Reattore a scambio termico: quando la rimozione o l'apporto di calore controlla la reazione

Reattore di trasferimento di calore: quando la rimozione o l'apporto di calore controllano la reazione

Un reattore di trasferimento di calore è un recipiente in cui il movimento di calore dentro o fuori è il fattore di controllo per la reazione, non solo una necessità di sfondo.e se il calore non è gestitoIl reattore è quindi progettato attorno alla superficie di trasferimento del calore, al fluido e al sistema di controllo tanto quanto attorno alla chimica.Questo articolo tratta le configurazioni e i principi che fanno funzionare i reattori a trasferimento di calore.

Perché il trasferimento di calore può controllare la reazione

In una reazione esotermica, il calore rilasciato deve essere rimosso abbastanza velocemente da mantenere il punto di impostazione; in una reazione endotermica, il calore deve essere fornito.Quando il carico di calore è grande, la capacità del reattore di trasferire calore, non il catalizzatore o la cinetica, determina il throughput.

• Fuggista esotermica:La perdita di raffreddamento può accelerare la reazione.
• Perdita di selettività:I punti caldi o freddi modificano la miscela di prodotti.
• Limite di trasmissione:Il tasso di rimozione del calore limita la produzione.

Configurazioni di trasferimento di calore

Reattore a giacca

Una giacca circonda il guscio, trasportando il liquido di riscaldamento o di raffreddamento.

• Utilizzare:Dover moderato, facile da pulire.
• Limite:Area limitata; la parete funge da resistenza termica.

Reattore a bobina interna

Una o più bobine all'interno del recipiente aggiungono superficie per elevati compiti, a costo di occupare il volume e complicare la pulizia.

• Utilizzare:Alta tensione termica in un guscio compatto.
• Limite:Ocupa il volume del reattore, difficile da pulire.

Cappotto a mezza bobina

Le bobine esterne a mezzo tubo trasportano il fluido di trasferimento del calore in zone, consentendo diverse temperature intorno al recipiente e una pressione più elevata nel fluido di servizio rispetto a una giacca completa.

• Utilizzare:Fluido di servizio ad alta pressione, riscaldamento/raffreddamento in zona.
• Limite:Una fabbricazione piu' complessa.

Dimensioni della superficie di trasferimento del calore

La superficie è dimensionata a partire dal carico termico utilizzando la relazione di base Q = U A delta-T, dove U è il coefficiente globale di trasferimento di calore, A l'area e delta-T la differenza di temperatura di guida.L'ingegnere massimizza U (scelta del fluido e agitazione) e fornisce A sufficiente per il peggiore caso di lavoro.

• Coefficiente U:Sposta da liquidi, pareti e sporcizia.
• Guida delta-T:Una differenza maggiore richiede meno area.
• Il peggiore dei casi:Dimensioni per il rilascio di calore massimo, non media.

Agitazione e trasferimento di calore

• Coefficiente di parete:Si alza con la velocità e la turbolenza.
• Effetto viscosità:I fluidi densi trasmettono il calore male.
• Dischi di deflezione:Migliorare la miscelazione a granello e il rinnovamento della superficie.

Controllo e sicurezza

Poiché l'equilibrio termico è fondamentale per la sicurezza nel servizio esotermo, il sistema di raffreddamento è interconnesso e spesso supportato da un soccorso di emergenza.La temperatura viene monitorata in diversi punti per individuare i punti caldi prima che abbiano importanza..

• Interblocchi:raffreddamento automatico o spegnimento in caso di eccesso di temperatura.
• Soccorso di emergenza:L'ultima protezione contro la fuga.
• Misurazione ridondante:Più sensori su tutto il letto o il volume.

Applicazioni

I reattori a trasferimento di calore dominano le polimerizzazioni, le idrogenazioni, le nitrazioni e altre sintesi fortemente esotermiche, nonché i processi termici endotermici che richiedono un calore costante.

Configurazioni dei reattori di trasferimento di calore

In un reattore a trasferimento di calore, la reazione è stabile solo quanto il bilanciamento termico.e la misurazione segue il dovere del caso peggioreSe il trasferimento di calore è corretto, la chimica si comporta; se sbagliate, il reattore decide il risultato per voi.

Domande frequenti (FAQ)

Cos'è un reattore di trasferimento di calore?

È un reattore in cui il riscaldamento o il raffreddamento è il fattore di controllo per la reazione, in genere perché la chimica è fortemente esotermica o endotermica.Il recipiente è progettato intorno alla superficie di trasferimento del calore, fluido, e sistema di controllo tanto quanto la chimica di reazione stessa.

Quali sono i principali progetti di reattori di trasferimento di calore?

Le tre configurazioni più comuni sono il reattore a giacca (fluido in una giacca esterna), il reattore a bobina interna (bobine all'interno del recipiente per una maggiore area),e la giacca di bobina a mezzo tubo (bobine esterne con zona che possono trasportare fluido di servizio ad alta pressione)La scelta segue il dovere e la necessità di pulizia.

Quali sono le dimensioni della superficie di trasferimento del calore?

Dal carico termico utilizzando Q = U A delta-T, dove U è il coefficiente complessivo, A l'area e delta-T la differenza di temperatura di guida.con U sollevato dalla scelta e agitazione del fluido, in modo che il reattore possa mantenere il punto di impostazione in modo sicuro.

Perché l'agitazione è importante per il trasferimento di calore?

L'agitazione aumenta la turbolenza alla parete, aumentando il coefficiente di trasferimento del calore e rinnovando il fluido in superficie.Quindi la qualità della miscelazione influenza direttamente quanto bene il reattore può riscaldare o raffreddare.

Cosa succede se un reattore di trasferimento di calore perde il raffreddamento?

In una reazione esotermica la temperatura sale, la velocità accelera e il sistema può scappare verso la sovrapressione.Per questo motivo il raffreddamento è collegato alla risposta automatica e supportato da un sistema di soccorso in caso di emergenza come ultima protezione.

Quando una bobina interna e' meglio di una giacca?

Quando il carico di calore è troppo elevato per la sola superficie della conchiglia, una bobina aggiunge spazio interno per un servizio compatto e ad alto rendimento, a costo di occupare il volume del reattore ed essere più difficile da pulire.quindi si adatta senza sporcarsi, corse di alta prestazione.

I reattori a trasferimento di calore sono solo per reazioni esotermiche?

No. Le reazioni endotermiche quali il cracking termico o alcune disidratazioni richiedono un calore costante, e si applica lo stesso modo di pensare: sufficiente superficie, un liquido di riscaldamento adeguato,e controllo per mantenere uniformemente la temperatura.