화학 원자로 는 무엇 인가? 원칙, 종류 및 적용

핵심 질문에 답합니다.화학 원자로 는 무엇 이며, 그 설계 는 어떻게 원료 를 화학 제품 으로 변환 하는 것 을 지배 합니까?화학 원자로는 화학 반응이 온도, 압력, 혼합,원료 (반응 물질) 를 원하는 제품으로 변환하는 거주 시간원자로는 모든 화학적 과정의 중심이며, 그 설계는 반응 속도 (제품의 생성 속도), 변환 (소비된 반응 물질의 분수),선택성 (자원한 제품과 원치 않는 제품의 비율), 및 출력 (공동체 공급 단위 당 원하는 제품량). 모든 하류 단위 작업 분리, 정화, 포뮬레이션 은 원자로 출력량에 따라 설계됩니다.

1화학 원자로의 기본 작동 원칙

·질량 및 에너지 균형기본 설계 방정식은 질량과 에너지의 보존에서 유래된다. 모든 원자로에 대해: 입력 − 출력 + 생성 − 소비 = 축적. 평형 상태 (연속 원자로), 원자로의 원자력 공급은 원자력 생산에 의해 이루어진다.축적은 0입니다.대량 원자로의 경우 시간 의존적 축적 용도는 반응 진행을 결정합니다. 에너지 균형은 반응 열 (ΔHr) 을 고려해야합니다.ΔH < 0) 또는 내열 (열 흡수), ΔH > 0), 목표 온도를 유지하기 위해 일치하는 열 제거 또는 공급이 필요합니다.

·**반응 운동학과 속도 법칙**반응 속도는 반응물질 농도, 온도 및 촉매 활동에 따라 나타납니다. r = k × C ^ n, k는 속도 상수 (아레니우스 다음: k = A × e ^ ((-Ea / RT)),C는 농도입니다, n 는 반응 순서입니다. 원자로 설계는 작동 온도에서 원하는 변환을 위해 충분한 체류 시간을 제공해야합니다. 90% 변환에서 첫 번째 순위 반응에,요구되는 거주 기간은 t = -ln(0.1) /k = 2.3/k. 온도 민감도는 높습니다: 10 ° C 증가로 일반적으로 속도가 두 배 증가합니다.

·** 이상적인 원자로 모델 **세 가지 이상적인 모델은 설계 기준으로 사용됩니다: (1) 팩 리액터 (Batch Reactor) 란 일률적 농도, 시간에 따라 변화합니다. (2) CSTR (CSTR) 는 평형 상태에서 출력 농도와 동등한 일률적 농도입니다.(3) PFR의 농도는 길이에 따라 달라집니다.같은 변환을 위해, PFR는 긍정적 순위 반응에 대한 CSTR보다 더 적은 부피를 필요로합니다. 평균 반응 속도가 더 높기 때문입니다.실제 원자로들은 이러한 이상에 다양한 차원에서 접근합니다..

2화학 반응기의 주요 유형

·**배치 조동 탱크 원자로 **반응물질로 충전된 닫힌 용기, 동열 또는 프로그래밍 온도 프로파일로 작동하고 반응이 목표 변환에 도달 한 후에 방출됩니다.멀티 제품 시설에 대한 최대 유연성. 변환은 팩 시간으로 증가합니다. 부작용이 중요한 경우 선택성이 감소 할 수 있습니다. 미세 화학 물질, 의약품 및 특수 화학 물질에 대한 표준. 용량 50 L에서 20까지,1000L.

·** 연속 믹스 탱크 원자로 (CSTR) **연속적으로 공급되는 반응기 및 제품, 배의 컨텐츠와 출구 흐름과 동일한 균일 농도와 온도에서 추출. 평형 상태에서,전환은 거주 시간으로 결정됩니다 (τ = V/F). 다수의 CSTRs는 백믹스 동작의 혼합 이점을 유지하면서 플러그-플로우 동작을 대략적으로 측정한다. 중화, 중화 및 연속 결정화에 대한 표준이다.

·튜버 / 플러그 흐름 원자로 (PFR)길이를 따라 농도와 온도가 변하지만 모든 가로단에서 균일한 긴 튜브 모양의 용기. 긍정적 순위 반응에서 부피 단위 당 가장 높은 변환을 달성합니다.아디아바틱 (외열 반응에 대한 변환으로 온도가 상승) 또는 열 교환 (온도 조절을 위한 다관 구조)가스 단계 촉매 반응, 중합화 및 석유 화학 처리 표준.

화학 원자로 유형 비교 행렬

자주 묻는 질문 (FAQ)

대량 원자로와 연속 원자로의 근본적인 차이점은 무엇일까요?

대량 원자로에서는 반응 물질이 시작 시에 충전되고 각 주기의 끝에서 제품이 방출됩니다. 농도는 시간이 지남에 따라 변합니다. 연속 원자로 (CSTR 또는 PFR) 에서는,반응 물질은 지속적으로 공급되고 제품은 지속적으로 제거됩니다.· 평형 상태에서 조건은 시간이 지남에 따라 변하지 않습니다. 대량 원자로는 최대 유연성을 제공하며 소량 또는 다품질 프로세스에 선호됩니다.연속 원자로는 단위 용량당 더 높은 처리량을 제공하며 대용량 단일 제품 프로세스에 선호됩니다..

왜 PFR는 같은 용량에 대한 CSTR보다 더 높은 변환을 달성합니까?

PFR에서, 반응은 튜브 길이를 따라 발생하며, 입구에서 반응 물질의 농도가 가장 높고 출구로 향하는 농도가 감소합니다.평균 반응 속도 (긍정 순위 반응의 농도에 비례) 는 CSTR보다 높습니다., 전체 원자로가 낮은 출력 농도에서 작동합니다. 이것은 PFR가 적은 부피로 동일한 변환을 달성하거나 같은 부피로 더 높은 변환을 달성한다는 것을 의미합니다.이점은 반응 순서와 목표 변환으로 증가합니다..

온도와 반응속도는 어떤 관계가 있을까요?

아레니우스 방정식 (k = A × e ^ ((-Ea / RT)) 는 속도 상수 k가 온도와 함께 기하급수적으로 증가한다는 것을 보여줍니다. 80 kJ / mol의 전형적인 활성화 에너지는25°C 주위의 10°C 상승은 반응 속도를 약 두 배로 증가시킵니다.이 감수성은 온도 조절이 중요하다는 것을 의미합니다: 외열 원자로의 5 ° C 온도 지점은 30 ~ 50% 로컬 속도 증가로 이어질 수 있습니다.열 제거가 충분하지 않으면 무산 상태로 이어집니다..

어떤 요소가 새로운 공정에 대한 원자로 유형 선택에 결정합니까?

주요 요인은: (1) 반응 운동학 빠른 반응은 연속적인 것을 선호합니다. 느린 반응은 실용적인 거주 시간을 위해 팩이 필요할 수 있습니다.(2) 생산량~대량 생산량(3) 제품 혼합·다중 제품 시설은 유연성을 위해 팩을 선호합니다. (4) 단계 시스템·가스 단계 반응은 일반적으로 튜브형 원자로를 사용합니다. 액체 단계는 섞인 탱크를 사용할 수 있습니다.(5) 열효과~고도로 외열 반응은 효율적인 열 전달이 필요합니다 (미크로 반응기)(6) 안전성 소량으로 연속적인 흐름은 위험한 화학물질에 더 안전합니다.