Kimyoviy reaktorlar nima? Kimyoviy reaktorlarning turlari

2024 Muallif: Howard Calhoun | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-02 14:04

Kimyoviy reaksiya - bu reaktivlarning transformatsiyasiga olib keladigan jarayon. Bu asl nusxadan farq qiladigan bir yoki bir nechta mahsulotga olib keladigan o'zgarishlar bilan tavsiflanadi. Kimyoviy reaksiyalar boshqa tabiatga ega. Bu reaktivlar turiga, olingan moddaga, sintez sharoitlari va vaqtiga, parchalanish, siljish, izomerlanish, kislota-asos, oksidlanish-qaytarilish, organik jarayonlar va boshqalarga bog'liq.

Kimyoviy reaktorlar - bu yakuniy mahsulot ishlab chiqarish uchun reaktsiyalarni amalga oshirish uchun mo'ljallangan idishlar. Ularning dizayni turli omillarga bog'liq va eng tejamkor usulda maksimal ishlab chiqarishni ta'minlashi kerak.

Koʻrishlar

Kimyoviy reaktorlarning uchta asosiy modeli mavjud:

• Davriy.
• Doimiy aralashtirish (CPM).
• Plunger oqim reaktori (PFR).

Bu asosiy modellar kimyoviy jarayon talablariga javob berish uchun oʻzgartirilishi mumkin.

Paket reaktor

Ushbu turdagi kimyoviy birliklar, ba'zi polimerizatsiya jarayonlarida bo'lgani kabi, past ishlab chiqarish hajmlari, uzoq reaktsiya vaqtlari yoki yaxshi selektivlikka erishilgan partiya jarayonlarida qo'llaniladi.

Buning uchun, masalan, zanglamaydigan po'latdan yasalgan idishlar ishlatiladi, ularning tarkibi ichki ishchi pichoqlar, gaz pufakchalari yoki nasoslar yordamida aralashtiriladi. Haroratni nazorat qilish issiqlik almashinuvchi ko'ylagi, sug'orish sovutgichlari yoki issiqlik almashtirgich orqali nasos yordamida amalga oshiriladi.

Paket reaktorlari hozirda kimyo va oziq-ovqat sanoatida qo'llaniladi. Ularni avtomatlashtirish va optimallashtirish qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi, chunki uzluksiz va diskret jarayonlarni birlashtirish zarur.

Yarim partiyali kimyoviy reaktorlar uzluksiz va ketma-ket ishlashni birlashtiradi. Masalan, bioreaktor vaqti-vaqti bilan yuklanadi va doimiy ravishda karbonat angidridni chiqaradi, uni doimiy ravishda olib tashlash kerak. Xuddi shunday, xlorlash reaksiyasida xlor gazi reaktivlardan biri bo'lsa, u doimiy ravishda kiritilmasa, uning katta qismi uchib ketadi.

Katta ishlab chiqarish hajmini ta'minlash uchun, asosan, doimiy kimyoviy reaktorlar yoki aralashtirgich yoki uzluksiz oqimli metall rezervuarlardan foydalaniladi.

Doimiy aralashtiriladigan reaktor

Suyuq reagentlar zanglamaydigan po'latdan yasalgan idishlarga quyiladi. To'g'ri shovqinni ta'minlash uchun ular ishlaydigan pichoqlar bilan aralashtiriladi. Shunday qilib, inUshbu turdagi reaktorlarda reaktivlar doimiy ravishda birinchi tankga (vertikal, po'lat) oziqlanadi, so'ngra ular har bir tankga yaxshilab aralashtirib, keyingilariga kiradi. Aralashmaning tarkibi har bir alohida idishda bir hil bo'lsa-da, umuman tizimda konsentratsiya har idishda farq qiladi.

Reagentning diskret miqdorining rezervuarda oʻtkazadigan oʻrtacha vaqtini (turish vaqti) oddiygina idish hajmini u orqali oʻtgan oʻrtacha hajmli oqim tezligiga boʻlish yoʻli bilan hisoblash mumkin. Reaksiyaning kutilayotgan yakunlanishi kimyoviy kinetika yordamida hisoblanadi.

Tanklar zanglamaydigan po'latdan yoki qotishmalardan, shuningdek emal bilan qoplangan.

NPMning ba'zi muhim jihatlari

Barcha hisob-kitoblar mukammal aralashtirishga asoslangan. Reaktsiya yakuniy konsentratsiyaga bog'liq tezlikda davom etadi. Muvozanat holatida oqim tezligi oqim tezligiga teng bo'lishi kerak, aks holda idish toshib ketadi yoki bo'shaydi.

Bir nechta ketma-ket yoki parallel HPMlar bilan ishlash koʻpincha tejamkor. Besh yoki olti birlikdan iborat kaskadda yig'ilgan zanglamaydigan po'latdan yasalgan tanklar vilkali oqim reaktori kabi harakat qilishi mumkin. Bu birinchi blokning yuqori reaktiv konsentratsiyasida va shuning uchun tezroq reaksiya tezligida ishlashiga imkon beradi. Shuningdek, HPM ning bir necha bosqichlarini turli konteynerlarda sodir bo‘ladigan jarayonlar o‘rniga, vertikal po‘lat idishga joylashtirish mumkin.

Gorizontal versiyada koʻp bosqichli blok turli balandlikdagi vertikal qismlarga boʻlinadi, ular orqali aralash kaskadlar boʻylab oqadi.

Reaktivlar yomon aralashtirilganda yoki zichligi jihatidan sezilarli darajada farq qilganda, qarama-qarshi oqim rejimida vertikal ko'p bosqichli reaktor (astarli yoki zanglamaydigan po'lat) ishlatiladi. Bu teskari reaktsiyalarni amalga oshirish uchun samarali.

Kichik psevdo-suyuq qatlam to'liq aralashtiriladi. Katta tijorat suyuqlashtirilgan qatlamli reaktor deyarli bir xil haroratga ega, lekin aralashib ketadigan va ko'chiradigan oqimlar va ular orasidagi o'tish holatlari aralashmasi.

Plug-flow kimyoviy reaktor

RPP - reaktor (zanglamaydigan) bo'lib, unda bir yoki bir nechta suyuqlik reaktivlari quvur yoki quvurlar orqali pompalanadi. Ular quvurli oqim deb ham ataladi. U bir nechta quvurlar yoki quvurlarga ega bo'lishi mumkin. Reaktivlar doimiy ravishda bir uchidan kiradi va mahsulotlar ikkinchisidan chiqadi. Kimyoviy jarayonlar aralashmaning o'tishi bilan sodir bo'ladi.

RPPda reaksiya tezligi gradient hisoblanadi: kirishda u juda yuqori, lekin reagentlar konsentratsiyasining pasayishi va chiquvchi mahsulotlar tarkibining oshishi bilan uning tezligi sekinlashadi. Odatda dinamik muvozanat holatiga erishiladi.

Reaktorning gorizontal va vertikal yoʻnalishi keng tarqalgan.

Issiqlik uzatish zarur bo'lganda, alohida quvurlar ko'ylagi bilan qoplangan yoki qobiq va quvurli issiqlik almashtirgich ishlatiladi. Ikkinchi holda, kimyoviy moddalar bo'lishi mumkinham qobiq, ham naychada.

Katta diametrli nozullar yoki vannalar bilan jihozlangan metall idishlar RPPga o'xshaydi va keng qo'llaniladi. Ba'zi konfiguratsiyalarda eksenel va radial oqim, o'rnatilgan issiqlik almashtirgichli bir nechta qobiq, gorizontal yoki vertikal reaktor holati va boshqalar ishlatiladi.

Heterojen reaksiyalarda oʻzaro aloqani yaxshilash uchun reagent idishi katalitik yoki inert qattiq moddalar bilan toʻldirilishi mumkin.

RPPda hisob-kitoblarda vertikal yoki gorizontal aralashtirish hisobga olinmasligi muhim - bu "tiqin oqimi" atamasi bilan tushuniladi. Reagentlar reaktorga nafaqat kirish orqali kiritilishi mumkin. Shunday qilib, RPPning yuqori samaradorligiga erishish yoki uning hajmi va narxini kamaytirish mumkin. RPP ning ishlashi odatda bir xil hajmdagi GESga qaraganda yuqori. Pistonli reaktorlarda hajm va vaqtning teng qiymatlari bilan reaksiya aralashtirish birliklariga qaraganda yuqoriroq bajarilish foiziga ega bo'ladi.

Dinamik balans

Ko'pgina kimyoviy jarayonlar uchun 100 foiz yakuniga erishish mumkin emas. Ularning tezligi ushbu ko'rsatkichning o'sishi bilan tizim dinamik muvozanatga erishgunga qadar (umumiy reaktsiya yoki tarkibning o'zgarishi sodir bo'lmaganda) kamayadi. Aksariyat tizimlar uchun muvozanat nuqtasi jarayonning 100% tugallanishidan past. Shu sababli, qolgan reaktivlarni yoki yon mahsulotlarni ajratish uchun distillash kabi ajratish jarayonini amalga oshirish kerak.maqsad. Bu reagentlar baʼzan Xaber jarayoni kabi jarayonning boshida qayta ishlatilishi mumkin.

PFA ilovasi

Pistonli oqim reaktorlari katta miqyosli, tez, bir hil yoki heterojen reaktsiyalar, uzluksiz ishlab chiqarish va yuqori issiqlik hosil qilish jarayonlari uchun quvurlarga o'xshash tizim bo'ylab harakatlanayotganda birikmalarning kimyoviy transformatsiyasini amalga oshirish uchun ishlatiladi.

Ideal RPP qat'iy yashash vaqtiga ega, ya'ni t vaqtida kirgan har qanday suyuqlik (piston) uni t + t vaqtida tark etadi, bu erda t - o'rnatishda qolish vaqti.

Ushbu turdagi kimyoviy reaktorlar uzoq vaqt davomida yuqori unumdorlikka ega, shuningdek, mukammal issiqlik uzatishga ega. RPP ning kamchiliklari - jarayon haroratini nazorat qilishdagi qiyinchilik, bu haroratning istalmagan o'zgarishiga olib kelishi va ularning yuqori narxidir.

Katalitik reaktorlar

Bu turdagi birliklar ko'pincha RPP sifatida amalga oshirilgan bo'lsa-da, ular murakkabroq texnik xizmat ko'rsatishni talab qiladi. Katalitik reaksiya tezligi kimyoviy moddalar bilan aloqa qilgan katalizator miqdoriga proportsionaldir. Qattiq katalizator va suyuq reaktivlar bo'lsa, jarayonlar tezligi mavjud maydonga, kimyoviy moddalar kiritilishiga va mahsulotlarni tortib olishga proportsional bo'ladi va turbulent aralashtirish mavjudligiga bog'liq.

Katalitik reaksiya ko'pincha ko'p bosqichli bo'ladi. Nafaqatboshlang'ich reaktivlar katalizator bilan o'zaro ta'sir qiladi. Ayrim oraliq mahsulotlar ham u bilan reaksiyaga kirishadi.

Katalizatorlarning xatti-harakati ham bu jarayonning kinetikasida, ayniqsa yuqori haroratli neft-kimyo reaksiyalarida muhim ahamiyatga ega, chunki ular sinterlash, kokslash va shunga oʻxshash jarayonlarda faolsizlantiriladi.

Yangi texnologiyalarni qoʻllash

RPP biomassani aylantirish uchun ishlatiladi. Tajribalarda yuqori bosimli reaktorlardan foydalaniladi. Ulardagi bosim 35 MPa ga yetishi mumkin. Bir nechta o'lchamlardan foydalanish yashash vaqtini 0,5 dan 600 s gacha o'zgartirishga imkon beradi. 300 ° C dan yuqori haroratga erishish uchun elektr isitiladigan reaktorlar qo'llaniladi. Biomassa HPLC nasoslari bilan ta'minlanadi.

RPP aerozol nanozarralari

Turli maqsadlarda, jumladan, elektronika sanoati uchun yuqori qotishmali qotishmalar va qalin plyonkali o'tkazgichlar uchun nano o'lchamdagi zarrachalarni sintez qilish va qo'llashga katta qiziqish bor. Boshqa ilovalar orasida magnit sezuvchanlik o'lchovlari, uzoq infraqizil uzatish va yadro magnit rezonansi mavjud. Ushbu tizimlar uchun boshqariladigan o'lchamdagi zarrachalarni ishlab chiqarish kerak. Ularning diametri odatda 10 dan 500 nm gacha.

Oʻzining kattaligi, shakli va yuqori oʻziga xos sirt maydoni tufayli bu zarralar kosmetik pigmentlar, membranalar, katalizatorlar, keramika, katalitik va fotokatalitik reaktorlar ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. Nanopartikullarni qo'llash misollari sensorlar uchun SnO₂uglerod oksidi, TiO₂ yorugʻlik oʻtkazgichlari uchun, SiO_{2 kolloid kremniy dioksidi va optik tolalar uchun, C shinalardagi uglerod toʻldiruvchilar uchun, materiallarni yozib olish uchun Fe, Batareyalar uchun Ni va kamroq darajada palladiy, magniy va vismut. Bu materiallarning barchasi aerozol reaktorlarida sintezlanadi. Tibbiyotda nanozarrachalar yara infektsiyalarining oldini olish va davolashda, sun'iy suyak implantlarida va miya tasvirini olishda qo'llaniladi.}

Ishlab chiqarish namunasi

Alyuminiy zarrachalarini olish uchun metall bug'lari bilan to'yingan argon oqimi diametri 18 mm va uzunligi 0,5 m bo'lgan RPPda 1600 ° C haroratdan 1000 ° C/s tezlikda sovutiladi.. Gaz reaktordan o'tayotganda alyuminiy zarralarining yadrolanishi va o'sishi sodir bo'ladi. Oqim tezligi 2 dm3/min, bosim esa 1 atm (1013 Pa). Harakatlanayotganda gaz soviydi va oʻta toʻyingan boʻladi, bu esa molekulalarning toʻqnashuvi va bugʻlanishi natijasida zarrachalarning yadrolanishiga olib keladi, zarracha kritik oʻlchamga yetguncha takrorlanadi. Oʻta toʻyingan gazdan oʻtganda alyuminiy molekulalari zarrachalarda kondensatsiyalanib, ularning hajmini oshiradi.