रासायनिक रिएक्टरों के तीन मुख्य प्रकार क्या हैं? एक इंजीनियरिंग अवलोकन

रासायनिक अभियांत्रिकी में, रिएक्टरों को उनके प्रवाह पैटर्न और मिश्रण गतिशीलता के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है। उद्योग में उपयोग किए जाने वाले तीन बुनियादी प्रकार बैच रिएक्टर हैं,निरंतर हलचल टैंक रिएक्टर (CSTR), और प्लग फ्लो रिएक्टर (पीएफआर) । प्रत्येक को प्रतिक्रिया गतिशीलता, आवश्यक उत्पादन मात्रा और सटीक तापमान नियंत्रण की आवश्यकता के आधार पर चुना जाता है।

बैच रिएक्टर रासायनिक रिएक्टर का सबसे सरल और सबसे पुराना रूप है, जो कि रसोई के बर्तन की तरह काम करता है। यह एक बंद प्रणाली है जहां रिएक्टेंट्स को कंटेनर में लोड किया जाता है, पूरा होने तक प्रतिक्रिया की जाती है,और फिर उत्पाद को हटा दिया जाता है.

• यह कैसे काम करता है: शुरुआत में सभी अभिकर्मकों को जोड़ा जाता है। मिश्रण को निर्धारित समय तक हिलाया जाता है जब तक कि वांछित रूपांतरण प्राप्त नहीं हो जाता है, फिर पूरे बैच को खाली कर दिया जाता है।

• मुख्य लाभ: अत्यधिक लचीलापन। एक ही बैच रिएक्टर का उपयोग केवल कच्चे माल को बदलकर विभिन्न समय पर विभिन्न उत्पादों का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है।

• सबसे अच्छा उपयोग के लिएः दवा विनिर्माण, विशेष रसायन, और कम मात्रा, उच्च मूल्य उत्पादन जहां सख्त गुणवत्ता नियंत्रण की आवश्यकता है।

CSTR को उच्च मात्रा में निरंतर उत्पादन के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह एक टैंक जैसा कंटेनर है जहां रिएक्टेंट एक साथ बहते हैं और उत्पाद एक साथ बहते हैं।

• यह कैसे काम करता है: एक उच्च गति हलचल सुनिश्चित करता है कि सामग्री के अंदर सही ढंग से मिश्रित कर रहे हैं।टैंक के अंदर की संरचना टैंक से बाहर निकलने वाले उत्पाद की संरचना के समान और समान है.

• मुख्य लाभ: तापमान को नियंत्रित करना आसान है क्योंकि मिश्रण बहुत गहन होता है, जिससे एक्सोथर्मिक प्रतिक्रियाओं में "हॉट स्पॉट" होने से बचा जाता है।

• सबसे अच्छा उपयोग के लिएः बड़े पैमाने पर रासायनिक उत्पादन जहां प्रतिक्रिया दर मध्यम है, और लगातार, उच्च मात्रा उत्पादन की आवश्यकता है।

प्लग फ्लो रिएक्टर (जिसे अक्सर ट्यूबलर रिएक्टर कहा जाता है) निरंतर प्रवाह के आधार पर काम करता है, लेकिन सीएसटीआर के विपरीत, कोई बैक-मिशरिंग नहीं है।

• यह कैसे काम करता है: अभिकर्मक एक ट्यूब के एक छोर में प्रवेश करते हैं और एक "प्लग" या एक अलग वॉल्यूम तत्व के रूप में बहते हैं। जैसे-जैसे प्लग ट्यूब के नीचे चलता है, प्रतिक्रिया प्रगति करती है,जिसका अर्थ है कि इनपुट से आउटपुट तक एकाग्रता लगातार बदलती रहती है.

• मुख्य लाभ: It is generally more efficient than a CSTR for high-rate reactions because the concentration of reactants remains high throughout the length of the tube (rather than being diluted instantly as in a CSTR).

• सबसे अच्छा उपयोग के लिएः उच्च दबाव गैस चरण प्रतिक्रियाओं और बड़े पैमाने पर औद्योगिक प्रक्रियाओं जहां उच्च थ्रूपुट और दक्षता महत्वपूर्ण हैं।

प्रक्रिया अभियंताओं के लिए, इन तीन प्रकारों के बीच का विकल्प रिएक्टर की मात्रा, आयतन प्रवाह दर और निवास समय के बीच गणितीय संबंध पर निर्भर करता है।

निवास समय रिएक्टर आकार में एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। निरंतर रिएक्टरों के लिए (सीएसटीआर और पीएफआर),

हालांकि, चूंकि एक सीएसटीआर "बैक-मिश्रित" है (रिएक्टेंट्स को पतला करना), इसलिए आमतौर पर रासायनिक रूपांतरण के समान स्तर को प्राप्त करने के लिए पीएफआर की तुलना में अधिक मात्रा की आवश्यकता होती है।इंजीनियर इन रिश्तों का उपयोग एक दिए गए रासायनिक उत्पादन लक्ष्य के लिए सबसे अधिक लागत प्रभावी रिएक्टर आकार की गणना करने के लिए करते हैं.

प्रश्न: क्या बैच रिएक्टर को निरंतर रिएक्टर में बदला जा सकता है?

A: आम तौर पर, नहीं। यांत्रिक डिजाइन (संचालक, इनलेट/आउटलेट विन्यास,और कंटेनर ज्यामिति) एक बैच रिएक्टर के लिए एक सीएसटीआर या पीएफआर के निरंतर प्रवाह आवश्यकताओं से स्वाभाविक रूप से अलग है.

प्रश्न: मैं सीएसटीआर के बजाय पीएफआर क्यों चुनूं?

उत्तर: आप पीएफआर का चयन करेंगे यदि आपकी प्रतिक्रिया गति बहुत तेज है या यदि आपको विशिष्ट उच्च शुद्धता वाले उत्पाद प्राप्त करने के लिए रिएक्टर की मात्रा को कम करने की आवश्यकता है।सीएसटीआर बेहतर है यदि आपकी प्रतिक्रिया अत्यधिक एक्सोथर्मिक है और आपको तापमान को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करने की आवश्यकता है, क्योंकि बड़ा, अच्छी तरह से मिश्रित टैंक एक हीट सिंक के रूप में कार्य करता है।

प्रश्न: क्या इन रिएक्टरों को सीरीज में इस्तेमाल करना संभव है?

उत्तर: हाँ, बहुत आम है। उदाहरण के लिए, कई सीएसटीआर को पीएफआर के प्रदर्शन को अनुमानित करने के लिए श्रृंखला में जोड़ा जा सकता है,या एक पीएफआर एक सीएसटीआर प्रतिक्रिया काम का मुख्य भाग किया है के बाद एक "समाप्ति" रिएक्टर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है.

क्या आप वर्तमान में एक विशिष्ट प्रतिक्रिया के लिए एक प्रक्रिया लूप डिजाइन कर रहे हैं, या आप एक सैद्धांतिक इंजीनियरिंग परियोजना के लिए इन रिएक्टर प्रकारों की तुलना कर रहे हैं?