Batch reactorEdit
den enkleste type reaktor er en batchreaktor. Materialer lægges i en batchreaktor, og reaktionen fortsætter med tiden. En batchreaktor når ikke en stabil tilstand, og det er ofte nødvendigt at kontrollere temperatur, tryk og volumen. Mange batch reaktorer har derfor porte til sensorer og materiale input og output. Batchreaktorer anvendes typisk i småskala produktion og reaktioner med biologiske materialer, såsom brygning, pulping og produktion af f.eks. Et eksempel på en batchreaktor er en trykreaktor.
CSTR (kontinuerlig omrørt tankreaktor)Rediger
i en CSTR indføres et eller flere væskereagenser i en tankreaktor, der typisk omrøres med et løbehjul for at sikre korrekt blanding af reagenserne, mens reaktorens spildevand fjernes. Opdeling af tankens volumen med den gennemsnitlige volumenstrømningshastighed gennem tanken giver rumtiden eller den tid, der kræves for at behandle et reaktorvolumen af væske. Ved hjælp af kemisk kinetik kan reaktionens forventede procentvise færdiggørelse beregnes. Nogle vigtige aspekter af CSTR:
- ved steady-state skal massestrømningshastigheden i svare til massestrømningshastigheden ud, ellers vil tanken løbe over eller gå tom (forbigående tilstand). Mens reaktoren er i en forbigående tilstand, skal modelligningen udledes af differentiel masse-og energibalancer.
- reaktionen forløber ved reaktionshastigheden forbundet med den endelige (output) koncentration, da koncentrationen antages at være homogen i hele reaktoren.
- ofte er det økonomisk fordelagtigt at drive flere CSTR ‘ er i serie. Dette tillader for eksempel den første CSTR at operere ved en højere reagenskoncentration og derfor en højere reaktionshastighed. I disse tilfælde kan reaktorernes størrelse varieres for at minimere den samlede kapitalinvestering, der kræves for at gennemføre processen.
- det kan påvises, at et uendeligt antal uendeligt små CSTR ‘ er, der opererer i serie, svarer til en PFR.
opførslen af en CSTR tilnærmes ofte eller modelleres af en kontinuerlig ideelt omrørt Tankreaktor (CISTR). Alle beregninger udført med CISTRs antager perfekt blanding. Hvis opholdstiden er 5-10 gange blandetiden, betragtes denne tilnærmelse som gyldig til tekniske formål. CISTR-modellen bruges ofte til at forenkle tekniske beregninger og kan bruges til at beskrive forskningsreaktorer. I praksis kan det kun kontaktes, især i reaktorer i industriel størrelse, hvor blandetiden kan være meget stor.
en loop-reaktor er en hybrid type katalytisk reaktor, der fysisk ligner en rørformet reaktor, men fungerer som en CSTR. Reaktionsblandingen cirkuleres i en rørsløjfe omgivet af en kappe til afkøling eller opvarmning, og der er en kontinuerlig strøm af udgangsmateriale ind og produkt ud.
PFR (stikstrømsreaktor)Rediger
i en PFR, undertiden kaldet kontinuerlig rørformet reaktor (Ctr), et eller flere væskereagenser pumpes gennem et rør eller rør. Den kemiske reaktion fortsætter, når reagenserne bevæger sig gennem PFR. I denne type reaktor skaber den skiftende reaktionshastighed en gradient med hensyn til den tilbagelagte afstand; ved indløbet til PFR er hastigheden meget høj, men når koncentrationerne af reagenserne falder, og koncentrationen af produktet / produkterne øges, sænkes reaktionshastigheden. Nogle vigtige aspekter af PFR:
- den idealiserede PFR-model antager ingen aksial blanding: ethvert element af væske, der bevæger sig gennem reaktoren, blandes ikke med væske opstrøms eller nedstrøms fra det, som antydet af udtrykket “plugstrøm”.
- reagenser kan indføres i PFR på andre steder i reaktoren end indløbet. På denne måde kan der opnås en højere effektivitet, eller størrelsen og omkostningerne ved PFR kan reduceres.
- en PFR har en højere teoretisk effektivitet end en CSTR med samme volumen. Det vil sige, givet den samme rumtid (eller opholdstid), vil en reaktion fortsætte til en højere procentdel færdiggørelse i en PFR end i en CSTR. Dette gælder ikke altid for reversible reaktioner.
for de fleste kemiske reaktioner af industriel interesse er det umuligt for reaktionen at fortsætte til 100% færdiggørelse. Reaktionshastigheden falder, når reaktanterne forbruges, indtil det punkt, hvor systemet når dynamisk ligevægt (ingen nettoreaktion eller ændring i kemiske arter forekommer). Ligevægtspunktet for de fleste systemer er mindre end 100% komplet. Af denne grund følger en separationsproces, såsom destillation, ofte en kemisk reaktor for at adskille eventuelle resterende reagenser eller biprodukter fra det ønskede produkt. Disse reagenser kan undertiden genbruges i begyndelsen af processen, såsom i Haber-processen. I nogle tilfælde ville meget store reaktorer være nødvendige for at nærme sig ligevægt, og kemiske ingeniører kan vælge at adskille den delvist reagerede blanding og genbruge de resterende reaktanter.
under laminære strømningsforhold er antagelsen om stikstrøm meget unøjagtig, da væsken, der bevæger sig gennem midten af røret, bevæger sig meget hurtigere end væsken ved væggen. Den kontinuerlige oscillerende forvirrede reaktor (COBR) opnår grundig blanding ved kombinationen af fluidoscillation og åbningsbafler, hvilket gør det muligt at tilnærme plugstrømmen under laminære strømningsforhold.
Semibatch reactorEdit
en semibatchreaktor drives med både kontinuerlige og batchindgange og-udgange. En fermenter er for eksempel fyldt med et parti medium og mikrober, der konstant producerer kulsyre, der skal fjernes kontinuerligt. Tilsvarende er det normalt vanskeligt at reagere en gas med en væske, fordi der kræves et stort volumen gas for at reagere med en lige masse væske. For at overvinde dette problem kan en kontinuerlig tilførsel af gas bObles gennem et parti af en væske. Generelt i semibatch operation, en kemisk reaktant indlæses i reaktoren, og et andet kemikalie tilsættes langsomt (for eksempel for at forhindre bivirkninger), eller et produkt, der er resultatet af en faseændring, fjernes kontinuerligt, for eksempel en gas dannet ved reaktionen, et fast stof, der udfældes, eller et hydrofobt produkt, der dannes i en vandig opløsning.
katalytisk reaktorredit
selvom katalytiske reaktorer ofte implementeres som stikstrømsreaktorer, kræver deres analyse mere kompliceret behandling. Hastigheden af en katalytisk reaktion er proportional med mængden af katalysator, som reagenserne kontakter, såvel som koncentrationen af reaktanterne. Med en fastfasekatalysator og væskefasereagenser er dette proportionalt med det eksponerede område, effektiviteten af diffusion af reagenser ind og produkter ud og effektiviteten af blanding. Perfekt blanding kan normalt ikke antages. Desuden forekommer en katalytisk reaktionsvej ofte i flere trin med mellemprodukter, der er kemisk bundet til katalysatoren; og da den kemiske binding til katalysatoren også er en kemisk reaktion, kan den påvirke kinetikken. Katalytiske reaktioner viser ofte såkaldt forfalsket kinetik, når den tilsyneladende kinetik adskiller sig fra den faktiske kemiske kinetik på grund af fysiske transporteffekter.
produktet af katalysatoren er også en overvejelse. Især i petrokemiske processer ved høj temperatur deaktiveres katalysatorer ved processer såsom sintring, koksningog forgiftning.
et almindeligt eksempel på en katalytisk reaktor er katalysatoren, der behandler giftige komponenter i biludstødninger. Imidlertid er de fleste petrokemiske reaktorer katalytiske og er ansvarlige for de fleste industrielle kemiske produktion med ekstremt store volumeneksempler, herunder svovlsyre, ammoniak, reformat/bteks og væskekatalytisk krakning. Forskellige konfigurationer er mulige, se heterogen katalytisk reaktor.
