ความแตกต่างระหว่างเรอคเตอร์แบตช์, แผ่นผสมและเรอคเตอร์พล็อก-ฟล็อก

ในวิศวกรรมปฏิกิริยาเคมี การเลือกปฏิกิริยาที่เหมาะสม เป็นการตัดสินใจที่สําคัญที่สุดในการออกแบบกระบวนการ การเลือกกําหนดขนาดของโรงงาน ความสามารถในการผลิต ความปลอดภัยทางความร้อนและเศรษฐกิจทั่วไป.

ขณะที่มีหลายสิบตัวประเภทของปฏิกิริยาที่เชี่ยวชาญชาญ เกือบทุกกระบวนการทางเคมีอุตสาหกรรมสามารถจําลองได้ โดยใช้แนวคิดพื้นฐานสามอย่าง:ระบบปฏิกิริยาชุด, การเครื่องปฏิกิริยาไหลผสม (MFR / CSTR)และเครื่องปฏิกิริยาไหลของพล็อก (PFR).

ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างพวกมันคือ 2 ตัวแปรเวลาและพื้นที่(กระแส)

หน่วยปฏิกิริยาชุดเป็นระบบปิด คุณใส่สารปฏิกิริยาไว้ให้มันทํางาน

• ฟิสิกส์:ไม่มีการไหลเข้าหรือออกอย่างต่อเนื่องระหว่างปฏิกิริยา เครื่องปั่นให้แน่ใจว่าผสมเป็นแบบเดียวกันอย่างสมบูรณ์ความเข้มข้นในถังลดลงอย่างต่อเนื่องจากเริ่มต้นจนจบ.

• รูปแบบการป้อน:มีความแตกต่างจากเวลา, แต่เป็นแบบเดียวกันในพื้นที่(ทั่วถัง)

• การออกแบบสมการ:เพื่อหาเวลา (t) ที่จําเป็นในการบรรลุการแปลงเป้าหมาย (XA) สําหรับระบบปริมาณคง:

• ใช้ดีที่สุดสําหรับ:ยา, สารเคมีพิเศษ, การหมักและกระบวนการที่ต้องการเวลาปฏิกิริยาที่ยาวนานที่ความยืดหยุ่นและการติดตามได้เป็นสิ่งสําคัญ

ยังเป็นที่รู้จักกันทั่วไปว่าเครื่องปฏิกิริยาถังสั่นต่อเนื่อง (CSTR), เครื่องปฏิกิริยาไหลผสมเป็นระบบเปิดที่ทํางานในภาวะคงที่ เครื่องปฏิกิริยาไหลเข้าอย่างต่อเนื่อง และผลิตภัณฑ์ไหลออกอย่างต่อเนื่อง

• ฟิสิกส์:ข้อสมมุติที่กําหนดคือการผสมผสานที่สมบูรณ์แบบในวินาทีที่น้ําตกของสารปฏิกิริยาเข้าถัง มันจะแพร่กระจายทันที ดังนั้นความเข้มข้นในทุกที่ในตัวตัวปฏิกิริยาจะเหมือนกันกับความเข้มข้นของกระแสออก

• รูปแบบการป้อน:เสมอกับเวลา(สเตียดสเตย์สเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดสเตียดพื้นที่การปฏิกิริยาเกิดขึ้นเสมอที่ปริมาณต่ําสุด (ปริมาณการออก)

• การออกแบบสมการ:เพื่อหาปริมาณ (V) ที่ต้องการ:

• ใช้ดีที่สุดสําหรับ:การปฏิกิริยาในระยะของเหลวที่ร้อนมาก (ปริมาณของเหลวที่ใหญ่จะซึมความร้อน) และการผลิตสารเคมีจํานวนมากอย่างต่อเนื่อง

เครื่องปฏิกิริยาพลัคฟล็อก (Plug Flow Reactor) เป็นส่วนใหญ่เป็นท่อหรือท่อยาว เช่นเดียวกับ MFR เป็นระบบเปิดแบบต่อเนื่องและคงที่ แต่ไม่มีการผสมผสานทางกล

• ฟิสิกส์:น้ํายาเคลื่อนไหวผ่านท่อในขนาน "พล๊อก" มีการผสมผสานที่สมบูรณ์แบบ radially (ข้ามความกว้างของท่อ), แต่0 การผสมผสานทางแกน(ตามความยาวของท่อ) ในขณะที่ของเหลวเดินทางลงในท่อ, reactants ได้รับการบริโภคต่อเนื่อง

• รูปแบบการป้อน:เสมอกับเวลา(สภาพคงที่) แต่แตกต่างกันในพื้นที่ความเข้มข้นสูงสุดที่ทางเข้า และลดลงอย่างราบรื่นถึงจุดต่ําสุดที่ทางออก

• การออกแบบสมการ:เพื่อหาปริมาณ (V) ที่ต้องการ:

• ใช้ดีที่สุดสําหรับ:การปฏิกิริยาในระยะก๊าซที่รวดเร็ว, การแตกของปิโตรเคมีที่อุณหภูมิสูง, และปฏิกิริยากระตุ้น (ที่ท่อถูกบรรจุด้วยกระตุ้นแข็ง)

เพื่อที่จะเข้าใจความแตกต่างระหว่างตัวประกอบไฟฟ้าเหล่านี้ คุณต้องดูว่ามันสามารถเปลี่ยนสารเคมีได้อย่างมีประสิทธิภาพแค่ไหนมันต้องใช้ปริมาตรที่ใหญ่กว่า PFR เพื่อบรรลุการแปลงแบบเดียวกัน (สําหรับการปฏิกิริยาแบบปกติ).

ใช้เครื่องจําลองด้านล่าง เพื่อปรับค่าแปลงเป้าหมาย และอัตราปฏิกิริยา เพื่อดูว่าแบบจําลองคณิตศาสตร์จะปรับขนาดตัวปฏิกิริยาได้อย่างไร

1. เลือก Batch หาก:คุณกําลังผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีคุณค่าสูงในปริมาณน้อย (เช่นยา) ที่คุณจําเป็นต้องใช้อุปกรณ์เดียวกันเพื่อทําสูตรอาหารที่แตกต่างกัน หรือถ้าปฏิกิริยาของคุณใช้เวลา 12+ ชั่วโมงในการสมบูรณ์

2. เลือกกระแสผสมผสาน (MFR/CSTR) หาก:คุณกําลังแปรรูปของเหลวจํานวนมาก การดําเนินการกระบวนการทางชีววิทยา (เช่นการบํารุงน้ําเสีย) หรือต้องการควบคุมการปฏิกิริยาที่ปล่อยความร้อนจํานวนมากอย่างปลอดภัย

3. เลือกอัตราการไหลของพล็อก (PFR) หาก:คุณกําลังดําเนินการกระบวนการก๊าซขนาดใหญ่ ต้องการผ่าตัดปฏิกิริยาที่เล็กที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ หรือกําลังดําเนินปฏิกิริยาผ่านเตียงกระตุ้นที่แข็งแรง (เช่น การชําระน้ํามัน)