रासायनिक रिएक्टर का उपयोग किस लिए किया जाता है?

मूल प्रश्न का उत्तरःरासायनिक रिएक्टर का प्रयोग किसके लिए किया जाता है?एक रासायनिक रिएक्टर का उपयोग औद्योगिक पैमाने पर नियंत्रित रासायनिक प्रतिक्रिया करके कच्चे माल को वांछित उत्पाद में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। यह चार कार्य करता है जो एक साधारण टैंक नहीं कर सकता हैःयह एक नामित दबाव और तापमान लिफाफे के भीतर सुरक्षित रूप से प्रतिक्रिया रखता है, यह मिश्रण के माध्यम से आणविक पैमाने पर अभिकर्मकों को एक साथ लाता है, यह अपने इष्टतम पथ पर तापमान बनाए रखने के लिए गर्मी जोड़ता है या हटाता है,और यह सही निवास समय के लिए सामग्री रखता है ताकि प्रतिक्रिया के बजाय समय परिणाम को सीमित करता हैरिएक्टर -50 से 500 डिग्री सेल्सियस तक, पूर्ण वैक्यूम से 35 एमपीए तक, और सेकंड से 24 घंटे तक के निवास समय के साथ काम करते हैं।

1रासायनिक रिएक्टर के चार कार्य

प्रत्येक रिएक्टर, 5 लीटर प्रयोगशाला इकाई से लेकर 300 क्यूबिक मीटर के उत्पादन कंटेनर तक, एक ही चार कार्य करने के लिए मौजूद है।और वे जिस तरह से उथल-पुथल करते हैं:

• रोकथाम और सुरक्षाःएक रिएक्टर एक मान्यता प्राप्त कोड जैसे ASME VIII डिवीजन 1 या EN 13445 के अनुसार निर्मित एक दबाव सीमा है, जो अधिकतम दबाव और तापमान के लिए नामित है जो प्रतिक्रिया तक पहुंच सकती है, जिसमें रनवे केस भी शामिल है.इसमें खतरनाक, विषाक्त या ज्वलनशील सामग्री भी होनी चाहिए और डीआईईआरएस पद्धति द्वारा आकार दिया गया आपातकालीन राहत मार्ग प्रदान करना चाहिए ताकि शेल को फाड़ने के बजाय एक भगोड़ा प्रतिक्रिया सुरक्षित रूप से वेंटिलेट हो सके।यह संयोजन कार्य है कि क्यों रिएक्टर एक घन मीटर के लिए बहुत अधिक खर्च एक ही आकार के भंडारण टैंक की तुलना में, और वे दस्तावेजीकृत डिजाइन, वेल्डिंग और परीक्षण रिकॉर्ड क्यों रखते हैं।
• मिश्रण और संपर्कःअभिकर्मकों को आणविक पैमाने पर मिलना चाहिए। मिश्रणशील तरल पदार्थों के लिए इसका अर्थ है टर्बुलेन्ट मिश्रण;गैस-तरल प्रतिक्रियाओं के लिए जैसे हाइड्रोजनीकरण इसका मतलब है कि इंटरफेस क्षेत्र बनाने के लिए बुलबुले में गैस फैलानाठोस-उत्प्रेरित प्रतिक्रियाओं के लिए इसका अर्थ है उत्प्रेरक को निलंबित रखना और बिस्तर के माध्यम से तरल प्रवाह करना;और अमिश्रित तरल पदार्थों के लिए इसका मतलब है एक बूंद आकार वितरण बनाने के बाद अलग करने के लिए पर्याप्त बड़ा है, लेकिन अब प्रतिक्रिया करने के लिए पर्याप्त छोटेमिश्रण तीव्रता को प्रति आयतन शक्ति के रूप में व्यक्त किया जाता है, आमतौर पर तरल प्रणालियों के लिए 0.2-5 किलोवाट/एम 3 होता है, और यह अक्सर 60% और 95% रूपांतरण के बीच का अंतर होता है।
• गर्मी प्रबंधन:लगभग हर औद्योगिक प्रतिक्रिया गर्मी छोड़ती है या अवशोषित करती है, और कई बहुत अधिक छोड़ती हैः एथिलीन के बहुलकरण से लगभग 100 kJ/mol, नाइट्रेशन 150 kJ/mol से अधिक हो सकता है,और सुगंधित पदार्थों का हाइड्रोजनीकरण 200-300 kJ/mol तक पहुँचता हैयदि गर्मी को उत्पन्न होने की दर से नहीं हटाया जाता है, तो तापमान बढ़ता है, दर तेजी से बढ़ जाती है, और रिएक्टर भाग जाता है। गर्मी को एक जैकेट, आधा-पाइप कॉइल, आंतरिक कॉइल,बाह्य परिसंचरण लूप, या रिफ्लक्स कंडेनसर, और तेजी से एक्सोथर्मिक प्रतिक्रियाओं में गर्मी हटाने की क्षमता, प्रतिक्रिया गतिशीलता नहीं, अधिकतम उत्पादन दर निर्धारित करती है।
• निवास का समय और रूपांतरण:प्रतिक्रिया की सीमा इस बात पर निर्भर करती है कि सामग्री तापमान पर कितनी देर तक रहती है। प्रथम क्रम की प्रतिक्रिया के लिए, रूपांतरण X = 1 - exp ((-k·tau), इसलिए 95% रूपांतरण के लिए 3.0 के k·tau की आवश्यकता होती है और 99% के लिए 4.6बहुत कम समय से अपरिवर्तित कच्चे माल और अपशिष्ट पृथक्करण क्षमता बची रहती है; बहुत अधिक समय से उत्पाद बिगड़ जाता है या लगातार प्रतिक्रियाओं में उप-उत्पाद बनते हैं।यही कारण है कि निवास समय वितरण मायने रखता है: एक प्लग प्रवाह रिएक्टर प्रत्येक अणु को लगभग समान समय देता है, जबकि एक एकल हलचल टैंक एक व्यापक घातीय वितरण देता है,और एक प्रतिक्रिया के लिए जहां B A से B से C में वांछित मध्यवर्ती है, कि अकेले अंतर 10-20 प्रतिशत अंक की उपज को बदल सकता है।

2जहां रासायनिक रिएक्टरों का प्रयोग किया जाता है

प्रसंस्करण उद्योगों की हर शाखा में रिएक्टर दिखाई देते हैं। पांच क्षेत्रों से पता चलता है कि कैसे डिजाइन पूरी तरह से बदल जाता है, जबकि उद्देश्य समान रहता हैः

• पेट्रोकेमिकल और रिफाइनिंगःयहां दुनिया के सबसे बड़े रिएक्टर काम करते हैं: द्रव उत्प्रेरक क्रैकर जो 500-550 डिग्री सेल्सियस पर भारी गैस तेल को पेट्रोल में परिवर्तित करते हैं, उत्प्रेरक परिसंचरण प्रति सेकंड टन में मापा जाता है,हाइड्रोट्रीटर्स और हाइड्रोक्रैकर जो सल्फर और क्रैक भारी अंशों को हटाने के लिए 8-20 एमपीए और 350-420 डिग्री सेल्सियस पर टपकते बिस्तर रिएक्टर चलाते हैं, और 800-900°C पर हाइड्रोजन का उत्पादन करने वाले भाप सुधारक। प्रमुख बाधा उत्प्रेरक जीवन और गर्मी संतुलन है,और उपकरण को बैचों के बजाय बंद होने के बीच वर्षों में मापा गया निरंतर संचालन के लिए डिज़ाइन किया गया है.
• औषधीय और ठीक रसायनःयहाँ रिएक्टर एक बहुउद्देश्यीय बैच कंटेनर है, आमतौर पर 100 से 10,000 लीटर में 316 लीटर या कांच से ढके स्टील, संश्लेषण चरणों के लिए उपयोग किया जाता है जो हर कुछ हफ्तों में बदलते हैं। प्राथमिकता लचीलापन है,शुद्धता, और प्रलेखनः कंटेनर को उत्पादों के बीच साफ और सत्यापित किया जाना चाहिए, cGMP अपेक्षाओं के अनुसार मान्य किया जाना चाहिए, और पूर्ण बैच प्रोफ़ाइल को रिकॉर्ड करने के लिए उपकरण होना चाहिए।प्रतिक्रियाएं धीमी और अधिक चयनात्मक होती हैं, अक्सर -20 से 150°C पर, और प्रति किलोग्राम मूल्य इतना अधिक है कि उपज और शुद्धता थ्रूपुट पर हावी होती है।
• पोलीमर उत्पादन:यहाँ के रिएक्टरों में सभी प्रकार की वस्तुओं से लेकर पेंट और चिपकने वाले पदार्थों के लिए पॉलीएथिलीन और पॉलीप्रोपाइलीन से लेकर इमल्शन पॉलिमर तक का निर्माण होता है।परिभाषित चुनौती यह है कि प्रतिक्रिया के दौरान चिपचिपाहट परिमाण के आदेशों से बढ़ जाती है और प्रतिक्रिया दृढ़ता से एक्सोथर्मिक है, इसलिए गर्मी हटाने और एक मोटापन माध्यम में मिश्रण सब कुछ नियंत्रित करता है।जबकि लेटेक्स के लिए इमल्शन पॉलीमराइजेशन 50-90 डिग्री सेल्सियस पर घुमाए गए टैंकों में कई घंटों तक मोनोमर खिलाकर चलता है.
• खाद्य पदार्थ, पेय और किण्वनइन अनुप्रयोगों में रिएक्टर एक बायोरिएक्टर या किण्वक है और प्रतिक्रिया जैविक हैः खमीर 30-35°C पर चीनी को इथेनॉल में परिवर्तित करता है, बैक्टीरिया 30-37°C पर एंजाइम या कार्बनिक एसिड का उत्पादन करता है,या स्तनधारियों की कोशिकाएं 36 पर चिकित्सीय प्रोटीन का उत्पादन करती हैं.5-37°C. कार्य अपरिवर्तित है, लेकिन बाँझपन, कोमल हलचल, ऑक्सीजन हस्तांतरण 30-200 h-1 के kLa के रूप में व्यक्त,और स्थान पर सफाई की क्षमता दबाव और तापमान के बजाय नियंत्रण डिजाइन आवश्यकताओं बन जाते हैं.
• जल, अपशिष्ट और ऊर्जा रूपांतरणःरिएक्टर बनाने के बजाय नष्ट भी करते हैंः गीली हवा का ऑक्सीकरण 200-320°C और 2-20 एमपीए पर कार्बनिक प्रदूषकों को नष्ट करता है, 35-38°C पर कार्बनिक अपशिष्ट को बायोगैस में परिवर्तित करने वाले अनायरोबिक डाइजेस्टर,पाइरोलिसिस रिएक्टर 400-600°C पर प्लास्टिक और टायरों के कचरे को तेल में परिवर्तित करते हैं, और नगरपालिका और खतरनाक कचरे के निपटान के लिए दहन और गैसीकरण प्रणाली।और एक प्रतिक्रिया के लिए प्रतिबन्ध जिसका उद्देश्य उत्पाद संश्लेषण के बजाय ऊर्जा निपटान या वसूली है.

उद्योग द्वारा रासायनिक रिएक्टर अनुप्रयोग

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQ)

प्रश्न: रासायनिक रिएक्टर और मिश्रण टैंक में क्या अंतर है?

A: एक मिश्रण टैंक अपनी सामग्री की भौतिक स्थिति को बदलता है, मिश्रण, भंग, निलंबन, या एमुल्सिफिकेशन, लेकिन इसका उद्देश्य उनकी रासायनिक पहचान को बदलना नहीं है।एक रासायनिक रिएक्टर एक प्रतिक्रिया के आसपास बनाया गया है: इसमें एक परिभाषित निवास समय है, प्रतिक्रिया एंथलपी के लिए आकार में एक गर्मी हस्तांतरण प्रणाली, रूपांतरण का पालन करने के लिए उपकरण,और एक दबाव और तापमान रैंकिंग जो प्रतिक्रिया को कवर करती है जिसमें इसके विफलता मोड शामिल हैंव्यावहारिक रूप से हार्डवेयर ओवरलैप होता है, क्योंकि एक जैकेट वाले उत्तेजित कंटेनर दोनों भूमिकाएं निभा सकते हैं, लेकिन विनिर्देश भिन्न होते हैंः एक रिएक्टर को गर्मी रिलीज़ के लिए गणना की आवश्यकता होती है,पलायन परिदृश्य और राहत आकार, जबकि एक मिक्सर को केवल मिश्रण शक्ति और मिश्रण समय की आवश्यकता होती है।

प्रश्न: क्या एक रिएक्टर में अलग-अलग प्रतिक्रियाएं हो सकती हैं?

उत्तर: हाँ, और यह ठीक रसायनों और दवाओं में मानक दृष्टिकोण है, जहां एक बहुउद्देश्यीय संयंत्र एक ही वाहिका में दर्जनों विभिन्न संश्लेषण चलाता है।यह काम करता है क्योंकि प्रतिक्रियाओं तापमान की एक संगत परिचालन खिड़की साझा, दबाव, और सामग्री, और क्योंकि संयंत्र यह साबित करने के लिए सफाई सत्यापन में निवेश करता है कि पिछले अभियान से अवशेष स्वीकार्य सीमाओं से नीचे है।यह काम नहीं करता है जहां प्रतिक्रियाओं मौलिक रूप से अलग उपकरण की जरूरत है: 30 एमपीए की आवश्यकता वाली प्रक्रिया और एक ठोस उत्प्रेरक कम दबाव वाले पायसीकरण के साथ एक कंटेनर साझा नहीं कर सकते,और 1 μg/m3 से कम प्रतिरोध की आवश्यकता वाले अत्यधिक शक्तिशाली यौगिकों के लिए विशेष ट्रेनों की आवश्यकता होती है.

प्रश्न: कुछ रिएक्टर बैच और अन्य निरंतर क्यों होते हैं?

उत्तर: चयन मात्रा, मूल्य और रसायन विज्ञान के आधार पर होता है। निरंतर संचालन प्रति किलोग्राम कम लागत, स्थिर गुणवत्ता और बेहतर गर्मी एकीकरण देता है,इसलिए इसका उपयोग प्रति वर्ष हजारों टन की वस्तुओं के उत्पादन के लिए किया जाता हैबैच ऑपरेशन लचीलापन और ट्रेसेबिलिटी देता है, इसलिए इसका उपयोग उन स्थानों पर किया जाता है जहां कई उत्पाद उपकरण साझा करते हैं, जहां अभियान छोटा होता है,या जब उत्पाद उच्च मूल्य का हो और सख्ती से विनियमित होएक उपयोगी नियमः एक उत्पाद के लगभग 5,000 से 10,000 टन प्रति वर्ष से ऊपर, निरंतर आमतौर पर आर्थिक रूप से जीतता है; इससे नीचे, या लगातार उत्पाद परिवर्तन के साथ, बैच करता है।

प्रश्न: रासायनिक रिएक्टर में किस प्रकार की सुरक्षा प्रणाली की आवश्यकता होती है?

उत्तर: स्तरित सुरक्षा। रोकथाम प्रक्रिया नियंत्रण से आती हैः तापमान और दबाव नियंत्रण लूप, फ़ीड दर सीमित करना, और स्वचालित बंद के साथ उच्च अखंडता अलार्म।पता लगाने में दबाव भी शामिल है, तापमान, और कभी-कभी कैलोरीमेट्रिक या गैस की निगरानी करने के लिए जल्दी से भागने की शुरुआत को पकड़ने के लिए।शमन में विशिष्ट भागने के परिदृश्य के लिए DIERS पद्धति का उपयोग करके आकस्मिक राहत शामिल है, एक नॉकआउट ड्रम, स्क्रबर, या फ्लेयर में वेंटिलेट; एक डंप टैंक या प्रतिक्रियाओं के लिए बुझाने की प्रणाली जिसे पतला या ठंडा करके रोका जा सकता है; और वायुमंडल ज्वलनशील है जहां निष्क्रिय।निष्क्रिय सुरक्षा में विस्फोट-रेटेड नियंत्रण कक्ष और अलगाव दूरी शामिल हैप्रत्येक परत के लिए प्रलेखित परीक्षण की आवश्यकता होती है, क्योंकि एक अप्रमाणित इंटरलॉक सुरक्षा नहीं है।