تفاوت میان راکتورهای دسته ای، جریان مخلوط و جریان پلاگین

در مهندسی واکنش های شیمیایی، انتخاب راکتور مناسب مهم ترین تصمیم در طراحی فرآیند است. انتخاب اندازه، ظرفیت تولید، ایمنی حرارتی،و اقتصاد کلی.

در حالی که ده ها نوع رآکتور تخصصی وجود دارد، تقریباً تمام فرآیندهای شیمیایی صنعتی را می توان با استفاده از سه ایده آل سازی اساسی مدل سازی کرد:راکتور دسته،راکتور جریان مخلوط (MFR / CSTR)، وراکتور جریان پلاگین (PFR).

تفاوت اساسی بین آنها به دو متغیر برمی گردد:زمانوفضا(جريان)

یک رآکتور دسته ای یک سیستم بسته است. شما آن را با واکنش دهنده ها پر می کنید، اجازه می دهید واکنش برای مدت زمان مشخص اجرا شود، و سپس آن را خالی کنید.

• فیزیک:در طول واکنش هیچ جریان مداوم وارد یا خارج نمی شود. مخلوط کننده اطمینان می دهد که مخلوط کاملا یکسان است.غلظت درون مخزن از ابتدا تا انتها به طور مداوم کاهش می یابد..

• مشخصات غلظت:بازمان، اما به طور یکنواخت درفضا(در سراسر مخزن).

• معادله طراحی:برای پیدا کردن زمان (t) مورد نیاز برای دستیابی به تبدیل هدف (XA) برای یک سیستم حجم ثابت:

• بهترین استفاده برای:داروسازی، مواد شیمیایی تخصصی، تخمیر و فرآیندهایی که نیاز به زمان واکنش طولانی دارند که انعطاف پذیری و ردیابی در آن بسیار مهم است.

همچنین به طور جهانی به عنوانراکتور مخزن مخلوط مداوم (CSTR)، راکتور جریان مخلوط یک سیستم باز است که در حالت ثابت کار می کند. راکتورها به طور مداوم وارد می شوند و محصولات به طور مداوم خارج می شوند.

• فیزیک:فرضیه تعریف کننده اینه کهمخلوط کردن کاملدر لحظه ای که قطره ای از واکنش دهنده وارد مخزن می شود، بلافاصله پراکنده می شود. بنابراین، غلظت هر جایی در داخل راکتور با غلظت جریان خروجی یکسان است.

• مشخصات غلظت:ثابت بازماندر حالت ثابت و یکنواخت درفضاواکنش همیشه در کمترین غلظت ممکن (گردهی خروجی) رخ می دهد.

• معادله طراحی:برای پیدا کردن حجم مورد نیاز (V):

• بهترین استفاده برای:واکنش های فاز مایع بسیار گرم (حجم زیاد مایع گرما را جذب می کند) و تولید مداوم مواد شیمیایی.

یک راکتور جریان پلاگ معمولاً یک لوله یا لوله طولانی است. مانند MFR ، این یک سیستم باز مستمر و ثابت است ، اما هیچ مخلوط مکانیکی ندارد.

• فیزیک:مایع از طریق لوله در موازی حرکت می کند "پلاک". وجود دارد مخلوط کامل رادیال (در سراسر عرض لوله) ، امامخلوط محوری صفر(در امتداد طول لوله) در حالی که مایع در لوله حرکت می کند، واکنش دهنده ها به طور مداوم مصرف می شوند.

• مشخصات غلظت:ثابت بازماندر حالت ثابت، اما درفضاغلظت در ورودی بالاتر است و به آرامی به پایین ترین نقطه خود در خروجی کاهش می یابد.

• معادله طراحی:برای پیدا کردن حجم مورد نیاز (V):

• بهترین استفاده برای:واکنش های سریع فاز گازی، ترکابی پتروشیمی در دمای بالا و واکنش های کاتالیز (که در آن لوله با کاتالیزور جامد بسته بندی شده است).

برای درک واقعی تفاوت بین این راکتورها، باید نگاهی بیندازید که چقدر به طور کارآمد آنها تبدیل شیمیایی را به دست می آورند.همیشه نیاز به حجم بزرگتر از PFR برای دستیابی به همان تبدیل (برای حرکات واکنش طبیعی).

از شبیه ساز زیر برای تنظیم تبدیل هدف و سرعت واکنش استفاده کنید تا ببینید چگونه مدل های ریاضی اندازه های راکتورها را متفاوت می کنند.

1. دسته را انتخاب کنید:شما در حال تولید مقادیر کمی از محصولات با ارزش بالا (مانند داروها) هستید که نیاز به استفاده از همان تجهیزات برای تهیه دستور العمل های مختلف دارید، یا اگر واکنش شما 12 ساعت طول می کشد تا تکمیل شود.

2. انتخاب جریان مخلوط (MFR/CSTR) اگر:شما در حال پردازش حجم زیادی از مایع هستید، یک فرآیند بیولوژیکی را اجرا می کنید (مانند تصفیه فاضلاب) ، یا نیاز به کنترل ایمن یک واکنش دارید که مقدار زیادی گرما را منتشر می کند.

3. جریان پلاگ (PFR) را انتخاب کنید اگر:شما در حال کار با یک فرآیند گاز در مقیاس بزرگ هستید، نیاز به مطلق کوچکترین رد پای راکتور ممکن است، یا یک واکنش را از طریق بستر کاتالیتیک جامد (به عنوان مثال پالایش نفت) اجرا می کنید.