La reazione chimica è un processo che porta alla conversione dei reagenti. Essa è caratterizzata da cambiamenti, che producono uno o più prodotti diversi partendo. Le reazioni chimiche sono diverse. Dipende dal tipo di reagenti, la sostanza risultante, le condizioni ei tempi di sintesi, decomposizione, spostamento, isomerizzazione, acido-alcali, redox, ecc e processi organici.
reattori chimici sono dei serbatoi per lo svolgimento delle reazioni al fine di sviluppare il prodotto finale. Il loro design dipende da vari fattori e dovrebbe fornire la massima resa più modo economicamente vantaggioso.
tipi
Ci sono tre principali modelli base di reattori chimici:
- Batch.
- serbatoio agitato continuo (HPM).
- reattore con flusso a pistone (PFR).
Questi modelli di base possono essere modificate secondo le esigenze del processo chimico.
reattore discontinuo
Le unità chimiche di questo tipo sono utilizzati in processi in lotti ad una produzione su scala piccola, un tempo di reazione lungo o dove la migliore selettività si ottiene, come in alcuni processi di polimerizzazione.
A questo scopo, per esempio, il cui contenuto è contenitore in acciaio inossidabile lame lavoro interno agitati, bolle di gas o per mezzo di pompe. controllo della temperatura avviene tramite giacche scambio termico, frigoriferi irrigazione o pompaggio attraverso uno scambiatore di calore.
reattori batch attualmente utilizzati nell'industria chimica e alimentare. La loro automazione e l'ottimizzazione crea la complessità, dal momento che è necessario combinare i processi continui e discreti.
Semi-batch reattori chimici combinano opera in modalità continui e discontinui. Un bioreattore, per esempio, vengono periodicamente caricati e rilascia continuamente anidride carbonica, che deve essere rimosso continuamente. Analogamente, quando la reazione di clorurazione, quando uno dei reagenti è cloro gassoso, se non somministrati continuamente, la maggior parte di esso evapora.
Per garantire grandi volumi produttivi utilizzati reattori chimici o principalmente recipiente metallico continuo con un agitatore o un flusso continuo.
Reattore chimico cstr
reagenti liquidi sono alimentati ad un contenitore in acciaio inox. Per garantire una corretta interazione della lama lavorare agitata. Così, in questo tipo di reattore i reagenti vengono alimentati in continuo nel primo serbatoio (verticale, acciaio), e quindi entrano nel successivo, contemporaneamente mescolando accuratamente in ciascun recipiente. Sebbene la composizione di miscela è uniforme in ogni serbatoio del sistema nel suo complesso concentrazione varia da contenitore a contenitore.
La quantità media di tempo che la quantità discreta di reagente passa nel serbatoio (tempo di permanenza) può essere calcolato semplicemente dividendo il volume del contenitore ad una velocità media volumetrica di flusso attraverso di esso. percentuale prevista del completamento della reazione viene calcolata utilizzando la cinetica chimica.
Fatto di serbatoi in acciaio inossidabile o leghe e smaltato.
Alcuni aspetti importanti del DMI
Tutti i calcoli sono effettuati sulla base di un mix ideale. La reazione procede ad una velocità correlato alla concentrazione finale. All'equilibrio, la portata deve essere uguale alla portata, altrimenti il serbatoio è pieno o vuoto.
Spesso economicamente vantaggioso lavorare con più HPM seriale o parallela. serbatoi di acciaio inox raccolti in una cascata di cinque o sei unità possono comportarsi come reattore flusso a pistone. Questo permette la prima unità di operare con una maggiore concentrazione dei reagenti e, di conseguenza, una velocità di reazione più elevata. Inoltre, il serbatoio può essere posizionato HPM acciaio più fasi verticali, invece dei processi condotti in vari vasi.
In unità di esecuzione multistadio orizzontale suddivisa da pareti divisorie verticali di diversa altezza, attraverso il quale fluisce la miscela cascate.
Quando i reagenti sono scarsamente miscibili o sostanzialmente differire nella densità di un reattore multistadio verticale (acciaio rivestito di vetro o acciaio) in un modo controcorrente. Questo è efficace per reazioni reversibili.
Il piccolo letto fluido è completamente miscelato. Grande reattore a letto fluido commerciale ha una temperatura sostanzialmente uniforme, ma miscele miscibili e stato sostituito e transitorio scorre fra di essi.
reattore a flusso chimico
PFR – un reattore (acciaio inossidabile), in cui gli uno o più liquidi reagenti vengono pompati attraverso un tubo o tubo. Essi sono chiamati anche il flusso tubolare. Può avere tubi multipli o tubi. I reagenti vengono alimentati in continuo attraverso un'estremità, ed i prodotti provengono da un altro. processi chimici avvengono come passa miscela.
PFR velocità di reazione sistema a gradiente: l'ingresso è molto elevata, ma con una riduzione della concentrazione dei reagenti e resa del prodotto aumentato contenuto rallenta la sua velocità. Tipicamente, equilibrio dinamico viene raggiunto.
Tipici sono l'orientamento orizzontale e verticale del reattore.
Quando il trasferimento di calore richiesto, i singoli tubi vengono inseriti all'interno della camicia o scambiatore a fascio tubiero e mantello viene utilizzato. In quest'ultimo caso, le sostanze chimiche possono essere sia nell'alloggiamento o nel tubo.
Contenitori di metallo con un'ugelli di grande diametro o simili PFR vasca e ampiamente usati. In alcune configurazioni utilizzare flusso assiale e radiale, membrane multipli con scambiatori di calore integrati, posizione orizzontale o verticale del reattore e così via.
Nave con un reagente può essere riempito con materiale particellare inerte o catalitica per aumentare il contatto interfacciale nella reazione eterogenea.
L'importanza della PFR è che i calcoli non tengono conto del mescolamento verticale od orizzontale – questo si intende con il termine "plug flow". I reagenti possono essere introdotti nel reattore non solo l'ingresso. Pertanto, è possibile ottenere una maggiore efficienza del EPA o ridurre le dimensioni e il costo. Prestazioni PSC è di solito superiore a quello del NRM dello stesso volume. Per valori uguali di volume e di tempo nei reattori pistone reazione avrà una più alta percentuale di completamento che in aggregati di miscelazione.
equilibrio dinamico
Per la maggior parte dei processi chimici è impossibile da raggiungere il 100 per cento di completamento. La loro velocità diminuisce all'aumentare questo indice fino al momento in cui il sistema raggiunge un equilibrio dinamico (quando la risposta totale o cambiamento nella composizione non si verifica). Il punto di equilibrio nella maggior parte dei sistemi è completamento inferiore al 100% del processo. Per questo motivo è necessario rendere il processo di separazione come la distillazione, per separare le restanti reagenti o sottoprodotti della porta. Questi reagenti possono talvolta essere riutilizzati all'inizio del processo, ad esempio, come il processo Haber.
L'applicazione del EPA
reattori a flusso spina utilizzati per la conversione chimica dei composti durante il loro movimento attraverso il sistema, simile a un tubo, al fine di larga scala, reazioni veloci, omogenei o eterogenei, produzione continuativa e quando rilasciando grandi quantità di calore.
Il PFR ideale ha un tempo di residenza fissa, vale a dire, qualsiasi liquido (pistone) che arriva al tempo t, lascia al tempo t + τ, dove τ – .. tempo di permanenza nella pianta.
reattori chimici di questo tipo possiedono elevati livelli di prestazioni per periodi di tempo prolungati, come pure eccellente scambio termico. Gli svantaggi di PFR è la difficoltà di monitorare la temperatura del processo che può portare ad indesiderate differenze di temperatura, e il loro costo più elevato.
reattori catalitici
Anche se le unità di questo tipo sono spesso realizzate sotto forma di EPA, richiedono cura più complessa. La velocità di reazione catalitica è proporzionale alla quantità di catalizzatore in contatto con prodotti chimici. Nel caso di un catalizzatore solido e liquido reagente è proporzionale alla velocità dei processi superficie disponibile, l'ingresso di sostanze e prodotti, e la scelta dipende dalla presenza di miscelazione turbolenta.
La reazione catalitica è in realtà spesso un multi-step. Non solo i reagenti iniziali reagiscono con il catalizzatore. Con lui reagire e alcuni degli intermedi.
Il comportamento dei catalizzatori è importante anche la cinetica di questo processo, specialmente in alte reazioni petrolchimici, come vengono disattivati per sinterizzazione, coke e processi simili.
Applicazione di nuove tecnologie
SAR è utilizzato per la conversione di biomassa. Negli esperimenti di reattori ad alta pressione vengono utilizzati. La pressione in esse può raggiungere i 35 MPa. L'utilizzo di più formati di variare il tempo di permanenza da 0,5 a 600 secondi. Per raggiungere temperature superiori a 300 ° C viene usato con reattori riscaldati elettricamente. alimentazione biomassa è effettuata mediante HPLC-pompe.
nanoparticelle aerosol PSC
V'è un notevole interesse per la sintesi e l'uso di nanoparticelle per vari scopi, tra cui alti leghe e una fitta conduttori di film per l'industria elettronica. Altre applicazioni includono la misurazione della suscettività magnetica, la trasmissione nella risonanza magnetica lontano infrarosso e nucleare. Per questi sistemi è necessario produrre una granulometria controllata. Il loro diametro di solito nel range da 10 a 500 nm.
Grazie alla loro dimensione, forma e elevata superficie specifica di queste particelle può essere utilizzato per la produzione di pigmenti cosmetici, membrane, catalizzatori, ceramiche, catalitiche e reattori fotocatalitici. Esempi di applicazione di nanoparticelle includono SnO 2 per sensori di monossido di carbonio, TiO 2 fibre, SiO 2 silice colloidale e fibre ottiche, C per riempitivi carbonio nei pneumatici, Fe per il materiale di registrazione, batteria Ni e, in quantità minore, palladio, magnesio e bismuto. Tutti questi materiali sono sintetizzati nei reattori aerosol. In medicina, le nanoparticelle sono utilizzati per la prevenzione e il trattamento delle infezioni della ferita, impianti ossei artificiali, così come per l'imaging del cervello.
esempio di produzione
Per particelle di allumina in corrente di argon, saturi con il metallo viene raffreddato nel RAC 18 mm di diametro e 0,5 m di lunghezza della temperatura di 1600 ° C a 1000 ° C / s. Come il passaggio del gas attraverso il reattore viene nucleazione e la crescita di particelle di allumina. Il flusso di 2 dm 3 / min e la pressione è di 1 atm (1013 Pa). Poiché il gas viene raffreddata ed il movimento diventa sovrasatura, che porta alla nascita di particelle da collisioni e molecole di vapore alla ripetuta finché la particella raggiunge una dimensione critica. Come si muove attraverso il gas molecole alluminio supersature condensano sulle particelle, aumentando la loro dimensione.
