化学 炉 は 何 に 用い られ ます か

根本的な質問に答えます化学反応器は何のために使われますか.化学反応炉は,工業規模で制御された化学反応を行い,原材料を望ましい製品に変換するために使用される.単純なタンクではできない4つの機能を実行する.その反応を安全に 指定された圧力と温度範囲内にとどめる.混合することで 分子規模で反応物質を結合させ 温度を最適な軌道で保つために熱を添加または除去します時間ではなく反応が結果を制限するように原子炉は -50 °Cから500 °C,真空から35 MPaまで,停留時間は2秒から24時間まで.

1化学反応器の4つの機能

5Lの実験装置から 300m3の生産容器まで 全ての原子炉は 同じ4つの仕事をするために存在します動揺して:

• 収容と安全:原子炉とは,反応が到達できる最大圧力と温度, including runaway case を指定したASME VIII Division 1やEN 13445などの認識されたコードに従って構築された圧力境界線である..また,危険物質,毒性物質,または易燃性物質を含み,DIERS 方法によってサイズされた緊急救助経路を提供する必要があります. 脱出反応は殻を破る代わりに安全に通気できるようにします.この収納機能が原因で 原子炉は同じサイズの貯蔵タンクよりも キュービックメートルあたりはるかに高い設計,溶接,テストの記録を 持っています
• 混合と接触:反応物質は 分子規模で一致しなければなりません 混合性の液体では 渦巻き混合を意味します液体ガス反応では,水素化などで,ガスを泡に分散させ,表面面を形成する.固体触媒反応では,触媒を懸浮状態に保ち,液体を床を通過させることを意味します.そして不溶液の場合 滴の大きさの分布を 作り出すことを意味します 後に分離するのに十分な大きさですが 今反応するのに十分な大きさです混合強度は,液体システムでは通常0.2〜5kW/m3で,容量あたりの電力で表現され, 60%~95%の変換の違いである.
• 熱管理:ほぼすべての工業反応は熱を放出したり吸収したりし,多くの反応は熱を大量に放出します.エチレンのポリメリゼーションでは約100kJ/molが放出され,窒素化は150kJ/molを超えることができます.アロマティクスの水素化は 200~300 kJ/molに達します熱が発生する速さで除去されない場合 温度が上昇し 速度は指数関数的に上昇し 原子炉は逃げ出します外循環回路熱を除去する能力ではなく,反応動力学が最大生産率を決定する.
• 居住期間と換算:反応の範囲は,材料が温度でどれくらい滞在するかによって異なります.第一順序反応では,変換 X = 1 - exp ((-k·tau),したがって95%の変換にk·tau が3.0で,99%には4が必要です.6時間があまりに短すぎると,原材料と廃棄物の分離能力が未加工のまま残ります.時間があまりに長すぎると,製品が劣化したり,連続した反応で副産物を形成したりします.居住時間の分布が重要な理由です一つの混ぜたタンクでは 広範囲の指数分布が得られますそしてBがAからBからCへの望ましい中間物質である反応のために利回りが10〜20パーセントポイント変化します

2化学反応器が使用される場所

プロセスの産業のあらゆる分野に原子炉が現れ,5つの分野は,設計が完全に変化する一方で,目的が変わらないことを示しています.

• 石油化学と精製:世界最大の原子炉がここに作動しています 液体催化クレーカーで 重油をガソリンに変換します 500~550°Cで水素処理機と水素破裂機 8〜20MPaと350〜420°Cのトリップベッド炉で硫黄とクラック重分子を除去する800~900°Cで水素を生産する蒸気リフォーム機. 主要な制約は触媒の寿命と熱バランスです.装置は連続運転のために設計されており,シャットダウン間を数年に計測し,バッチではなく,.
• 医薬品および精細化学物質:原子炉は多用途のバッチ容器で 通常は100~10,000Lの 316Lまたはガラスで覆われた鋼で 数週間ごとに変化する合成ステップに使用されます清潔性容器は,製品間を清掃し,検証し,cGMPの期待に準拠して検証され,全セットプロファイルを記録するための機器を装備する必要があります.反応は遅いし 選択的だ1kgあたり値は,生産量と純度が優れているほど高い.
• ポリマー生産:原子炉では ポリエチレンやポリプロピレンから 塗料や粘着剤のエムルションポリマーまで 全てが作られています反応の過程で粘度が大きさの順番で上昇し,反応は強く熱外反応であるポリエチレンプラントではループ炉や 70~110°Cと2~30MPaの流体化床を使用します.ラテックスのエムルションポリメリゼーションは,数時間間のモノメア供給で50~90°Cで混ぜたタンクで実行されます..
• 食品,飲料,発酵これらの用途では,原子炉はバイオリアクターまたは発酵機であり,反応は生物学的である.酵母が30~35°Cで糖をエタノールに変換し,細菌が30~37°Cで酵素や有機酸を生産し,治療性タンパク質を産生する哺乳類の細胞.5-37°C. 機能は変わらないが,不妊性,軽い振動,酸素伝達 30〜200hのkLaで表現される圧力と温度ではなく 制御設計要件になります.
• 水,廃棄物,エネルギー変換また,原子炉は作るのではなく破壊します.湿気酸化により,有機汚染物質は200~320°Cと2~20MPaで破壊され,無酸素消化機は35~38°Cで有機廃棄物をバイオガスに変換します.400~600°Cで廃棄されたプラスチックやタイヤを石油に変換するピロリシス反応器廃棄物や有害廃棄物を処理する燃焼およびガス化システムです.製品合成ではなく,廃棄やエネルギー回収を目的とする反応の収束.

産業別化学反応器の用途

よくある質問 (FAQ)

Q: 化学反応器と混合タンクの違いは?

A: 混合タンクでは,その内容の物理状態を変化させ,混合,溶解,懸浮,または乳化しますが,その化学的同一性を変化させることを意図していません.化学反応器は: 定着時間,反応エンタルピーの大きさに応じて熱伝送システム,変換を追跡する計測装置反応の失敗モードを含む圧力と温度を指定する実用的には,ハードウェアが重なり合っているので,ジャケット付きの騒動容器は両方の役割を果たすことができますが,仕様は異なります.脱走シナリオとリレフのサイズミキサーでは 混ぜる力と混ぜる時間だけが必要です

Q: 原子炉が異なる反応を 起こすことは可能ですか?

A: そうです これは精密化学物質や医薬品の 標準的なアプローチで 多用途プラントは 同じ容器で数十種類の合成をします反応は温度で互換的な動作窓を共有しているからです工場は,前期からの残留物が許容範囲を下回っていることを証明するために,清掃検証に投資しているからです.反応には根本的に異なる装置が必要である場合では機能しません: 30 MPa のプロセスと固体触媒は,低圧エミュルションポリマー化と容器を共有することはできません.1 μg/m3未満の収納を必要とする高効性化合物は専用列車が必要です.

Q: なぜ一部の原子炉は連発型で 他の原子炉は連続型なのか?

A: 選択は,容量,価値,および化学に依存します.連続操作は,キログラムあたりコストが低く,より安定した品質,より良い熱統合をもたらします.年間数万トンを生産する商品に使われていますバッチ操作は柔軟性と追跡性を有し,多くの製品が同じ機器を使用し,キャンペーンが短い場合,もしくは高価で厳格に規制されている製品一つの製品の年間約5000~1万トンの上では,継続的な生産が経済的に優れている.その下では,または頻繁に製品が変更される場合,バッチが優れている.

Q: 化学反応炉にはどんな安全システムが必要ですか?

A: 層面的な保護. 防止はプロセス制御から来ます: 温度と圧力制御ループ, フィードレート制限,自動シャットダウンによる高整合性アラーム.検知には圧力も含まれます熱測定や排気ガスのモニタリングをすることで 早期に脱出を検知できます緩和には,特定の脱走シナリオの DIERS 方法を用いた緊急救援の規模が含まれます.排気ドラム,スクルーバー,またはフレアに換気; 溶解または冷却によって停止できる反応のためのダンプタンクまたは消火システム; 大気が燃やす場合,惰性化.消極的保護には,爆撃基準の制御室と隔離距離が含まれますすべての層は 文書化されたテストを必要とします テストされていないインターロックが 保護ではありません