Apa reaktor kimia? Jenis reaktor kimia

Reaksi kimia adalah suatu proses yang mengarah ke konversi reaktan. Hal ini ditandai dengan perubahan, yang menghasilkan satu atau lebih produk selain mulai. reaksi kimia yang beragam. Hal ini tergantung pada jenis reaktan, zat yang dihasilkan, kondisi dan waktu sintesis, dekomposisi, perpindahan, isomerisasi, asam-alkali, redoks, dll dan proses organik.

reaktor kimia tangki dimaksudkan untuk melaksanakan reaksi dalam rangka untuk mengembangkan produk akhir. desain mereka tergantung pada berbagai faktor dan harus memberikan hasil yang maksimal dari biaya cara yang paling efektif.

jenis

Ada tiga model dasar utama reaktor kimia:

• Batch.
• diaduk tangki terus menerus (HPM).
• reaktor plug-aliran (PFR).

Model-model dasar dapat dimodifikasi sesuai dengan persyaratan dari proses kimia.

reaktor batch

Unit-unit kimia jenis ini digunakan dalam proses batch pada produksi skala kecil, waktu reaksi yang lama atau di mana selektivitas terbaik dicapai, seperti dalam beberapa proses polimerisasi.

Untuk tujuan ini, misalnya, isi yang gelisah kapal stainless steel pisau kerja internal, gelembung gas atau dengan cara pompa. kontrol suhu dilakukan melalui jaket pertukaran panas, lemari es irigasi atau memompa melalui penukar panas.

reaktor batch saat ini digunakan dalam industri kimia dan pengolahan makanan. otomatisasi dan optimasi mereka menciptakan kompleksitas, karena itu perlu untuk menggabungkan proses yang terus menerus dan diskrit.

reaktor kimia Semi-batch menggabungkan pekerjaan di kontinyu dan batch yang mode. Sebuah bioreaktor, misalnya, secara berkala dimuat dan terus melepaskan karbon dioksida, yang harus terus menerus dihapus. Demikian pula, ketika reaksi klorinasi, ketika salah satu reaktan gas klorin, jika tidak diberikan terus menerus, sebagian besar menguap.

Untuk memastikan volume produksi yang besar digunakan reaktor terutama bahan kimia atau kapal logam terus menerus dengan pengaduk atau aliran kontinu.

reaktor tangki berpengaduk

reaktan cair diumpankan ke wadah stainless steel. Untuk memastikan interaksi yang tepat dari pisau kerja mereka diaduk. Dengan demikian, dalam jenis reaktor reaktan terus dimasukkan ke dalam reservoir pertama (vertikal, baja), dan kemudian mereka masuk ke berikutnya, bersamaan dengan hati-hati pencampuran dalam setiap kapal. Meskipun komposisi campuran adalah seragam di masing-masing tangki dalam sistem secara keseluruhan konsentrasi bervariasi dari wadah ke wadah.

Jumlah rata-rata waktu bahwa jumlah diskrit reaktan menghabiskan di tangki (waktu tinggal) dapat dihitung hanya dengan membagi volume kontainer pada tingkat volumetrik rata-rata aliran melaluinya. persentase diharapkan penyelesaian reaksi dihitung menggunakan kinetika kimia.

Terbuat dari tangki stainless steel atau paduan dan diemail.

Beberapa aspek penting dari DMI

Semua perhitungan dilakukan berdasarkan campuran yang ideal. Reaksi berlangsung pada tingkat yang berhubungan dengan konsentrasi akhir. Pada kesetimbangan, laju aliran harus sama dengan laju aliran, jika waduk penuh atau kosong.

Sering ekonomis menguntungkan untuk bekerja dengan beberapa HPM serial atau paralel. tangki stainless steel dikumpulkan dalam riam lima atau enam unit dapat berperilaku sebagai reaktor aliran plug. Hal ini memungkinkan unit pertama yang beroperasi dengan konsentrasi yang lebih tinggi dari reagen dan, akibatnya, laju reaksi yang lebih tinggi. Juga, reservoir dapat ditempatkan baja HPM beberapa tahap vertikal, bukan proses yang dilakukan di berbagai kapal.

Dalam unit eksekusi multistage horisontal dipartisi oleh dinding partisi vertikal ketinggian yang berbeda, di mana campuran mengalir cascades.

Ketika reaktan yang buruk larut atau secara substansial berbeda dalam kepadatan reaktor multistage vertikal (berlapis kaca atau stainless steel) dalam mode lawan. Hal ini efektif untuk reaksi reversibel.

Fluidized bed kecil benar-benar campuran. reaktor fluidized-bed komersial besar memiliki suhu secara substansial seragam tapi campuran larut dan negara digantikan dan transien mengalir diantaranya.

reaktor aliran Kimia

PFR - reaktor (stainless steel), dimana satu atau lebih likuid reaktan dipompa melalui pipa atau tabung. Mereka juga disebut aliran tubular. Hal ini dapat memiliki beberapa pipa atau tabung. Reaktan diberi makan terus-menerus melalui salah satu ujung, dan produk datang dari yang lain. proses kimia berlangsung saat lewat campuran.

PFR kecepatan reaksi sistem gradien: inlet sangat tinggi, tetapi dengan penurunan konsentrasi reaktan dan hasil produk meningkat konten memperlambat kecepatan. Biasanya, keseimbangan dinamis tercapai.

Khas adalah orientasi horisontal dan vertikal dari reaktor.

Ketika perpindahan panas yang diperlukan, tabung individu ditempatkan ke dalam jaket atau shell dan tube penukar panas yang digunakan. Dalam kasus terakhir, bahan kimia mungkin baik di perumahan atau di pipa.

Wadah dari logam dengan nozel diameter besar atau PFR bathtub serupa dan banyak digunakan. Dalam beberapa konfigurasi menggunakan aliran aksial dan radial, beberapa membran dengan penukar panas yang terintegrasi, posisi horizontal atau vertikal dari reaktor dan sebagainya.

Kapal dengan reagen dapat diisi dengan inert atau katalitik partikel untuk meningkatkan kontak antar muka dalam reaksi heterogen.

Pentingnya PFR adalah bahwa perhitungan tidak memperhitungkan pencampuran vertikal atau horizontal - ini yang dimaksud dengan istilah "aliran plug". Reaktan dapat dimasukkan ke dalam reaktor tidak hanya inlet. Dengan demikian, adalah mungkin untuk mencapai efisiensi yang lebih tinggi dari EPA atau mengurangi ukuran dan biaya. Kinerja PSC biasanya lebih tinggi dibandingkan dengan NRM dari volume yang sama. Untuk nilai-nilai yang sama volume dan waktu dalam reaktor piston reaksi akan memiliki persentase lebih tinggi penyelesaian daripada di agregat pencampuran.

keseimbangan dinamis

Bagi sebagian besar proses kimia tidak mungkin untuk mencapai 100 persen selesai. kecepatan mereka berkurang dengan peningkatan indeks ini sampai saat ketika sistem mencapai kesetimbangan dinamis (saat total respon atau perubahan dalam komposisi tidak terjadi). Titik keseimbangan di kebanyakan sistem kurang dari 100% penyelesaian proses. Untuk alasan ini perlu untuk membuat proses pemisahan seperti distilasi, untuk memisahkan reagen yang tersisa atau oleh-produk dari sasaran. Reagen ini kadang-kadang dapat digunakan kembali di awal proses, misalnya, seperti proses Haber.

Penerapan EPA

reaktor aliran Plug digunakan untuk konversi kimia senyawa selama gerakan mereka melalui sistem, menyerupai tabung, dengan tujuan untuk skala besar, reaksi cepat, homogen atau heterogen, proses produksi terus menerus dan ketika melepaskan sejumlah besar panas.

PFR yang ideal memiliki waktu tinggal yang tetap, yaitu, cairan (piston) tiba pada waktu t, ia meninggalkan pada waktu t + τ, di mana τ - .. Waktu tinggal di pabrik.

reaktor kimia jenis ini memiliki tingkat kinerja yang tinggi selama periode yang lama, serta transfer panas yang sangat baik. Kelemahan dari PFR adalah sulitnya memonitor suhu proses yang dapat menyebabkan perbedaan suhu yang tidak diinginkan, dan biaya yang lebih tinggi.

reaktor katalitik

Meskipun unit jenis ini sering diimplementasikan dalam bentuk EPA, mereka memerlukan perawatan yang lebih kompleks. Laju reaksi katalitik sebanding dengan jumlah katalis dalam kontak dengan bahan kimia. Dalam kasus katalis padat dan reaktan cair sebanding dengan kecepatan proses area yang tersedia, masuknya bahan kimia dan produk, dan pilihan tergantung pada kehadiran bergolak pencampuran.

Reaksi katalitik sebenarnya sering multi-langkah. Tidak hanya reaktan awal bereaksi dengan katalis. Dengan dia bereaksi dan beberapa intermediet.

Perilaku katalis juga penting dalam kinetika proses ini, terutama dalam reaksi petrokimia tinggi, karena mereka dinonaktifkan oleh sintering, kokas dan proses serupa.

Penerapan teknologi baru

SAR digunakan untuk konversi dari biomassa. Dalam percobaan reaktor bertekanan tinggi yang digunakan. Tekanan di dalamnya dapat mencapai 35 MPa. Menggunakan beberapa ukuran bervariasi waktu tinggal 0,5-600 detik. Untuk mencapai suhu lebih dari 300 ° C digunakan dengan reaktor dipanaskan dengan listrik. pakan biomassa dilakukan dengan HPLC-pompa.

nanopartikel aerosol PSC

Ada minat yang cukup besar dalam sintesis dan penggunaan nanopartikel untuk berbagai keperluan, termasuk paduan tinggi dan konduktor film tebal untuk industri elektronik. Aplikasi lain termasuk pengukuran suseptibilitas magnetik, transmisi dalam resonansi magnetik inframerah jauh dan nuklir. Untuk sistem ini perlu untuk menghasilkan ukuran partikel dikendalikan. diameter mereka biasanya di kisaran 10-500 nm.

Karena ukuran mereka, bentuk dan luas permukaan spesifik yang tinggi dari partikel-partikel ini dapat digunakan untuk produksi pigmen kosmetik, membran, katalis, keramik, katalitik dan reaktor fotokatalitik. contoh aplikasi nanopartikel termasuk SnO ₂ untuk sensor karbon monoksida, TiO ₂ serat, SiO ₂ silika koloid dan serat optik, C untuk pengisi karbon di ban, Fe untuk bahan rekaman, baterai Ni dan, dalam jumlah yang lebih kecil, paladium, magnesium dan bismut. Semua bahan-bahan ini disintesis di reaktor aerosol. Dalam pengobatan, nanopartikel digunakan untuk pencegahan dan pengobatan infeksi luka, implan tulang buatan, serta untuk pencitraan otak.

contoh produksi

Untuk partikel alumina di bawah aliran argon, jenuh dengan logam didinginkan dalam RAC 18 mm dan 0,5 m panjang, suhu 1600 ° C pada 1000 ° C / s. Sebagai bagian gas melalui reaktor datang nukleasi dan pertumbuhan partikel alumina. Laju aliran dari 2 dm ³ / menit dan tekanan 1 atm (1013 Pa). Sebagai gas didinginkan dan gerakan menjadi jenuh, yang mengarah pada munculnya partikel dari tabrakan dan molekul uap untuk diulang sampai partikel mencapai ukuran kritis. Ketika bergerak melalui gas molekul aluminium jenuh mengembun pada partikel, meningkatkan ukuran mereka.