metálico continuo cun axitador ou un fluxo continuo.

reactor de tanque axitado continuo

reactivos líquidos son alimentados a un recipiente de aceiro inoxidable. Para asegurar unha interacción adecuada da súa folla de traballo axitada. Así, neste tipo de reactor os reactivos son continuamente alimentadas para dentro do primeiro depósito (vertical, aceiro), e, a continuación, entran no posterior, á vez, mesturando coidadosamente en cada vaso. Aínda que a composición da mestura é uniforme en cada tanque no sistema como un todo concentración varía recipiente para recipiente.

A cantidade media de tempo en que a cantidade discreta de reactivo pasa no tanque (tempo de residencia) pode ser calculada simplemente pola división do volume do recipiente a un ritmo volumétrica media de fluxo a través da mesma. porcentaxe esperada de completarse a reacción é calculada usando a cinética químicos.

Feita de tanques de aceiro inoxidable ou ligas e esmaltado.

Algúns aspectos importantes da DMI

Todos os cálculos son realizados en base a unha mestura ideal. A reacción prosegue a unha velocidade relacionada coa concentración final. No equilibrio, o caudal debe ser igual á taxa de fluxo, se non, o depósito está cheo ou baleiro.

Moitas veces económicamente vantaxoso traballar con varios HPM serie ou en paralelo. tanques de aceiro inoxidable recollidos nunha fervenza de cinco ou seis unidades poden comportarse como un reactor de fluxo pist. Isto permite que a primeira unidade para utilizar unha maior concentración de reactivos e, polo tanto, unha velocidade de reacción máis elevada. Ademais, o depósito pode ser instalado verticais HPM aceiro varias fases, no canto dos procesos realizados en varios vasos.

Na unidade de execución de varios estadios horizontal dividida por particións verticais de diferentes alturas, a través da cal a mestura flúe fervenzas.

Cando os reactivos son pobremente miscel ou substancialmente diferente da densidade dun reactor de varios estadios vertical (aceiro revestido con vidro ou aceiro inoxidable) dun modo en contracorrente. Isto é eficaz para as reaccións reversibles.

O pequeno leito fluidizado é completamente mesturado. Gran reactor de leito fluidizado comercial ten unha temperatura substancialmente uniforme, pero mesturas miscíveis e estado substituído e transiente flúe entre os mesmos.

reactor de fluxo químico

PFR - un reactor (aceiro inoxidable), no que o un ou máis reactivos líquidos son bombeados a través dun tubo ou tubo. Eles tamén son chamados de fluxo tubular. Pode ter varios canos ou tubos. Os reactivos son alimentados continuamente por medio dunha extremidade, e os produtos procedentes de outra. Os procesos químicos ter lugar a medida que pasa mestura.

O PFR velocidade de reacción sistema de gradiente: A entrada é moi alta, pero con unha redución da concentración dos reactivos e o rendemento do produto aumentou o contido diminúe a súa velocidade. Tipicamente, o equilibrio dinámico é alcanzar.

Típico son a orientación horizontal e vertical do reactor.

Cando a transferencia de calor necesaria, os tubos individuais están situados dentro do invólucro ou invólucro e intercambiador de calor de tubos é utilizado. Neste último caso, os produtos químicos poden ser tanto na carcasa ou no tubo.

Os recipientes de metal cun diámetro grandes bocais ou similar PFR bañeiras e amplamente utilizados. Nalgunhas configuracións usar de fluxo axial e radial, varias membranas con intercambiador de calor integrados, a posición horizontal ou vertical do reactor e así por diante.

Vehículo cun reactivo pode ser cuberto con materia en partículas inerte ou catalítica para aumentar o contacto interfacial na reacción heteroxénea.

A importancia do PFR é que os cálculos non teñen en conta a mestura vertical ou horizontal - este é o significado da expresión "plug flow". Os reactivos poden ser introducidos no reactor non só a entrada. Así, é posible acadar unha eficiencia máis elevada EPA ou reducir o seu tamaño e custo. PSC rendemento é xeralmente máis elevada que a do NRM do mesmo volume. Para valores iguais de volume e tempo nos reactores de pistón reacción terá unha porcentaxe máis elevada de conclusión do que en agregados de mestura.

equilibrio dinámico

Para a maioría dos procesos químicos é imposible de acadar o 100 por cento de conclusión. A súa velocidade diminúe cun aumento neste índice ata o momento en que o sistema alcance un equilibrio dinámico (cando a resposta total ou modificación da composición non ocorre). O punto de equilibrio na maior parte dos sistemas é inferior a 100% a conclusión do proceso. Por esta razón, é necesario para facer o proceso de separación como destilación, para separar o resto reactivos, ou subprodutos de destino. Estes reactivos poden, por veces, ser reutilizado no inicio do proceso, por exemplo, como o proceso de Haber.

A aplicación do APE

reactores de fluxo tapón utilizado para a conversión química dos compostos durante o seu movemento a través do sistema, se asemella a un tubo, para a finalidade de grande escala, as reaccións rápidas, homoxéneos ou heteroxéneos, procesos de produción continua e cando liberando grandes cantidades de calor.

O PFR ideal ten un tempo de residencia fixa, é dicir, calquera líquido (émbolo) que chegan no momento t, que deixa no momento t + τ, onde τ - .. O tempo de residencia na planta.

reactores químicos deste tipo teñen altos niveis de rendemento ao longo de períodos de tempo prolongados, así como unha excelente transferencia de calor. As desvantaxes do PFR é a dificultade de controlar a temperatura do proceso que pode levar a diferenzas de temperatura non desexadas, eo seu custo máis elevado.

reactores catalíticos

Aínda que as unidades deste tipo son frecuentemente aplicados en forma da EPA, eles precisan coidados máis complexos. A taxa de reacción catalítica é proporcional á cantidade de catalizador en contacto con produtos químicos. No caso dun catalizador sólido eo reactivo líquido é proporcional á velocidade de procesos área disponíbel, a entrada dos produtos químicos e produtos, ea selección depende da presenza dunha mestura turbulenta.

A reacción catalítica é, en realidade, moitas veces un multi-paso. Non só os reactivos iniciais reaccionar co catalizador. Con el reaccionar e algúns dos intermediarios.

O comportamento dos catalizadores tamén é importante na cinética deste proceso, especialmente en reaccións petroquímicas elevados, xa que son desactivados por sinterização, coque e procesos similares.

Aplicación de novas tecnoloxías

SAR é utilizado para a conversión de biomasa. Nas experiencias de reactores de alta presión son utilizados. A presión neles pode acadar 35 MPa. Usando varios tamaños para variar o tempo de permanencia de 0,5 a 600 segundos. Para acadar temperaturas en exceso de 300 ° C é utilizado con reactores quentados electricamente. Alimentación de biomasa é realizada por bombas de HPLC.

nanopartículas aerosol PSC

Hai un interese considerable na síntese ea utilización de nanopartículas para varios fins, incluíndo altas ligas e de condutores de película espesa para a industria electrónica. Outras aplicacións inclúen a medición da susceptibilidade magnética, a transmisión en resonancia magnética nuclear e do infravermello afastado. Para estes sistemas, é necesario para producir un tamaño de partícula controlado. O seu diámetro xeralmente na gama de 10 a 500 nm.

Debido ao seu tamaño, forma e área superficial específica elevada destas partículas pode ser usado para a produción de pigmentos cosméticos, membranas, catalizadores, cerámicas, e reactores catalíticos foto catalíticas. Exemplos de aplicacións das nanopartículas inclúen _SnO2 para sensores de monóxido de carbono, fibra de _TiO2, SiO ₂ sílice coloidal e as fibras ópticas, C para recheos de carbono en pneumáticos, Fe para o material de rexistro, a batería de Ni e, en menores cantidades, paladio, magnesio e bismuto. Todos estes materiais son sintetizados en reactores de aerosol. Na medicina, as nanopartículas son usados para a prevención e tratamento de infeccións de feridas, implantes de óso artificial, así como para a formación de imaxes do cerebro.

exemplo de produción

Para partículas de alúmina baixo un fluxo de argon, saturadas con metal é arrefecido no RAC 18 mm de diámetro e 0,5 m de lonxitude, a temperatura de 1600 K a 1000 ° C / s. Como o paso de gas a través do reactor vén nucleação eo crecemento de partículas de alúmina. A taxa de fluxo de 2 ^dm3 / min ea presión é de 1 atm (1013 Pa). A medida que o gas é arrefriado eo movemento convértese en supersaturada, o que leva á aparición de partículas de colisións e as moléculas de vapor para repetido até que a partícula chega a un tamaño crítico. Como se move a través do gas de moléculas de aluminio supersaturadas condensar-se nas partículas, aumentando o seu tamaño.