lot reactorredit
cel mai simplu tip de reactor este un reactor lot. Materialele sunt încărcate într-un reactor lot, iar reacția continuă cu timpul. Un reactor de lot nu atinge o stare de echilibru, iar controlul temperaturii, presiunii și volumului este adesea necesar. Prin urmare, multe Reactoare de lot au porturi pentru senzori și intrare și ieșire de material. Reactoarele Batch sunt de obicei utilizate în producția la scară mică și reacțiile cu materiale biologice, cum ar fi fabricarea berii, pulpa și producția de enzime. Un exemplu de reactor lot este un reactor de presiune.
CSTR (reactor cu rezervor agitat continuu)Edit
într-un CSTR, unul sau mai mulți reactivi fluizi sunt introduși într-un reactor rezervor care este de obicei agitat cu un rotor pentru a asigura amestecarea corectă a reactivilor în timp ce efluentul reactorului este îndepărtat. Împărțirea volumului rezervorului la debitul volumetric mediu prin rezervor oferă spațiu timp, sau timpul necesar pentru procesarea unui volum de fluid al reactorului. Folosind cinetica chimică, se poate calcula finalizarea procentuală așteptată a reacției. Unele aspecte importante ale CSTR:
- la starea de echilibru, debitul masic trebuie să fie egal cu debitul masic afară, altfel rezervorul se va revărsa sau se va goli (stare tranzitorie). În timp ce reactorul se află într-o stare tranzitorie, ecuația modelului trebuie derivată din masa diferențială și balanțele energetice.
- reacția se desfășoară la viteza de reacție asociată cu concentrația finală (de ieșire), deoarece se presupune că concentrația este omogenă în întregul reactor.
- adesea, este benefic din punct de vedere economic să operezi mai multe CSTR-uri în serie. Acest lucru permite, de exemplu, primului CSTR să funcționeze la o concentrație mai mare de reactiv și, prin urmare, la o rată de reacție mai mare. În aceste cazuri, dimensiunile reactoarelor pot fi variate pentru a minimiza investiția totală de capital necesară implementării procesului.
- se poate demonstra că un număr infinit de CSTR-uri infinit de mici care funcționează în serie ar fi echivalent cu un PFR.
comportamentul unui CSTR este adesea aproximat sau modelat de cel al unui Reactor continuu cu rezervor agitat ideal (CISTR). Toate calculele efectuate cu CISTRs presupun o amestecare perfectă. Dacă timpul de rezidență este de 5-10 ori mai mare decât timpul de amestecare, această aproximare este considerată valabilă în scopuri inginerești. Modelul CISTR este adesea folosit pentru a simplifica calculele inginerești și poate fi folosit pentru a descrie reactoarele de cercetare. În practică, poate fi abordată numai, în special în reactoarele de dimensiuni industriale în care timpul de amestecare poate fi foarte mare.
un reactor cu buclă este un tip hibrid de reactor catalitic care seamănă fizic cu un reactor tubular, dar funcționează ca un CSTR. Amestecul de reacție este circulat într-o buclă de tub, înconjurat de o manta pentru răcire sau încălzire, și există un flux continuu de materie primă în și produs afară.
PFR (plug flow reactor)Edit
Articol principal: modelul reactorului cu flux de priză
în a PFR, uneori numit reactor tubular continuu (CTR), unul sau mai mulți reactivi fluizi sunt pompați printr-o țeavă sau tub. Reacția chimică se desfășoară pe măsură ce reactivii călătoresc prin PFR. În acest tip de reactor, viteza de reacție în schimbare creează un gradient în raport cu distanța parcursă; la intrarea în PFR viteza este foarte mare, dar pe măsură ce concentrațiile reactivilor scad și concentrația produsului(produselor) crește, viteza de reacție încetinește. Câteva aspecte importante ale PFR:
- modelul PFR idealizat nu presupune amestecare axială: orice element de fluid care călătorește prin reactor nu se amestecă cu fluidul în amonte sau în aval de acesta, așa cum implică termenul „flux de priză”.
- reactivii pot fi introduși în PFR în alte locuri din reactor decât intrarea. În acest fel, se poate obține o eficiență mai mare sau dimensiunea și costul PFR pot fi reduse.
- un PFR are o eficiență teoretică mai mare decât un CSTR de același volum. Adică, având în vedere același spațiu-timp (sau timp de rezidență), o reacție va trece la o finalizare procentuală mai mare într-un PFR decât într-un CSTR. Acest lucru nu este întotdeauna valabil pentru reacțiile reversibile.
pentru majoritatea reacțiilor chimice de interes industrial, este imposibil ca reacția să se finalizeze 100%. Viteza de reacție scade pe măsură ce reactanții sunt consumați până la punctul în care sistemul atinge echilibrul dinamic (nu apare nicio reacție netă sau modificare a speciilor chimice). Punctul de echilibru pentru majoritatea sistemelor este mai mic de 100% complet. Din acest motiv, un proces de separare, cum ar fi distilarea, urmează adesea un reactor chimic pentru a separa orice reactivi sau subproduse rămase de produsul dorit. Acești reactivi pot fi uneori reutilizați la începutul procesului, cum ar fi în procesul Haber. În unele cazuri, reactoarele foarte mari ar fi necesare pentru a se apropia de echilibru, iar inginerii chimici pot alege să separe amestecul parțial reacționat și să recicleze reactanții rămași.
în condiții de curgere laminară, presupunerea debitului dopului este foarte inexactă, deoarece fluidul care călătorește prin centrul tubului se mișcă mult mai repede decât fluidul de la perete. Reactorul continuu oscilator nedumerit (COBR) realizează o amestecare aprofundată prin combinația de oscilație a fluidului și deflectoare de orificiu, permițând aproximarea debitului dopului în condiții de curgere laminară.
semibatch reactorredit
un reactor semibatch este operat atât cu intrări și ieșiri continue, cât și cu loturi. Un fermentator, de exemplu, este încărcat cu un lot de mediu și microbi care produce în mod constant dioxid de carbon care trebuie îndepărtat continuu. În mod similar, reacția unui gaz cu un lichid este de obicei dificilă, deoarece este necesar un volum mare de gaz pentru a reacționa cu o masă egală de lichid. Pentru a depăși această problemă, o alimentare continuă de gaz poate fi barbotată printr-un lot de lichid. În general, în funcționarea semibatch, un reactant chimic este încărcat în reactor și o a doua substanță chimică este adăugată lent (de exemplu, pentru a preveni reacțiile secundare) sau un produs care rezultă dintr-o schimbare de fază este îndepărtat continuu, de exemplu un gaz format prin reacție, un solid care precipită sau un produs hidrofob care se formează într-o soluție apoasă.
reactorredit catalitic
deși reactoarele catalitice sunt adesea implementate ca reactoare cu flux de dop, analiza lor necesită un tratament mai complicat. Viteza unei reacții catalitice este proporțională cu cantitatea de catalizator în contact cu reactivii, precum și cu concentrația reactanților. Cu un catalizator de fază solidă și reactivi de fază fluidă, acest lucru este proporțional cu zona expusă, eficiența difuziei reactivilor în și a produselor în afară și eficacitatea amestecării. De obicei, amestecarea perfectă nu poate fi asumată. Mai mult, o cale de reacție catalitică apare adesea în mai multe etape cu intermediari care sunt legați chimic de catalizator; și deoarece legarea chimică de catalizator este, de asemenea, o reacție chimică, poate afecta cinetica. Reacțiile catalitice prezintă adesea așa-numita cinetică falsificată, când cinetica aparentă diferă de cinetica chimică reală datorită efectelor fizice de transport.
produsul catalizatorului este, de asemenea, un considerent. În special în procesele petrochimice la temperaturi ridicate, catalizatorii sunt dezactivați prin procese precum sinterizarea, cocsificarea și otrăvirea.
un exemplu comun de reactor catalitic este convertorul catalitic care procesează componente toxice ale evacuărilor auto. Cu toate acestea, majoritatea reactoarelor petrochimice sunt catalitice și sunt responsabile pentru majoritatea producției chimice industriale, cu exemple de volum extrem de mare, inclusiv acid sulfuric, amoniac, reformat/BTEX (benzen, toluen, etilbenzen și xilen) și cracare catalitică fluidă. Sunt posibile diferite configurații, vezi Reactor catalitic eterogen.
