공장 내 의 원자로 는 무엇 인가: 공정 공장 의 기능, 종류 및 역할

공장의 원자로란 무엇입니까?반응기는 제어된 화학 또는 생화학적 반응을 통해 원료가 의도적으로 다른 더 가치 있는 물질로 변환되는 제조 공장의 용기입니다. 식물의 다른 모든 것은 식물에 영양을 공급하거나, 식물에서 분리하거나, 생산물을 정화하기 위해 존재합니다. 반응기가 단순한 탱크와 다른 점은 크기와 모양이 세 가지 균형, 즉 부피를 고정하는 몰 균형, 시간을 고정하는 속도 법칙, 일반적으로 한계를 고정하는 에너지 균형에 의해 설정된다는 점입니다. 왜냐하면 반응 속도는 10°C 상승할 때마다 대략 두 배가 되고 일반적인 발열은 50~300°C의 단열 온도 상승으로 50~250kJ/mol을 방출하기 때문입니다. 공장에서 볼 수 있는 네 가지 구성은 배치 반응기, 연속 교반 탱크 반응기, 플러그 흐름 반응기 및 유동층이며, 이들 중 선택은 선호도보다는 생산 속도, 열 부하 및 제품 슬레이트에 따라 결정됩니다.

원자로의 임무는 공급물을 가져와 정의된 전환율, 선택성 및 품질로 제품을 제공하는 것이며, 세 가지 물리적 현실이 이를 달성하는 방법을 결정합니다.

• 제어된 화학을 통해 사료를 제품으로 전환:비료 공장에서는 반응기가 암모니아와 이산화탄소를 요소로 바꾸고, 폴리머 공장에서는 모노머로부터 긴 사슬을 만들고, 바이오정제소에서는 발효기가 제품을 만드는 세포를 성장시킵니다. 반응기는 부가가치를 창출하는 단계입니다. 증류 또는 결정화와 같은 업스트림 장치는 반응기가 생성하는 물질만 분리하고 정제합니다. 이것이 단일 패스에서 완전한 전환을 달성하는 것이 일반적으로 비경제적이고 많은 반응이 평형이 제한되어 재활용을 통한 90-98% 단일 패스 전환이 정상이기 때문에 플랜트가 반응기 주변에 설계되고 반응하지 않은 공급물이 폐기되지 않고 반환되도록 배열된 분리 및 재활용 루프가 있는 이유입니다.
• 안전한 범위 내에서 반응 유지:속도는 기하급수적으로 온도에 따라 달라지기 때문에 원자로는 발전소의 주요 위험 요소이기도 합니다. 발열 반응은 온도를 높이는 열을 방출하여 반응을 가속화하고 더 많은 열을 방출합니다. 적절하게 제거하지 않으면 배치가 흘러 나가고 용매가 끓고 압력이 용기 한계 이상으로 올라가 내용물이 분해될 수 있습니다. 따라서 공장 반응기는 자동 온도 및 공급 제어, 공급을 중단하고 완전 냉각을 적용하는 독립적인 고온 트립, 별도의 유틸리티에 대한 비상 냉각, 특정 반응 사례에 대한 DIERS 방법론에 따른 압력 완화 등 여러 개의 독립적인 보호 레이어를 갖추고 있습니다. 용기 형상, 재킷 또는 코일 영역, 온도 센서의 위치는 모두 생성된 열이 평균뿐만 아니라 용기의 모든 지점에서 항상 제거될 수 있도록 선택됩니다.
• 체류 시간 및 혼합을 통한 제품 품질 설정:반응기는 생성물이 얼마나 형성되는지 결정할 뿐만 아니라 어떤 생성물이 형성되는지도 결정합니다. 두 반응이 경쟁하는 경우 그 비율은 온도와 농도에 따라 달라지므로 반응기 온도 프로필이 제품 슬레이트를 선택하고 중합에서는 분자량과 강도 및 용융 지수와 같은 특성을 설정합니다. 체류 시간 분포도 마찬가지로 중요합니다. 실제 용기는 항상 이상적인 혼합에서 벗어나며, 이로 인해 제품 분포가 넓어지고 일부 분자가 과도하게 반응하며 효과적인 전환이 낮아집니다. 공장에서는 관형 반응기의 경우 약 3이 넘는 길이 대 직경, 바이패스를 억제하기 위한 배플, 혼합 및 열 전달을 희생하지 않고 플러그 흐름 동작이 필요한 직렬로 연결된 3~6개의 교반 탱크 캐스케이드를 통해 이를 관리합니다.

네 가지 구성은 거의 모든 공장 ​​업무를 포괄하며 각각은 특정한 이유로 선택됩니다.

• 배치 반응기:정밀 화학, 의약품, 수지 및 특수 분야에서 가장 유연하고 가장 일반적입니다. 반응물을 충전하고 온도 및 첨가 프로필을 통해 반응을 진행한 후 내용물을 배출합니다. 그 강점은 유연성이며, 동일한 용기로 많은 제품을 만들고, 긴 체류 시간은 느린 반응에 적합합니다. 시간이 지남에 따라 하나의 반응물이 공급되는 반배치 작업은 열 방출과 선택성을 제어합니다. 약점은 비생산적인 시간, 충전, 가열, 냉각, 청소 및 방전이 주기의 30~60%를 소모할 수 있다는 것과 배치 간 가변성입니다. 이것이 규제 대상 산업이 광범위한 문서를 추가하는 이유입니다.
• 연속 교반 탱크 반응기:지속적으로 공급 및 배출되며 완벽하게 혼합되어 내용물이 출구 농도에서 어디에나 머물게 됩니다. 이는 일관된 제품을 제공하고 제어하기 쉽고 슬러리를 잘 처리하므로 중합 및 발효에 자연스럽습니다. 단점은 부피입니다. 전체 탱크가 가장 느린 배출구 농도에 있기 때문에 CSTR은 동일한 작업을 수행하기 위해 플러그 흐름 반응기 부피의 2~10배가 필요합니다. 플랜트는 직렬로 연결된 3~6개의 CSTR 캐스케이드를 통해 많은 양을 회수하여 교반 탱크 혼합 및 열 전달을 유지하면서 플러그 흐름 이점을 대부분 얻습니다.
• 플러그 흐름 및 관형 반응기:재료는 축 방향 혼합 없이 얇은 조각으로 이동하므로 농도는 길이를 따라 점진적으로 떨어지고 평균 속도는 CSTR보다 높습니다. 관형 반응기는 높은 표면 대 부피 비율로 최고의 부피 생산성과 단위 부피당 탁월한 열 전달을 제공하므로 750~870°C의 증기 분해와 같은 고온 기상 반응 및 빠른 발열 반응에 표준입니다. 제한 사항은 포장된 튜브의 압력 강하가 더 높고, 오염 및 고형물이 발생하기 어렵고 폭주가 소멸될 곳이 없다는 사실이므로 신중하게 분산된 온도 계측이 필요합니다.
• 유동층, 포장층, 특수층:고체 촉매가 포함된 경우 접촉 모드는 촉매 수명과 열 부하를 따릅니다. 고정층 또는 충전층은 단순하고 플러그 흐름 동작을 제공하지만 정지 없이는 촉매를 변경할 수 없으므로 촉매 수명이 1~5년인 깨끗한 공급물에 적합합니다. 유동층은 상승하는 가스에 촉매를 정지시켜 거의 등온에 가까운 작동과 지속적인 촉매 순환을 제공합니다. 이는 마모 및 사이클론 동반을 희생하여 500~540°C의 유체 촉매 분해에서와 같이 촉매가 몇 초 만에 비활성화될 때 필수적입니다. 슬러리 또는 버블 컬럼은 우수한 열 제거를 위해 미세한 촉매를 액체에 현탁시키며 수소화 및 Fischer-Tropsch 서비스에 사용됩니다.