Διαφορά ανάμεσα σε αντιδραστήρες παρτίδας, μικτής ροής και αντιδραστήρες πλέξης-ροής

Στην μηχανική χημικών αντιδράσεων, η επιλογή του σωστού αντιδραστήρα είναι η πιο κρίσιμη απόφαση στον σχεδιασμό της διαδικασίας.και γενική οικονομία.

Ενώ υπάρχουν δεκάδες ειδικές παραλλαγές αντιδραστήρων, σχεδόν όλες οι βιομηχανικές χημικές διεργασίες μπορούν να μοντελοποιηθούν χρησιμοποιώντας τρεις θεμελιώδεις ιδεοποιήσεις:Πυρηνικός αντιδραστήρας, τοΑντιδραστήρας μικτής ροής (MFR / CSTR), και τοΑνταποκρινόμενος αντιδραστήρας ροής (PFR).

Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ τους συνίσταται σε δύο μεταβλητές:χρόνοςκαιχώρο(πύλη).

Ένας αντιδραστήρας παρτίδας είναι ένα κλειστό σύστημα. Τον γεμίζεις με αντιδραστήρες, αφήνεις την αντίδραση να τρέχει για μια συγκεκριμένη διάρκεια, και μετά τον αδειάζεις.

• Η φυσική:Δεν υπάρχει συνεχής ροή μέσα ή έξω κατά τη διάρκεια της αντίδρασης.η συγκέντρωση στο εσωτερικό της δεξαμενής μειώνεται συνεχώς από την αρχή μέχρι το τέλος.

• Προφίλ συγκέντρωσης:Διαφέρει μεχρόνος, αλλά είναι ομοιόμορφη σεχώρο(σε όλη τη δεξαμενή).

• Η εξίσωση σχεδιασμού:Για να βρεθεί ο χρόνος (t) που απαιτείται για την επίτευξη στόχου μετατροπής (XA) για σύστημα σταθερού όγκου:

• Χρησιμοποιείται καλύτερα για:Φαρμακευτικά προϊόντα, ειδικές χημικές ουσίες, ζύμωση και διαδικασίες που απαιτούν μεγάλους χρόνους αντίδρασης όπου η ευελιξία και η ιχνηλασιμότητα είναι πρωταρχικής σημασίας.

Επίσης γνωστός ωςΣυνεχής αντιδραστήρας αναμειγνύσεως δεξαμενής (CSTR), ο αντιδραστήρας μικτής ροής είναι ένα ανοιχτό σύστημα που λειτουργεί σε σταθερή κατάσταση.

• Η φυσική:Η καθοριστική υπόθεση είναιτέλεια ανάμειξηΌταν μια σταγόνα αντιδραστήρα εισέρχεται στην δεξαμενή, διασκορπίζεται αμέσως.

• Προφίλ συγκέντρωσης:Συνεπής μεχρόνος(σταθερή κατάσταση) και ομοιόμορφη σεχώροΗ αντίδραση λαμβάνει πάντα χώρα στη χαμηλότερη δυνατή συγκέντρωση (η συγκέντρωση εξόδου).

• Η εξίσωση σχεδιασμού:Για να βρεθεί ο απαιτούμενος όγκος (V):

• Χρησιμοποιείται καλύτερα για:Υψηλής εξωθερμίας αντιδράσεις υγρής φάσης (ο μεγάλος όγκος του υγρού απορροφά τη θερμότητα) και συνεχής χημική παραγωγή χύδην.

Ένας αντιδραστήρας ροής είναι συνήθως ένας μακρύς σωλήνας ή σωλήνας.

• Η φυσική:Το υγρό κινείται μέσα από τον σωλήνα σε παράλληλες "μπλοκ". Υπάρχει τέλεια ανάμειξη ακτίνα (σε όλο το πλάτος του σωλήνα), αλλάμηδενική ανάμειξη άξιαΚαθώς το υγρό ταξιδεύει στον σωλήνα, τα αντιδραστήρια καταναλώνονται συνεχώς.

• Προφίλ συγκέντρωσης:Συνεπής μεχρόνος(σταθερή κατάσταση), αλλά ποικίλλει σεχώροΗ συγκέντρωση είναι υψηλότερη στην είσοδο και πέφτει ομαλά στο χαμηλότερο σημείο στην έξοδο.

• Η εξίσωση σχεδιασμού:Για να βρεθεί ο απαιτούμενος όγκος (V):

• Χρησιμοποιείται καλύτερα για:Γρήγορες αέριας φάσης αντιδράσεις, υψηλής θερμοκρασίας πετροχημική ρωγμάτωση και καταλυτικές αντιδράσεις (όπου ο σωλήνας είναι γεμάτος με στερεό καταλύτη).

Για να κατανοήσουμε πραγματικά τη διαφορά μεταξύ αυτών των αντιδραστήρων, πρέπει να δούμε πόσο αποτελεσματικά επιτυγχάνουν τη χημική μετατροπή.απαιτείται πάντα μεγαλύτερος όγκος από έναν PFR για να επιτευχθεί η ίδια ακριβώς μετατροπή (για την κανονική κινητική της αντίδρασης).

Χρησιμοποιήστε τον παρακάτω προσομοιωτή για να ρυθμίσετε τον στόχο μετατροπής και την ταχύτητα αντίδρασης για να δείτε πώς τα μαθηματικά μοντέλα έχουν διαφορετικό μέγεθος των αντιδραστήρων.

1. Επιλέξτε Τρομή εάν:Παρασκευάζετε μικρές ποσότητες προϊόντων υψηλής αξίας (όπως φαρμακευτικά προϊόντα) όπου πρέπει να χρησιμοποιήσετε τον ίδιο εξοπλισμό για να φτιάξετε διαφορετικές συνταγές ή αν η αντίδρασή σας διαρκεί 12+ ώρες για να ολοκληρωθεί.

2. Επιλέξτε τη μείξη ροής (MFR/CSTR) εάν:Επεξεργάζεστε μεγάλους όγκους υγρού, εκτελείτε μια βιολογική διαδικασία (όπως επεξεργασία λυμάτων) ή πρέπει να ελέγξετε με ασφάλεια μια αντίδραση που εκπέμπει τεράστια ποσότητα θερμότητας.

3. Επιλέξτε την ροή από την πρίζα (PFR) εάν:Λειτουργείτε σε μια μεγάλης κλίμακας διαδικασία αερίου, χρειάζεστε το μικρότερο απολύτως δυνατό αποτύπωμα αντιδραστήρα ή εκτελείτε μια αντίδραση μέσω ενός στερεού καταλυτικού στρώματος (π.χ. διύλιση πετρελαίου).