Химийн реактор гэж юу вэ? Химийн реакторын төрлүүд

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-02 13:59

Химийн урвал нь урвалд орох бодисыг хувиргахад хүргэдэг процесс юм. Энэ нь анхны бүтээгдэхүүнээс ялгаатай нэг буюу хэд хэдэн бүтээгдэхүүнийг бий болгодог өөрчлөлтүүдээр тодорхойлогддог. Химийн урвалууд нь өөр шинж чанартай байдаг. Энэ нь урвалжийн төрөл, олж авсан бодис, нийлэгжилтийн нөхцөл, хугацаа, задрал, нүүлгэн шилжүүлэлт, изомержих, хүчил-суурь, исэлдүүлэх, органик үйл явц гэх мэтээс хамаарна.

Химийн реактор нь эцсийн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх урвал явуулах зориулалттай сав юм. Тэдгээрийн загвар нь янз бүрийн хүчин зүйлээс шалтгаалдаг бөгөөд хамгийн их үр дүнд хүрэх үр дүнтэй байх ёстой.

Үзсэн тоо

Химийн реакторын үндсэн гурван үндсэн загвар байдаг:

• Үе үе.
• Тасралтгүй хутгах (CPM).
• Plunger Flow Reactor (PFR).

Эдгээр үндсэн загваруудыг химийн процессын шаардлагад нийцүүлэн өөрчилж болно.

Багц реактор

Энэ төрлийн химийн нэгжийг үйлдвэрлэлийн хэмжээ бага, урвалын хугацаа урт, эсвэл зарим полимержих процессуудын адил сонгомол чанар сайтай үед ашигладаг.

Үүний тулд жишээлбэл, зэвэрдэггүй ган савыг ашигладаг бөгөөд тэдгээрийн агуулгыг дотоод ажлын ир, хийн бөмбөлөг эсвэл насос ашиглан холино. Температурын хяналтыг дулаан солилцооны хүрэм, усалгааны хөргөгч эсвэл дулаан солилцуураар шахах замаар гүйцэтгэдэг.

Багц реакторыг одоогоор химийн болон хүнсний боловсруулах үйлдвэрт ашиглаж байна. Тасралтгүй болон салангид үйл явцыг хослуулах шаардлагатай тул тэдгээрийг автоматжуулах, оновчтой болгох нь хүндрэл үүсгэдэг.

Хагас багц химийн реакторууд нь тасралтгүй болон багцын ажиллагааг хослуулдаг. Жишээлбэл, биореактор нь үе үе ачаалалтай байдаг бөгөөд нүүрстөрөгчийн давхар ислийг байнга ялгаруулдаг бөгөөд үүнийг байнга зайлуулах шаардлагатай байдаг. Үүний нэгэн адил хлоржуулах урвалд хлорын хий нь урвалжуудын нэг байх үед түүнийг тасралтгүй оруулахгүй бол ихэнх хэсэг нь ууршдаг.

Үйлдвэрлэлийн хэмжээг их хэмжээгээр хангахын тулд тасралтгүй химийн реактор эсвэл хутгагч эсвэл тасралтгүй урсгалтай металл савыг голчлон ашигладаг.

Тасралтгүй хутгах реактор

Шингэн урвалжуудыг зэвэрдэггүй ган саванд хийнэ. Тохиромжтой харилцан үйлчлэлийг хангахын тулд тэдгээрийг ажлын ирээр холино. Тиймээс, inЭнэ төрлийн реакторуудад урвалжуудыг эхний саванд (босоо, ган) тасралтгүй нийлүүлж, дараа нь танк бүрт сайтар холихын зэрэгцээ дараагийнх руу ордог. Хольцын найрлага нь сав тус бүрд нэгэн төрлийн байдаг ч системд бүхэлдээ концентраци нь сав бүрт өөр өөр байдаг.

Сав дахь салангид хэмжээний урвалжийн зарцуулсан дундаж хугацааг (оршин суух хугацаа) савны эзэлхүүнийг түүгээр дамжин өнгөрөх дундаж эзэлхүүний урсгалын хурдад хуваах замаар тооцоолж болно. Урвалын хүлээгдэж буй гүйцэтгэлийг химийн кинетик ашиглан тооцоолсон.

Савнууд нь зэвэрдэггүй ган эсвэл хайлшаар хийгдсэн, мөн паалантай бүрээстэй.

NPM-ийн зарим чухал талууд

Бүх тооцоолол нь төгс холилтын үндсэн дээр хийгдсэн. Урвал эцсийн концентрацтай холбоотой хурдаар явагдана. Тэнцвэрт байх үед урсгалын хурд нь урсгалын хурдтай тэнцүү байх ёстой, эс тэгвээс сав халих эсвэл хоосорно.

Олон цуваа эсвэл зэрэгцээ HPM-тэй ажиллах нь ихэвчлэн зардал багатай байдаг. Тав эсвэл зургаан нэгжийн каскад угсарсан зэвэрдэггүй ган савнууд нь залгуурын урсгалын реактор шиг ажиллах боломжтой. Энэ нь эхний нэгжийг илүү өндөр реактив концентрацитай ажиллах боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр илүү хурдан урвалын хурдтай байдаг. Мөн HPM-ийн хэд хэдэн үе шатыг янз бүрийн саванд хийх процессын оронд босоо ган саванд хийж болно.

Хэвтээ хувилбарт олон шатлалт нэгж нь янз бүрийн өндөртэй босоо хуваалтуудаар хуваагддаг бөгөөд тэдгээрээр дамжуулан хольц нь үе шаттайгаар урсдаг.

Урвалж буй бодисууд муу холилдсон эсвэл нягтын хувьд ихээхэн ялгаатай үед эсрэг гүйдлийн горимд босоо олон шатлалт реакторыг (доторлогоотой эсвэл зэвэрдэггүй ган) ашигладаг. Энэ нь урвуу урвал явуулахад үр дүнтэй.

Жижиг псевдо-шингэн давхарга бүрэн холилдсон байна. Томоохон арилжааны шингэрүүлсэн давхаргатай реактор нь үндсэндээ жигд температуртай боловч холилдсон болон шилжсэн урсгал болон тэдгээрийн хоорондох шилжилтийн төлөвтэй байдаг.

Залгууртай химийн реактор

RPP нь нэг буюу хэд хэдэн шингэн урвалжийг хоолой эсвэл хоолойгоор шахдаг реактор (зэвэрдэггүй) юм. Тэдгээрийг мөн хоолойн урсгал гэж нэрлэдэг. Энэ нь хэд хэдэн хоолой эсвэл хоолойтой байж болно. Урвалж нь нэг үзүүрээр орж, нөгөө талаас бүтээгдэхүүн гардаг. Холимог дамжин өнгөрөхөд химийн процесс явагдана.

RPP-д урвалын хурд нь градиент: оролтод энэ нь маш өндөр боловч урвалжуудын концентраци буурч, гаралтын бүтээгдэхүүний агууламж нэмэгдэх тусам түүний хурд удааширдаг. Ихэвчлэн динамик тэнцвэрт байдалд хүрдэг.

Хэвтээ болон босоо реакторын чиг баримжаа нь нийтлэг байдаг.

Дулаан дамжуулах шаардлагатай үед бие даасан хоолойг бүрээстэй эсвэл бүрхүүл ба хоолойн дулаан солилцогч ашигладаг. Сүүлчийн тохиолдолд химийн бодисууд байж болнобүрхүүл болон хоолойд хоёуланд нь.

Хошуу эсвэл ваннтай том диаметртэй металл савнууд нь RPP-тэй төстэй бөгөөд өргөн хэрэглэгддэг. Зарим тохиргоонд тэнхлэгийн болон радиаль урсгал, суурилуулсан дулаан солилцуур бүхий олон бүрхүүл, хэвтээ эсвэл босоо реакторын байрлал зэргийг ашигладаг.

Урвалжийн савыг катализатор эсвэл идэвхгүй хатуу бодисоор дүүргэж, гетероген урвалын үед хоорондын холбоог сайжруулж болно.

Тооцоололд босоо болон хэвтээ холилтыг харгалзахгүй байх нь RPP-д чухал ач холбогдолтой - энэ нь "залгуурын урсгал" гэсэн нэр томъёоны утга учир юм. Урвалжийг зөвхөн оролтоор биш реакторт оруулж болно. Тиймээс RPP-ийн үр ашгийг нэмэгдүүлэх эсвэл түүний хэмжээ, зардлыг бууруулах боломжтой юм. RPP-ийн гүйцэтгэл нь ихэвчлэн ижил эзэлхүүнтэй УЦС-аас өндөр байдаг. Поршений реакторын эзэлхүүн ба цаг хугацааны ижил утгатай үед урвал нь холих нэгжтэй харьцуулахад өндөр хувьтай явагдана.

Динамик тэнцэл

Ихэнх химийн процессын хувьд 100 хувь гүйцээх боломжгүй. Систем нь динамик тэнцвэрт байдалд хүрэх хүртэл (нийт урвал эсвэл найрлага өөрчлөгдөхгүй байх үед) энэ үзүүлэлтийн өсөлтөөр тэдгээрийн хурд буурдаг. Ихэнх системийн тэнцвэрийн цэг нь процессын гүйцэтгэл 100% -иас доогуур байна. Энэ шалтгааны улмаас үлдсэн урвалж эсвэл дайвар бүтээгдэхүүнийг ялгахын тулд нэрэх гэх мэт салгах процессыг хийх шаардлагатай.зорилтот. Эдгээр урвалжуудыг заримдаа Хабер процесс зэрэг процессын эхэнд дахин ашиглаж болно.

PFA програм

Поршений урсгалын реакторууд нь том хэмжээний, хурдан, нэгэн төрлийн эсвэл гетероген урвал, тасралтгүй үйлдвэрлэл, өндөр дулаан үүсгэх процессуудад зориулсан хоолой шиг системээр дамжин нэгдлүүдийн химийн хувирлыг гүйцэтгэхэд ашиглагддаг.

Хамгийн тохиромжтой RPP нь тогтсон оршин суух хугацаатай, өөрөөр хэлбэл t үед орж ирж буй аливаа шингэн (поршений) түүнийг t + τ үед орхих бөгөөд энд τ нь суурилуулалтанд байх хугацаа юм.

Энэ төрлийн химийн реакторууд нь удаан хугацааны туршид өндөр гүйцэтгэлтэй, мөн маш сайн дулаан дамжуулалттай байдаг. RPP-ийн сул тал нь процессын температурыг хянахад хүндрэлтэй байдаг бөгөөд энэ нь температурын хүсээгүй хэлбэлзэлд хүргэж болзошгүй бөгөөд өндөр өртөгтэй байдаг.

Каталитик реактор

Хэдийгээр эдгээр төрлийн нэгжийг ихэвчлэн RPP хэлбэрээр хэрэгжүүлдэг ч илүү нарийн төвөгтэй засвар үйлчилгээ шаарддаг. Катализаторын урвалын хурд нь химийн бодисуудтай харьцах катализаторын хэмжээтэй пропорциональ байна. Хатуу катализатор болон шингэн урвалжийн хувьд процессын хурд нь бэлэн талбай, химийн бодисын оролт, бүтээгдэхүүний татан авалттай пропорциональ бөгөөд турбулент холилдох эсэхээс хамаарна.

Катализаторын урвал нь ихэвчлэн олон үе шаттай байдаг. Ганц тийм бишанхны урвалжууд нь катализатортой харилцан үйлчилдэг. Зарим завсрын бүтээгдэхүүнүүд мөн үүнд хариу үйлдэл үзүүлдэг.

Катализаторын үйл ажиллагаа нь энэ процессын кинетикт, ялангуяа өндөр температурт нефтийн химийн урвалд ороход чухал ач холбогдолтой, учир нь тэдгээр нь агломержуулалт, коксжих болон түүнтэй төстэй үйл явцаар идэвхгүй болдог.

Шинэ технологи хэрэглэх

RPP-г биомасс хувиргахад ашигладаг. Туршилтанд өндөр даралтын реакторуудыг ашигладаг. Тэдгээрийн даралт 35 МПа хүрч чаддаг. Хэд хэдэн хэмжээсийг ашиглах нь оршин суух хугацааг 0.5-аас 600 секундын хооронд өөрчлөх боломжийг олгодог. 300 ° C-аас дээш температурт хүрэхийн тулд цахилгаанаар халаадаг реакторуудыг ашигладаг. Биомассыг HPLC насосоор хангадаг.

RPP аэрозолийн нано хэсгүүд

Нано хэмжээст тоосонцорыг янз бүрийн зориулалтаар нийлэгжүүлэх, ашиглах сонирхол их байна, үүнд өндөр хайлштай хайлш, электроникийн үйлдвэрлэлд зориулсан зузаан хальсан дамжуулагч орно. Бусад хэрэглээнд соронзон мэдрэмтгий байдлын хэмжилт, хэт улаан туяаны дамжуулалт, цөмийн соронзон резонанс орно. Эдгээр системүүдийн хувьд хяналттай хэмжээтэй хэсгүүдийг үйлдвэрлэх шаардлагатай. Тэдний диаметр нь ихэвчлэн 10-аас 500 нм-ийн хооронд байдаг.

Хэмжээ, хэлбэр, өндөр хувийн гадаргуугийн талбайн улмаас эдгээр тоосонцорыг гоо сайхны пигмент, мембран, катализатор, керамик, каталитик болон фотокаталитик реактор үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно. Нано бөөмсийн хэрэглээний жишээнд мэдрэгчийн хувьд SnO₂ орно.нүүрстөрөгчийн дутуу исэл, гэрлийн чиглүүлэгчид TiO₂, коллоид цахиурын давхар исэл ба оптик утаснуудад SiO_{2, дугуйнд нүүрстөрөгч дүүргэгчд C, бичлэг хийх материалд Fe, Зайны хувьд Ni ба бага хэмжээгээр палладий, магни, висмут. Эдгээр бүх материалыг аэрозолийн реакторт нэгтгэдэг. Анагаах ухаанд нано бөөмсийг шархны халдвараас урьдчилан сэргийлэх, эмчлэх, хиймэл яс суулгах, тархины дүрслэлд ашигладаг.}

Үйлдвэрлэлийн жишээ

Хөнгөн цагааны тоосонцорыг авахын тулд металлын уураар ханасан аргоны урсгалыг 18 мм-ийн диаметртэй, 0.5 м урттай RPP-д 1600 ° C-ийн температураас 1000 ° C/с хурдтайгаар хөргөнө.. Хий нь реактороор дамжин өнгөрөхөд хөнгөн цагаан бөөмийн бөөмжилт, өсөлт үүсдэг. Урсгалын хурд нь 2 дм3/мин, даралт нь 1 атм (1013 Па) байна. Хөдөлгөөний явцад хий хөргөж, хэт ханасан болж, молекулуудын мөргөлдөөн, ууршилтын үр дүнд бөөмсийн бөөм үүсэхэд хүргэдэг бөгөөд бөөмс эгзэгтэй хэмжээнд хүрэх хүртэл давтана. Хэт ханасан хийгээр дамжин өнгөрөхөд хөнгөн цагаан молекулууд бөөмс дээр конденсацлан, хэмжээ нь нэмэгддэг.