Руководство по выбору типов и применению химических реакторов

Представьте себе высокоточный химический завод, в котором реакторы служат центром деятельности, постоянно превращая недорогое сырье в ценную продукцию.Критический вопрос для химических инженеровКак выбрать наиболее подходящий тип реактора для конкретных реакций?

Химические реакторы представляют собой замкнутые сосуды, предназначенные для упрощения эффективных реакций при одновременном минимизации затрат.оптимальное использование сырья, и учет эксплуатационных расходов, включая рабочую силу. Реакторы и продукты обычно существуют в виде жидкостей (газов или жидкостей).реакторы классифицируются как непрерывные или серийные системы.

Промышленные реакторы, как правило, работают по трем идеализированным моделям, которые определяют основные параметры процесса:

• Серийные реакторы
• Непрерывно перемешиваемые резервуарные реакторы (CSTR)
• Реакторы с плагиновым потоком (PFR)

Ключевые параметры процесса включают объем реактора (V), время пребывания (t), температуру (T), давление (P), концентрации материала (C1, C2,...Cn) и коэффициенты теплопередачи (U, h).Многие промышленные реакторы сочетают элементы этих основных типов.

Базовые реакторы работают дискontinently как закрытые сосуды, где все реакторы загружаются одновременно.

Для экзотермических реакций серийные реакторы обычно включают охлаждающие катушки.Однородное смешивание обеспечивает однородные свойства во всем сосуде, что означает, что конверсия остается последовательной во всех позициях.

• Исключительная универсальность для производства нескольких продуктов
• Идеально подходит для малого производства
• Подходит для реакций, требующих длительных сроков обработки

• Трудоемкие процессы погрузки, разгрузки и очистки
• Более высокие эксплуатационные затраты из-за ручных требований
• Более низкая эффективность производства по сравнению с непрерывными системами

CSTR, также называемые реакторами смешанного потока, работают непрерывно в возбужденных резервуарах, где реагенты входят с постоянной скоростью потока, реагируют заранее определенное время пребывания и выходят с эквивалентной скоростью потока.

Непрерывное возбуждение поддерживает равномерную концентрацию во всем сосуде, что означает, что преобразование зависит в первую очередь от объема реактора, а не от положения.

• Позволяет осуществлять непрерывное производство в больших масштабах
• Работает в устойчивом состоянии в течение длительных периодов
• Минимизирует время простоя между циклами производства

• Непрактично для медленных кинетических реакций, требующих больших объемов
• Более низкие коэффициенты конверсии по сравнению с эквивалентными объемами ПФР

ПФР (или непрерывные трубчатые реакторы) моделируют цилиндрические системы непрерывного потока, где реакторы движутся по оси в формации "подсоединения" без осевого смешивания, но с полным радиальным смешиванием.

Эта конструкция обеспечивает одинаковое время пребывания, в то время как концентрации варьируются вдоль длины реактора.

• Требования к объему меньше, чем CSTR для эквивалентных конверсий
• Более высокая эффективность пространства
• Высокий для определения каталитической кинетики газовой фазы

• Сложное управление температурой для экзотермических реакций
• Более высокие расходы на обслуживание
• Чувствительны к однородности питания и склонны к засорению

Эти модифицированные серийные системы загружают один реагент изначально, добавляя другие постепенно.или облегчить отделение продукта во время формирования газа, твердых осадков или гидрофобного продукта.

• Усиленный контроль над урожаем и селективностью продукции
• Эффективно для лечения экзотермических реакций
• Идеально подходит для газообразных реакций

• Требует длительной очистки между партиями
• Сложная операция, требующая точного контроля добавления реагента

Как правило, каталитические реакторы, сконфигурированные как ПФР, требуют сложных расчетов, поскольку скорость реакции зависит от контакта катализатора и концентрации реагента.Каталитические пути часто включают несколько стадий с химически связанными промежуточными веществами.

Катализаторы деактивируются в результате коксования, отравления и синтерации, особенно в высокотемпературных нефтехимических процессах.

• Обеспечивает экономически выгодную кинетику реакций
• Предоставляет альтернативные низкоэнергетические пути
• Необходимо для таких процессов, как крекинг нефти, гидрогенизация и синтез аммиака

• Требования специализированного обслуживания и контроля
• Риск дорогостоящей деградации катализатора
• Требует периодической замены/регенерации катализатора