Химиялык реакторлор деген эмне? Химиялык реакторлордун түрлөрү

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-02 13:58

Химиялык реакция – реагенттердин трансформациясына алып келүүчү процесс. Ал түпнускадан айырмаланган бир же бир нече продуктулардын пайда болушуна алып келген өзгөрүүлөр менен мүнөздөлөт. Химиялык реакциялар башка мүнөзгө ээ. Ал реагенттердин түрүнө, алынган затка, синтездин шарттарына жана убактысына, ажыроо, жылышуу, изомеризация, кислота-негиз, редокс, органикалык процесстерге ж.б. көз каранды.

Химиялык реакторлор акыркы продуктуну өндүрүү үчүн реакцияларды жүргүзүүгө арналган контейнерлер. Алардын дизайны ар кандай факторлорго көз каранды жана эң үнөмдүү жол менен максималдуу өндүрүштү камсыз кылышы керек.

Көрүүлөр

Химиялык реакторлордун үч негизги негизги модели бар:

• Мезгил-мезгили менен.
• Үзгүлтүксүз аралаштырылган (CPM).
• Поршендик агым реактору (PFR).

Бул негизги моделдер химиялык процесстин талаптарына жооп берүү үчүн өзгөртүлүшү мүмкүн.

Партиялык реактор

Бул типтеги химиялык бирдиктер өндүрүш көлөмү аз, реакциянын узактыгы же кээ бир полимерлөө процесстериндегидей жакшыраак тандалмачылыкка жетишилген сериялык процесстерде колдонулат.

Бул үчүн, мисалы, дат баспас болоттон жасалган идиштер колдонулат, алардын мазмуну ички жумушчу бычак, газ көбүкчөлөрү менен аралаштырылган же насостордун жардамы менен. Температураны көзөмөлдөө жылуулук алмаштыргыч курткаларды, ирригациялык муздаткычтарды же жылуулук алмаштыргыч аркылуу сордуруу аркылуу ишке ашырылат.

Партиялык реакторлор учурда химиялык жана тамак-аш кайра иштетүү өнөр жайларында колдонулат. Аларды автоматташтыруу жана оптималдаштыруу кыйынчылыктарды жаратат, анткени үзгүлтүксүз жана дискреттүү процесстерди айкалыштыруу зарыл.

Жарым партиялуу химиялык реакторлор үзгүлтүксүз жана партия менен иштөөнү айкалыштырат. Мисалы, биореактор мезгил-мезгили менен жүктөлөт жана дайыма көмүр кычкыл газын бөлүп чыгарат, аны тынымсыз алып салуу керек. Ошо сыяктуу эле, хлордоо реакциясында хлор газы реагенттердин бири болгондо, ал үзгүлтүксүз киргизилбесе, анын көбү учуп кетет.

Чоң өндүрүш көлөмүн камсыз кылуу үчүн негизинен үзгүлтүксүз химиялык реакторлор же аралаштыргыч же үзгүлтүксүз агымы бар металл резервуарлар колдонулат.

Үзгүлтүксүз аралаштырылган реактор

Суюк реагенттер дат баспас болоттон жасалган резервуарларга берилет. Туура өз ара аракеттенүүнү камсыз кылуу үчүн, алар жумушчу бычак менен аралаштырылат. Ошентип, вБул типтеги реакторлордо реактивдер биринчи резервуарга (вертикалдуу, болоттон) тынымсыз берилип турат, андан кийин алар ар бир резервуарда кылдат аралаштыруу менен кийинкилерине кирет. Ар бир резервуарда аралашманын курамы бир тектүү болгону менен, бүтүндөй системада концентрация ар бир резервуарга өзгөрөт.

Реагенттин дискреттүү көлөмү резервуарда өткөргөн орточо убакытты (жашоо убактысы) резервуардын көлөмүн ал аркылуу өткөн орточо көлөмдүк агымдын ылдамдыгына бөлүү жолу менен эсептөөгө болот. Реакциянын күтүлгөн аякташынын пайызы химиялык кинетика аркылуу эсептелет.

Бактар дат баспас болоттон же эритмелерден жасалган, ошондой эле эмаль капталган.

КЭУнун кээ бир маанилүү аспектилери

Бардык эсептөөлөр идеалдуу аралаштырууга негизделген. Реакция акыркы концентрацияга тиешелүү ылдамдыкта жүрөт. Тең салмактуулукта агымдын ылдамдыгы агымдын ылдамдыгына барабар болушу керек, антпесе резервуар ашып же бош калат.

Бир нече сериялуу же параллелдүү HPM менен иштөө көп учурда үнөмдүү. Беш же алты бирдиктен турган каскадда чогултулган дат баспас болоттон жасалган резервуарлар өзүн штепсель агымынын реактору сыяктуу алып жүрүшү мүмкүн. Бул биринчи агрегатка реактивдин жогорку концентрациясында, демек тезирээк реакциянын ылдамдыгында иштөөгө мүмкүндүк берет. Ошондой эле, ар кандай контейнерлерде жүрүп жаткан процесстердин ордуна, HPMдин бир нече баскычтарын вертикалдуу болоттон жасалган резервуарга коюуга болот.

Горизонталдык версияда көп баскычтуу блок ар кандай бийиктиктеги вертикалдуу бөлүктөр менен бөлүнгөн, алар аркылуу аралашма каскаддар менен агып өтөт.

Реактивдер начар аралашканда же тыгыздыгы боюнча олуттуу айырмаланганда, каршы агым режиминде вертикалдуу көп баскычтуу реактор (капталган же дат баспас болоттон жасалган) колдонулат. Бул кайра кайтарылуучу реакцияларды жүргүзүү үчүн натыйжалуу.

Кичинекей псевдосуюктук катмар толугу менен аралашкан. Чоң коммерциялык суюк кабаттуу реактордун температурасы бир калыпта, бирок аралашкан жана жылышуучу агымдардын аралашмасы жана алардын ортосундагы өткөөл абал.

Агымды химиялык реактор

RPP – реактор (дат баспас) мында бир же бир нече суюк реагенттер түтүк же түтүктөр аркылуу айдалат. Алар ошондой эле түтүктүү агым деп аталат. Ал бир нече түтүктөр же түтүктөр болушу мүмкүн. Реагенттер тынымсыз бир учунан кирип, экинчи четинен продуктулар чыгат. Химиялык процесстер аралашма өткөндө пайда болот.

РППда реакциянын ылдамдыгы градиенттүү: киргизүүдө ал өтө жогору, бирок реагенттердин концентрациясынын азайышы жана чыгарылуучу продукциянын курамынын көбөйүшү менен анын ылдамдыгы басаңдайт. Адатта динамикалык тең салмактуулук абалына жетет.

Реактордун горизонталдуу жана вертикалдуу багыттары жалпы.

Жылуулук өткөргүч талап кылынганда, жеке түтүктөр капталган же кабык менен түтүк жылуулук алмаштыргыч колдонулат. Акыркы учурда, химиялык заттар болушу мүмкүнкабыкта да, түтүктө да.

Соплолору же ванналары бар чоң диаметрдеги металл контейнерлер RPPге окшош жана кеңири колдонулат. Кээ бир конфигурацияларда октук жана радиалдык агым, орнотулган жылуулук алмаштыргычтары бар бир нече кабыктар, горизонталдуу же вертикалдуу реактордун абалы жана башкалар колдонулат.

Гетерогендик реакцияларда фазалар аралык байланышты жакшыртуу үчүн реагент идиш каталитикалык же инерттүү катуу заттар менен толтурулат.

РППда эсептөөлөр вертикалдык же горизонталдуу аралашууну эсепке албаганы маанилүү - бул "штепсель агымы" термини менен түшүндүрүлөт. Реагенттер реакторго кириш аркылуу гана эмес, киргизилиши мүмкүн. Ошентип, РППнын жогорку натыйжалуулугуна жетүү же анын өлчөмүн жана наркын төмөндөтүү мүмкүн. РППнын көрсөткүчтөрү, адатта, ошол эле көлөмдөгү ГЭСке караганда жогору. Поршендик реакторлордо көлөмдүн жана убакыттын бирдей маанилери болгондо, реакция аралаштыргыч агрегаттарга караганда жогорку пайызга ээ болот.

Динамикалык баланс

Көпчүлүк химиялык процесстер үчүн 100 пайызга бүтүрүү мүмкүн эмес. Алардын ылдамдыгы бул көрсөткүчтүн өсүшү менен система динамикалык тең салмактуулукка жеткен учурга чейин төмөндөйт (толук реакция же составдын өзгөрүүсү болбогондо). Көпчүлүк системалар үчүн тең салмактуулук чекити процесстин 100% аяктагандан төмөн. Ушул себептен, калган реагенттерди же кошумча продуктуларды бөлүп алуу үчүн дистилляция сыяктуу бөлүү процессин жүргүзүү зарыл.максаттуу. Бул реагенттер кээде Хабер процесси сыяктуу процесстин башында кайра колдонулушу мүмкүн.

PFA колдонмосу

Поршеньдик агым реакторлору чоң масштабдуу, тез, бир тектүү же гетерогендүү реакциялар, үзгүлтүксүз өндүрүш жана жогорку жылуулук жаратуу процесстери үчүн түтүк сымал система аркылуу жылып жатканда кошулмалардын химиялык трансформациясын жүргүзүү үчүн колдонулат.

Идеалдуу RPP туруктуу жашоо убактысына ээ, б.а. t убакытында кирген ар кандай суюктук (поршень) аны t + τ убактысында калтырат, мында τ - орнотууда болуу убактысы.

Ушул типтеги химиялык реакторлор узак убакыт бою жогорку өндүрүмдүүлүккө, ошондой эле эң сонун жылуулук өткөрүмдүүлүккө ээ. РППнын кемчиликтери - процесстин температурасын көзөмөлдөөдөгү кыйынчылык, бул температуранын каалабаган өзгөрүүсүнө алып келиши мүмкүн жана алардын кымбаттыгы.

Катализдик реакторлор

Бирдиктердин бул түрлөрү көбүнчө RPP катары ишке ашырылганына карабастан, алар татаалыраак тейлөөнү талап кылат. Каталитикалык реакциянын ылдамдыгы химиялык заттар менен байланышта болгон катализатордун санына пропорционалдуу. Катуу катализатор жана суюк реактивдер болгон учурда процесстердин ылдамдыгы колдо болгон аймакка, химиялык заттардын киришине жана продукциянын алынышына пропорционалдуу жана турбуленттүү аралашуунун болушуна көз каранды.

Катализдик реакция чындыгында көп баскычтуу болот. Ал гана эмесбаштапкы реагенттер катализатор менен өз ара аракеттенишет. Кээ бир ортодогу өнүмдөр да ага жооп беришет.

Катализаторлордун жүрүм-туруму бул процесстин кинетикасында да маанилүү, өзгөчө жогорку температурадагы нефтехимиялык реакцияларда, анткени алар агломерация, кокстоо жана ушул сыяктуу процесстерде деактивацияланат.

Жаңы технологияларды колдонуу

RPP биомассаны өзгөртүү үчүн колдонулат. Эксперименттерде жогорку басымдагы реакторлор колдонулат. Алардын басымы 35 МПа жетиши мүмкүн. Бир нече өлчөмдөрдү колдонуу жашоо убактысын 0,5тен 600 с чейин өзгөртүүгө мүмкүндүк берет. 300°Сден жогору температурага жетүү үчүн электрдик жылытылган реакторлор колдонулат. Биомасса HPLC насостору менен камсыз кылынат.

RPP аэрозолдук нанобөлүкчөлөр

Наноөлчөмдүү бөлүкчөлөрдүн синтезине жана ар кандай максаттарда колдонулушуна, анын ичинде жогорку эритмелүү эритмелерге жана электроника өнөр жайы үчүн коюу пленкалуу өткөргүчтөргө чоң кызыгуу бар. Башка колдонмолорго магниттик сезгичтикти өлчөө, алыскы инфракызыл берүү жана ядролук магниттик резонанс кирет. Бул системалар үчүн контролдонуучу өлчөмдөгү бөлүкчөлөрдү өндүрүү зарыл. Алардын диаметри адатта 10дон 500 нмге чейин.

Өлчөмү, формасы жана жогорку өзгөчө беттик аянтынан улам бул бөлүкчөлөр косметикалык пигменттерди, мембраналарды, катализаторлорду, керамикаларды, каталитикалык жана фотокаталитикалык реакторлорду өндүрүү үчүн колдонулушу мүмкүн. Нанобөлүкчөлөр үчүн колдонуу мисалдарына сенсорлор үчүн SnO₂ киреткөмүртек кычкылы, TiO₂ жарык багыттоочулары үчүн, SiO_{2 коллоиддик кремний диоксиди жана оптикалык булалар үчүн, C шиналардагы көмүртек толтургучтар үчүн, материалдарды жаздыруу үчүн Fe, Батареялар үчүн Ni жана азыраак даражада палладий, магний жана висмут. Бул материалдардын баары аэрозолдук реакторлордо синтезделет. Медицинада нанобөлүкчөлөр жара инфекцияларынын алдын алуу жана дарылоо, сөөктөрдү жасалма имплантациялоо жана мээге сүрөт тартуу үчүн колдонулат.}

Өндүрүш мисалы

Алюминий бөлүкчөлөрүн алуу үчүн металл буусу менен каныккан аргон агымы диаметри 18 мм, узундугу 0,5 м болгон РППда 1600°С температурадан 1000°С/сек ылдамдыкта муздатылат.. Газ реактордон өткөн сайын алюминий бөлүкчөлөрүнүн ядролук түзүлүшү жана өсүшү пайда болот. Агым ылдамдыгы 2 дм3/мүнөт жана басым 1 атм (1013 Па). Ал кыймылдаганда газ муздайт жана өтө каныккан болуп калат, бул молекулалардын кагылышуусу жана буулануусунун натыйжасында бөлүкчөлөрдүн ядролук түзүлүшүнө алып келет, бөлүкчө критикалык чоңдукка жеткенге чейин кайталанат. Алар өтө каныккан газ аркылуу өткөндө, алюминий молекулалары бөлүкчөлөрүндө конденсацияланып, алардын өлчөмү чоңоёт.