dávkový reaktoredit

nejjednodušším typem reaktoru je dávkový reaktor. Materiály jsou vloženy do dávkového reaktoru a reakce probíhá s časem. Dávkový reaktor nedosahuje ustáleného stavu a často je nutná kontrola teploty, tlaku a objemu. Mnoho dávkových reaktorů má proto porty pro senzory a vstup a výstup materiálu. Dávkové reaktory se obvykle používají při malosériové výrobě a reakcích s biologickými materiály, například při vaření, rozvlákňování a výrobě enzymů. Jedním z příkladů dávkového reaktoru je tlakový reaktor.

CSTR (průběžně míchá-průtočný reaktor)Upravit

Kontrola stavu uvnitř případ ideálně míchaného průtočného reaktoru (CSTR). Lopatky oběžného kola (nebo míchadla) na pomocném míchání hřídele. Přepážka ve spodní části obrázku také pomáhá při míchání.

V CSTR, jeden nebo více tekutin činidla jsou zavedeny do nádrže reaktoru, která se obvykle míchá s oběžného kola k zajištění řádného promíchání činidla, zatímco reaktor odpadní vody odstraněny. Rozdělení objemu nádrže průměrným objemovým průtokem nádrží dává prostorový čas nebo čas potřebný ke zpracování jednoho objemu kapaliny v reaktoru. Pomocí chemické kinetiky lze vypočítat očekávané procentuální dokončení reakce. Některé důležité aspekty CSTR:

• v ustáleném stavu se hmotnostní průtok V musí rovnat hmotnostnímu průtoku ven, jinak nádrž přeteče nebo se vyprázdní (přechodný stav). Zatímco reaktor je v přechodném stavu, modelová rovnice musí být odvozena z diferenciálních hmotnostních a energetických bilancí.
• reakce probíhá reakční rychlostí spojenou s konečnou (výstupní) koncentrací, protože se předpokládá, že koncentrace je v celém reaktoru homogenní.
• často je ekonomicky výhodné provozovat několik CSTR v sérii. To umožňuje například první CSTR pracovat při vyšší koncentraci činidla, a tedy vyšší reakční rychlosti. V těchto případech se velikost reaktorů může měnit, aby se minimalizovala celková kapitálová investice potřebná k provedení procesu.
• lze prokázat, že nekonečný počet nekonečně malých CSTRs pracujících v sérii by byl ekvivalentní PFR.

chování CSTR je často aproximováno nebo modelováno chováním kontinuálního ideálně míchaného reaktoru (CISTR). Všechny výpočty prováděné pomocí CISTRs předpokládají dokonalé promíchání. Pokud je doba zdržení 5-10násobek doby míchání, považuje se tato aproximace za platnou pro technické účely. Model CISTR se často používá ke zjednodušení technických výpočtů a může být použit k popisu výzkumných reaktorů. V praxi k němu lze přistupovat pouze, zejména v reaktorech průmyslové velikosti, ve kterých může být doba míchání velmi velká.

smyčkový reaktor je hybridní typ katalytického reaktoru, který se fyzicky podobá trubkovému reaktoru, ale pracuje jako CSTR. Reakční směs cirkuluje ve smyčce trubky, obklopené pláštěm pro chlazení nebo ohřev, a tam je kontinuální tok výchozího materiálu dovnitř a ven produktu.

PFR (plug flow reactor)Upravit

Jednoduchý diagram ilustrující plug flow reactor model

V PFR, někdy se nazývá kontinuální trubkový reaktor (CTR), jeden nebo více tekutin činidla jsou čerpána přes potrubí nebo trubek. Chemická reakce probíhá, jak činidla procházejí PFR. V tomto typu reaktoru, mění rychlost reakce, vytváří gradient s ohledem na vzdálenost projet; na vstupu PFR sazba je velmi vysoká, ale jako koncentrace činidel a snížení koncentrace produktu(y) zvyšuje rychlost reakce zpomaluje. Některé důležité aspekty PFR:

• idealizovaný model PFR nenese žádnou axiální míchání: každý prvek tekutiny cestování přes reaktor nemá míchat s tekutinou proti proudu nebo po proudu od, jak vyplývá z pojmu „plug flow“.
• činidla mohou být zavedena do PFR na jiných místech v reaktoru než na vstupu. Tímto způsobem může být dosaženo vyšší účinnosti nebo může být snížena velikost a cena PFR.
• PFR má vyšší teoretickou účinnost než CSTR stejného objemu. To znamená, že vzhledem ke stejnému časoprostoru (nebo době zdržení) bude reakce pokračovat k vyššímu procentuálnímu dokončení v PFR než v CSTR. To neplatí vždy pro reverzibilní reakce.

pro většinu chemických reakcí průmyslového zájmu není možné, aby reakce pokračovala do 100% dokončení. Rychlost reakce klesá s tím, jak jsou reaktanty spotřebovány, dokud systém nedosáhne dynamické rovnováhy (nedochází k žádné čisté reakci nebo změně chemických druhů). Rovnovážný bod pro většinu systémů je méně než 100% úplný. Z tohoto důvodu proces separace, např. destilace, často následuje chemický reaktor s cílem oddělit všechny zbývající reagencie nebo vedlejší produkty z požadovaného produktu. Tato činidla mohou být někdy znovu použita na začátku procesu, například v Haberově procesu. V některých případech, velmi velké reaktory by být nutné, aby přístup rovnováhy a chemické inženýři si mohou vybrat oddělit částečně zreagované směsi a recyklovat zbytky reaktantů.

Pod laminární proudění podmínek, předpoklad plug flow je velmi nepřesné, protože tekutina cestování přes centrum trubice se pohybuje mnohem rychleji než kapaliny na stěnu. Kontinuální oscilační bezradný reaktor (COBR) dosahuje důkladného promíchání kombinací kmitání tekutiny a přepážek otvoru, což umožňuje aproximaci průtoku zátky za podmínek laminárního proudění.

Semibatch reactorEdit

semibatch reaktor je provozován jak s kontinuální a dávkové vstupy a výstupy. To fermenter, například, je naloženo s šarže střední a mikroby, které neustále produkuje oxid uhličitý, který musí být odstraněny trvale. Podobně reakce plynu s kapalinou je obvykle obtížná, protože pro reakci se stejnou hmotností kapaliny je zapotřebí velkého objemu plynu. K překonání tohoto problému může být kontinuální přívod plynu probubláván dávkou kapaliny. Obecně platí, že v semibatch operace, jeden chemický reaktant je vložen do reaktoru a druhý chemické látky se přidá pomalu (například, aby se zabránilo nežádoucí účinky), nebo produkt, který výsledky z fáze změny je průběžně odstraněny, například plyn vzniklý reakcí, pevné, které se vysráží, nebo hydrofobní produkt, který se tvoří ve vodném roztoku.

katalytický reaktoredit

ačkoli jsou katalytické reaktory často implementovány jako reaktory s průtokem zástrčky, jejich analýza vyžaduje složitější zpracování. Rychlost katalytické reakce je úměrná množství katalyzátoru, který je v kontaktu s činidly, stejně jako koncentrace reaktantů. S katalyzátorem v pevné fázi a činidly v kapalné fázi je to úměrné exponované oblasti, účinnosti difúze činidel dovnitř a produktů ven a účinnosti míchání. Dokonalé míchání obvykle nelze předpokládat. Kromě toho se katalytická reakční dráha často vyskytuje ve více krocích s meziprodukty, které jsou chemicky vázány na katalyzátor; a protože chemická vazba na katalyzátor je také chemickou reakcí, může ovlivnit kinetiku. Katalytické reakce, často vykazují tzv. padělané kinetika, když je zřejmé, kinetika lišit od skutečné chemické kinetiky v důsledku fyzické dopravy účinky.

produkt katalyzátoru je také zvažován. Zejména při vysokoteplotních petrochemických procesech jsou katalyzátory deaktivovány procesy, jako je slinování, koksování a otravy.

běžným příkladem katalytického reaktoru je katalyzátor, který zpracovává toxické složky automobilových výfuků. Nicméně, většina petrochemických reaktorů jsou katalytické, a jsou zodpovědné za většinu průmyslové chemické výroby, s velmi vysokým objemem příkladů, včetně kyseliny sírové, amoniaku, reformáty/BTEX (benzen, toluen, ethylbenzen a xylen) a fluidní katalytické krakování. Různé konfigurace jsou možné, viz heterogenní katalytický reaktor.