कारखाने में रिएक्टर क्या होता है: प्रक्रिया संयंत्रों में कार्य, प्रकार और भूमिका

किसी कारखाने में रिएक्टर क्या है?रिएक्टर एक विनिर्माण संयंत्र में वह पोत है जहां कच्चे माल को नियंत्रित रासायनिक या जैव रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा जानबूझकर एक अलग, अधिक मूल्यवान पदार्थ में परिवर्तित किया जाता है; पौधे में बाकी सब कुछ उसे खिलाने, उससे अलग करने या उसके उत्पादन को शुद्ध करने के लिए मौजूद है। एक रिएक्टर को एक साधारण टैंक से अलग बनाने वाली बात यह है कि इसका आकार और आकृति एक साथ हल किए गए तीन संतुलनों द्वारा निर्धारित की जाती है: एक मोल संतुलन जो मात्रा तय करता है, एक दर कानून जो समय तय करता है, और एक ऊर्जा संतुलन जो आमतौर पर सीमा तय करता है, क्योंकि प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के लिए प्रतिक्रिया दर लगभग दोगुनी हो जाती है और सामान्य एक्सोथर्म 50-300 डिग्री सेल्सियस के रुद्धोष्म तापमान में वृद्धि के साथ 50-250 केजे/मोल छोड़ते हैं। कारखानों में पाए जाने वाले चार विन्यास बैच रिएक्टर, निरंतर उत्तेजित टैंक रिएक्टर, प्लग फ्लो रिएक्टर और द्रवीकृत बिस्तर हैं, और उनके बीच का चुनाव प्राथमिकता के बजाय उत्पादन दर, ताप भार और उत्पाद स्लेट द्वारा संचालित होता है।

एक रिएक्टर का काम फ़ीड लेना और एक परिभाषित रूपांतरण, चयनात्मकता और गुणवत्ता पर उत्पाद वितरित करना है, और तीन भौतिक वास्तविकताएं तय करती हैं कि यह कैसे हासिल किया जाता है:

• नियंत्रित रसायन विज्ञान द्वारा फ़ीड को उत्पाद में परिवर्तित करना:एक उर्वरक संयंत्र में रिएक्टर अमोनिया और कार्बन डाइऑक्साइड को यूरिया में बदल देता है, एक बहुलक संयंत्र में यह मोनोमर्स से लंबी श्रृंखला बनाता है, और एक बायोरिफाइनरी में एक किण्वक कोशिकाएं विकसित करता है जो उत्पाद बनाती हैं। रिएक्टर मूल्य-वर्धक कदम है: आसवन या क्रिस्टलीकरण जैसी अपस्ट्रीम इकाइयाँ केवल रिएक्टर द्वारा निर्मित चीज़ों को अलग और शुद्ध करती हैं। यही कारण है कि संयंत्रों को रिएक्टर के चारों ओर डिज़ाइन किया गया है, जिसमें रिएक्टर, पृथक्करण और रीसायकल लूप की व्यवस्था की गई है ताकि अप्रयुक्त फ़ीड को त्यागने के बजाय वापस कर दिया जाए, क्योंकि एक ही पास में पूर्ण रूपांतरण प्राप्त करना आमतौर पर अलाभकारी होता है और कई प्रतिक्रियाएं संतुलन-सीमित होती हैं, इसलिए रीसायकल के साथ 90-98% एकल-पास रूपांतरण सामान्य है।
• प्रतिक्रिया को उसके सुरक्षित आवरण में रखना:क्योंकि दरें तेजी से तापमान पर निर्भर होती हैं, रिएक्टर संयंत्र का प्रमुख खतरा भी है। एक ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया से ऊष्मा निकलती है जिससे तापमान बढ़ जाता है, जिससे प्रतिक्रिया तेज हो जाती है, जिससे अधिक ऊष्मा निकलती है; पर्याप्त निष्कासन के बिना बैच भाग जाता है, विलायक को उबालता है, बर्तन की सीमा से परे दबाव बढ़ाता है और सामग्री को विघटित कर सकता है। इसलिए एक फैक्ट्री रिएक्टर में कई, स्वतंत्र सुरक्षात्मक परतें होती हैं: स्वचालित तापमान और फ़ीड नियंत्रण, एक स्वतंत्र उच्च तापमान यात्रा जो फ़ीड को रोकती है और पूर्ण शीतलन लागू करती है, एक अलग उपयोगिता पर आपातकालीन शीतलन, और विशिष्ट प्रतिक्रियाशील मामले के लिए डीआईईआरएस पद्धति द्वारा आकार में दबाव राहत। पोत की ज्यामिति, जैकेट या कुंडल क्षेत्र, और तापमान सेंसर का स्थान सभी को चुना जाता है ताकि उत्पन्न गर्मी को औसतन ही नहीं, बल्कि पोत के हर बिंदु पर हमेशा हटाया जा सके।
• निवास समय और मिश्रण के माध्यम से उत्पाद की गुणवत्ता निर्धारित करना:रिएक्टर न केवल यह तय करता है कि कितना उत्पाद बनेगा, बल्कि यह तय करता है कि कौन सा उत्पाद बनेगा। जहां दो प्रतिक्रियाएं प्रतिस्पर्धा करती हैं, उनका अनुपात तापमान और एकाग्रता पर निर्भर करता है, इसलिए रिएक्टर तापमान प्रोफ़ाइल उत्पाद स्लेट का चयन करता है, और पोलीमराइजेशन में यह आणविक भार निर्धारित करता है और इसलिए शक्ति और पिघल सूचकांक जैसे गुण निर्धारित करता है। निवास समय वितरण समान रूप से मायने रखता है: एक वास्तविक पोत हमेशा आदर्श मिश्रण से विचलित होता है, और वह प्रसार उत्पाद वितरण को व्यापक बनाता है, कुछ अणुओं पर अति-प्रतिक्रिया करता है और प्रभावी रूपांतरण को कम करता है। ट्यूबलर रिएक्टरों के लिए फैक्ट्रियां लगभग 3 से ऊपर की लंबाई-से-व्यास के साथ इसका प्रबंधन करती हैं, बाइपासिंग को दबाने के लिए बाफ़ल, और श्रृंखला में तीन से छह उत्तेजित टैंकों के कैस्केड जहां मिश्रण और गर्मी हस्तांतरण का त्याग किए बिना प्लग प्रवाह व्यवहार की आवश्यकता होती है।

चार कॉन्फ़िगरेशन लगभग सभी फ़ैक्टरी कर्तव्यों को कवर करते हैं, और प्रत्येक को एक विशिष्ट कारण से चुना जाता है:

• बैच रिएक्टर:बढ़िया रसायनों, फार्मास्यूटिकल्स, रेजिन और विशिष्टताओं में सबसे लचीला और सबसे आम। अभिकारकों को चार्ज किया जाता है, प्रतिक्रिया को तापमान और अतिरिक्त प्रोफ़ाइल के माध्यम से चलाया जाता है, और सामग्री को छुट्टी दे दी जाती है। इसकी ताकत लचीलापन है, एक ही बर्तन कई उत्पाद बनाता है, और लंबे समय तक रहने का समय धीमी प्रतिक्रियाओं के लिए उपयुक्त है; अर्ध-बैच ऑपरेशन, जहां एक अभिकारक को समय के साथ खिलाया जाता है, गर्मी रिलीज और चयनात्मकता को नियंत्रित करता है। इसकी कमजोरियां गैर-उत्पादक समय, चार्जिंग, हीटिंग, कूलिंग, सफाई और डिस्चार्ज में चक्र का 30-60% खर्च हो सकता है, और बैच-टू-बैच परिवर्तनशीलता है, यही कारण है कि विनियमित उद्योग व्यापक दस्तावेज़ीकरण जोड़ते हैं।
• सतत् उत्तेजित टैंक रिएक्टर:लगातार खिलाया और डिस्चार्ज किया जाता है, पूरी तरह मिश्रित किया जाता है ताकि सामग्री आउटलेट एकाग्रता पर हर जगह रहे। यह लगातार उत्पाद देता है, नियंत्रित करना आसान है और घोल को अच्छी तरह से संभालता है, जो इसे पोलीमराइजेशन और किण्वन के लिए प्राकृतिक बनाता है। जुर्माना मात्रा है: क्योंकि पूरा टैंक सबसे धीमी, आउटलेट एकाग्रता पर बैठता है, एक सीएसटीआर को समान कर्तव्य के लिए प्लग फ्लो रिएक्टर की मात्रा से दो से दस गुना अधिक की आवश्यकता होती है। श्रृंखला में तीन से छह सीएसटीआर के कैस्केड के साथ पौधे इसमें से अधिकांश को पुनर्प्राप्त करते हैं, जिससे स्टिर-टैंक मिश्रण और गर्मी हस्तांतरण को बनाए रखते हुए अधिकांश प्लग प्रवाह लाभ प्राप्त होता है।
• प्लग फ्लो और ट्यूबलर रिएक्टर:सामग्री बिना किसी अक्षीय मिश्रण के पतली स्लाइस के रूप में चलती है, इसलिए लंबाई के साथ एकाग्रता उत्तरोत्तर गिरती है और औसत दर सीएसटीआर की तुलना में अधिक होती है। ट्यूबलर रिएक्टर उच्चतम वॉल्यूमेट्रिक उत्पादकता और उच्च सतह-से-आयतन अनुपात से प्रति इकाई मात्रा में उत्कृष्ट गर्मी हस्तांतरण देते हैं, यही कारण है कि वे उच्च तापमान वाली गैस-चरण प्रतिक्रियाओं जैसे 750-870 डिग्री सेल्सियस पर भाप क्रैकिंग और तेज़ एक्सोथर्मिक प्रतिक्रियाओं के लिए मानक हैं। सीमाएं पैक्ड ट्यूबों के लिए उच्च दबाव ड्रॉप, फाउलिंग और ठोस पदार्थों के साथ कठिनाई, और तथ्य यह है कि भगोड़े के पास विलुप्त होने के लिए कहीं नहीं है, इसलिए उन्हें सावधानीपूर्वक वितरित तापमान उपकरण की आवश्यकता होती है।
• तरलीकृत, पैक्ड और विशेषीकृत बिस्तर:जहां एक ठोस उत्प्रेरक शामिल होता है, संपर्क मोड उत्प्रेरक जीवन और ताप भार का अनुसरण करता है। एक निश्चित या पैक किया हुआ बिस्तर सरल होता है और प्लग-फ्लो व्यवहार देता है, लेकिन शटडाउन के बिना उत्प्रेरक को नहीं बदल सकता है, जो एक से पांच साल के उत्प्रेरक जीवन के साथ स्वच्छ फ़ीड के लिए उपयुक्त है। एक द्रवित बिस्तर ऊपर की ओर बहने वाली गैस में उत्प्रेरक को निलंबित कर देता है, जिससे निकट-आइसोथर्मल संचालन और निरंतर उत्प्रेरक परिसंचरण होता है, जो तब आवश्यक होता है जब उत्प्रेरक सेकंडों में निष्क्रिय हो जाता है, जैसे कि 500-540 डिग्री सेल्सियस पर द्रव उत्प्रेरक क्रैकिंग में, घर्षण और चक्रवात प्रवेश की कीमत पर। एक घोल या बुलबुला स्तंभ उत्कृष्ट गर्मी हटाने के लिए तरल में बारीक उत्प्रेरक को निलंबित करता है और इसका उपयोग हाइड्रोजनीकरण और फिशर-ट्रॉप्स सेवा में किया जाता है।