Reaktor Wsadowyedytuj
najprostszym typem reaktora jest reaktor wsadowy. Materiały są ładowane do reaktora wsadowego, a reakcja przebiega z czasem. Reaktor wsadowy nie osiąga stanu ustalonego, a kontrola temperatury, ciśnienia i objętości jest często konieczna. Wiele reaktorów wsadowych ma zatem porty dla czujników i materiałów wejściowych i wyjściowych. Reaktory wsadowe są zwykle stosowane w produkcji na małą skalę i reakcji z materiałami biologicznymi, takimi jak w browarnictwie, roztwarzaniu i produkcji enzymów. Przykładem reaktora wsadowego jest reaktor ciśnieniowy.
CSTR (continuous mixred-tank reactor)Edit
w CSTR jeden lub więcej odczynników płynnych wprowadza się do reaktora zbiornikowego, który zazwyczaj miesza się z wirnikiem w celu zapewnienia prawidłowego mieszania odczynników podczas usuwania wypływu z reaktora. Podzielenie objętości zbiornika przez średnie objętościowe natężenie przepływu przez zbiornik daje czas przestrzenny lub czas potrzebny do przetworzenia jednej objętości płynu w reaktorze. Korzystając z kinetyki chemicznej, można obliczyć oczekiwany procent zakończenia reakcji. Niektóre ważne aspekty CSTR:
- w stanie ustalonym masowe natężenie przepływu musi być równe masowemu natężeniu przepływu Na zewnątrz, w przeciwnym razie zbiornik przepełni się lub stanie się pusty (stan przejściowy). Podczas gdy reaktor jest w stanie przejściowym, równanie modelu musi być wyprowadzone z różniczkowego bilansu masy i energii.
- reakcja przebiega z szybkością reakcji związaną ze stężeniem końcowym (wyjściowym), ponieważ zakłada się, że stężenie jest jednorodne w całym reaktorze.
- często ekonomicznie korzystnie jest obsługiwać szeregowo kilka CSTR. Pozwala to, na przykład, na działanie pierwszego CSTR przy wyższym stężeniu odczynnika, a tym samym wyższej szybkości reakcji. W takich przypadkach rozmiary reaktorów mogą być zróżnicowane w celu zminimalizowania całkowitych inwestycji kapitałowych wymaganych do wdrożenia procesu.
- można wykazać, że nieskończona liczba nieskończenie małych CSTRs działających szeregowo byłaby równoważna PFR.
zachowanie CSTR jest często przybliżane lub modelowane przez zachowanie reaktora ciągłego o idealnie mieszanym zbiorniku (Cistr). Wszystkie obliczenia wykonywane za pomocą CISTRs zakładają idealne mieszanie. Jeśli czas przebywania jest 5-10 razy dłuższy niż czas mieszania, to przybliżenie jest uważane za ważne dla celów technicznych. Model CISTR jest często używany do uproszczenia obliczeń inżynierskich i może być używany do opisu reaktorów badawczych. W praktyce można do niego podejść, szczególnie w reaktorach przemysłowych, w których czas mieszania może być bardzo duży.
reaktor pętlowy to Hybrydowy reaktor katalityczny, który fizycznie przypomina reaktor rurowy, ale działa jak CSTR. Mieszanina reakcyjna krąży w pętli rurki, otoczonej płaszczem do chłodzenia lub ogrzewania, i występuje ciągły przepływ materiału wyjściowego i produktu Na Zewnątrz.
PFR (reaktor z przepływem wtykowym)Edycja
w PFR, czasami nazywany ciągłym reaktorem rurowym (CTR), jeden lub więcej odczynników płynnych jest pompowanych przez rurę lub rurkę. Reakcja chemiczna przebiega w miarę przechodzenia odczynników przez PFR. W tego typu reaktorze, Zmiana szybkości reakcji tworzy gradient w odniesieniu do odległości, którą przemieszcza; na wlocie do PFR szybkość jest bardzo wysoka, ale wraz ze spadkiem stężenia odczynników i zwiększeniem stężenia produktu(produktów) szybkość reakcji spowalnia. Niektóre ważne aspekty PFR:
- wyidealizowany model PFR nie zakłada mieszania osiowego: żaden element płynu przemieszczającego się przez reaktor nie miesza się z płynem w górę lub w dół od niego, jak sugeruje termin „przepływ wtykowy”.
- odczynniki mogą być wprowadzane do PFR w miejscach w reaktorze innych niż wlot. W ten sposób można uzyskać wyższą wydajność lub zmniejszyć rozmiar i koszt PFR.
- PFR ma wyższą wydajność teoretyczną niż CSTR o tej samej objętości. Oznacza to, że biorąc pod uwagę tę samą czasoprzestrzeń (lub czas przebywania), reakcja przejdzie do wyższego procentowego zakończenia w PFR niż w CSTR. Nie zawsze jest to prawdą w przypadku reakcji odwracalnych.
w przypadku większości reakcji chemicznych o znaczeniu przemysłowym nie jest możliwe przejście reakcji do 100% zakończenia. Szybkość reakcji maleje, gdy reagenty są zużywane do punktu, w którym układ osiąga dynamiczną równowagę (nie zachodzi reakcja netto lub zmiana gatunków chemicznych). Punkt równowagi dla większości systemów jest mniejszy niż 100% kompletny. Z tego powodu proces oddzielania, taki jak destylacja, często następuje po reaktorze chemicznym w celu oddzielenia wszelkich pozostałych odczynników lub produktów ubocznych od pożądanego produktu. Odczynniki te mogą być czasami ponownie użyte na początku procesu, na przykład w procesie Habera. W niektórych przypadkach bardzo duże Reaktory byłyby konieczne do osiągnięcia równowagi, a inżynierowie chemiczni mogą zdecydować się na oddzielenie częściowo reagującej mieszaniny i recykling resztek reagentów.
w warunkach przepływu laminarnego założenie przepływu wtykowego jest wysoce niedokładne, ponieważ płyn poruszający się przez środek rury porusza się znacznie szybciej niż płyn na ścianie. Ciągły oscylacyjny reaktor przegrodowy (COBR) osiąga dokładne mieszanie przez połączenie oscylacji płynu i przegród kryzowych, umożliwiając przybliżenie przepływu wtykowego w warunkach przepływu laminarnego.
reaktor Semibatch edytuj
reaktor semibatch jest obsługiwany zarówno z ciągłymi, jak i wsadowymi wejściami i wyjściami. Na przykład fermentor jest ładowany porcją pożywki i drobnoustrojów, które stale wytwarzają dwutlenek węgla, który musi być stale usuwany. Podobnie reagowanie gazu z cieczą jest zwykle trudne, ponieważ do reakcji z taką samą masą cieczy potrzebna jest duża objętość gazu. Aby rozwiązać ten problem, ciągłe podawanie gazu może być przepuszczane przez partię cieczy. Ogólnie rzecz biorąc, w działaniu półmatowym jeden reagent chemiczny jest ładowany do reaktora, a drugi związek chemiczny jest dodawany powoli (na przykład, aby zapobiec reakcjom ubocznym) lub produkt, który wynika ze zmiany fazy, jest stale usuwany, na przykład gaz utworzony przez reakcję, ciało stałe, które wytrąca się, lub produkt hydrofobowy, który tworzy się w roztworze wodnym.
reaktor Katalityedytuj
chociaż Reaktory katalityczne są często wdrażane jako Reaktory przepływowe, ich analiza wymaga bardziej skomplikowanej obróbki. Szybkość reakcji katalitycznej jest proporcjonalna do ilości katalizatora, z którym stykają się reagenty, a także do stężenia reagentów. W przypadku katalizatora w fazie stałej i odczynników w fazie ciekłej jest to proporcjonalne do odsłoniętego obszaru, wydajności dyfuzji odczynników i produktów oraz skuteczności mieszania. Nie można zakładać idealnego mieszania. Ponadto szlak reakcji katalitycznej często zachodzi w wielu etapach z półproduktami, które są chemicznie związane z katalizatorem; a ponieważ wiązanie chemiczne z katalizatorem jest również reakcją chemiczną, może wpływać na kinetykę. Reakcje katalityczne często wykazują tzw. kinetykę sfałszowaną, gdy Kinetyka pozorna różni się od rzeczywistej kinetyki chemicznej ze względu na fizyczne efekty transportu.
produkt katalizatora jest również brany pod uwagę. Szczególnie w wysokotemperaturowych procesach petrochemicznych katalizatory są dezaktywowane przez procesy takie jak spiekanie, koksowanie i zatrucie.
powszechnym przykładem reaktora katalitycznego jest katalizator, który przetwarza toksyczne składniki spalin samochodowych. Jednak większość reaktorów petrochemicznych ma charakter katalityczny i jest odpowiedzialna za większość przemysłowej produkcji chemicznej, z przykładami o bardzo dużej objętości, w tym kwasem siarkowym, amoniakiem, reformatem/BTEX (benzenem, toluenem, etylobenzenem i ksylenem) i płynnym krakingiem katalitycznym. Możliwe są różne konfiguracje, patrz heterogeniczny reaktor katalityczny.
