รีแคเตอร์เคมีคืออะไร หลักการ ประเภทและการใช้งาน

ตอบคําถามหลัก:เครื่องปฏิกิริยาเคมีคืออะไร และการออกแบบของมันควบคุมการแปลงวัตถุดิบเป็นผลิตภัณฑ์เคมีอย่างไร?เครื่องปฏิกิริยาเคมีคือภาชนะหรือระบบที่ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นภายใต้สภาพที่ควบคุมได้ของอุณหภูมิ ความดัน การผสมผสานและเวลาที่ใช้ในการแปลงวัสดุแท้ (สารปฏิกิริยา) เป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการหน่วยปฏิกิริยาเป็นหัวใจของกระบวนการเคมีใด ๆ: การออกแบบของมันกําหนดอัตราปฏิกิริยา (วิธีการผลิตผลิตภัณฑ์เร็ว) การแปลง (ส่วนของสารปฏิกิริยาที่ใช้)การเลือก (อัตราส่วนของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการกับผลิตภัณฑ์ที่ไม่ต้องการ), และผลผลิต (ปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการต่อหน่วยของสารปฏิกิริยาที่ให้อาหาร)

1หลักการปฏิบัติงานพื้นฐานของปฏิกิริยาเคมี

·**สมดุลมวลและพลังงาน**สมการการออกแบบพื้นฐานมาจากการอนุรักษ์มวลและพลังงาน สําหรับปฏิกิริยาใด ๆ: การเข้า − การออก + การผลิต − การบริโภค = การสะสมการสะสมเท่ากับศูนย์สําหรับเรอคเตอร์ชุด อัตราการสะสมที่ขึ้นอยู่กับเวลากําหนดความคืบหน้าของปฏิกิริยาΔH < 0) หรือ endothermic (ความร้อนที่ซับซ้อน), ΔH > 0) และต้องการการกําจัดความร้อนหรือการให้ความร้อนที่สอดคล้อง เพื่อรักษาอุณหภูมิเป้าหมาย

·** คินเนติกปฏิกิริยาและกฎอัตรา **อัตราปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับปริมาณสารปฏิกิริยา, อุณหภูมิ, และกิจกรรมของตัวเรกตาซิสต์, แสดงเป็น r = k × C ^ n ที่ k คือสม่ําเสมออัตราปฏิกิริยา (ตาม Arrhenius: k = A × e ^ ((-Ea / RT)),C คือปริมาณ, และ n คือลําดับการปฏิกิริยา การออกแบบตัวปฏิกิริยาต้องให้เวลาพักที่เพียงพอสําหรับการแปลงที่ต้องการในอุณหภูมิการทํางาน สําหรับปฏิกิริยาลําดับแรกที่ 90% การแปลงระยะเวลาที่ต้องพัก t = -ln(0.1) /k = 2.3/k ความรู้สึกต่ออุณหภูมิสูง: การเพิ่ม 10 °C ปกติจะเพิ่มอัตราเป็นสองเท่า

·** รูปแบบตัวประกอบไฟฟ้าที่เหมาะสม**รูปแบบที่เหมาะสมสามตัวใช้เป็นแนวพื้นฐานการออกแบบ: (1) Batch Reactor ธ อร์ความเข้มข้นแบบเรียบร้อย, การเปลี่ยนแปลงกับเวลา; (2) CSTR ธ อร์ความเข้มข้นแบบเรียบร้อยเท่ากับความเข้มข้นการออก, ในภาวะคงที่;(3) สมาธิของ PFR ปรับเปลี่ยนตามความยาวสําหรับการแปลงเดียวกัน PFR ต้องการปริมาตรน้อยกว่า CSTR สําหรับปฏิกิริยาลําดับบวก เพราะอัตราปฏิกิริยาเฉลี่ย (ขับเคลื่อนโดยปริมาตรการเฉลี่ยสูงกว่า) ใหญ่กว่าหน่วยปฏิกิริยาที่แท้จริงเข้าใกล้กับแนวคิดเหล่านี้ในระดับที่แตกต่างกัน.

2ประเภทหลักของปฏิกิริยาเคมี

·** ระบบปฏิกิริยาถังปั่นแบบชุด**ถังปิดที่บรรจุสารปฏิกิริยา, ทํางานแบบไอโซเทอร์มัลหรือมีโปรไฟล์อุณหภูมิที่ถูกโปรแกรม และปล่อยหลังจากปฏิกิริยาบรรลุการแปลงเป้าหมายความยืดหยุ่นสูงสุดสําหรับอุปกรณ์หลายสินค้า. การแปลงเพิ่มขึ้นกับเวลาชุด; การคัดเลือกอาจลดลงถ้าปฏิกิริยาข้างเคียงมีความสําคัญ. มาตรฐานสําหรับสารเคมีละเอียด, ยาและสารเคมีพิเศษ. ปริมาณจาก 50 ลิตรถึง 20 ลิตร000 L.

·** ระบบปฏิกิริยาถังสั่นต่อเนื่อง (CSTR) **คันปฏิกิริยาที่ให้อาหารอย่างต่อเนื่องและผลิตภัณฑ์ที่ถอนออกมา โดยมีสารในถังที่มีความเข้มข้นและอุณหภูมิเท่ากันกับกระแสออกการแปลงกําหนดโดยเวลาพัก (τ = V/F). CSTRs หลายในชุดประมาณพฤติกรรมการไหลของพล็อกขณะที่รักษาประโยชน์ของการผสมผสานของการทํางานผสมผสานกลับ. มาตรฐานสําหรับการพอลิมิเรซ, การปลอดเสี่ยง, และการกระจกต่อเนื่อง

·** ระบบปฏิกิริยาหลอด / แพล็ก-ฟล็อก (PFR) **ภาชนะหลอดยาวที่ปริมาณและอุณหภูมิปริมาณจะแตกต่างกันตามความยาว แต่จะเท่าเทียมกันในส่วนตัดข้ามใด ๆสามารถเป็น adiabatic (อุณหภูมิเพิ่มขึ้นกับการแปลงสําหรับปฏิกิริยา exothermic) หรือด้วยการแลกเปลี่ยนความร้อน (การออกแบบหลายหลอดสําหรับการควบคุมอุณหภูมิ). มาตรฐานสําหรับปฏิกิริยากระตุ้นในระยะแก๊ส, โพลิเมอเรชั่น, และการแปรรูปปิโตรเคมี

ประเภทของปฏิกิริยาเคมี แมตริกซ์การเปรียบเทียบ

คําถามที่พบบ่อย (FAQ)

ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างเรอคเตอร์ชุด และเรอคเตอร์ต่อเนื่องคืออะไร?

ในเรอแรคเตอร์ชุด คลื่นของสารปฏิกิริยาถูกชาร์จในตอนเริ่มต้น และผลิตภัณฑ์ถูกปล่อยในตอนจบของแต่ละวงจร; ความถี่เปลี่ยนแปลงตามเวลา ในเรอแรคเตอร์ต่อเนื่อง (CSTR หรือ PFR)สารปฏิกิริยาถูกให้อาหารอย่างต่อเนื่อง และผลิตภัณฑ์ถูกถอนออกมาอย่างต่อเนื่อง; ในสภาพคงที่ สภาพไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา ระบบปฏิกิริยาชุดให้ความยืดหยุ่นสูงสุดและถูกเลือกสําหรับกระบวนการขนาดเล็กหรือหลายผลิตภัณฑ์หน่วยปฏิกิริยาต่อเนื่องมีผลิตสูงขึ้นต่อหน่วยปริมาณ และเป็นที่ชอบสําหรับกระบวนการที่มีผลิตภัณฑ์เดียวในปริมาณมาก.

ทําไม PFR จะบรรลุการแปลงที่สูงกว่า CSTR สําหรับปริมาณเดียวกัน

ใน PFR การปฏิกิริยาเกิดขึ้นตามความยาวของท่อ โดยมีปริมาณของสารปฏิกิริยาที่สูงที่สุดอยู่ที่ทางเข้าและปริมาณของสารปฏิกิริยาที่ลดลงไปทางออกอัตราการปฏิกิริยาเฉลี่ย (สัดส่วนกับปริมาณในการปฏิกิริยาในระดับบวก) มากกว่าใน CSTR, โดยที่ตัวประกอบทั้งหมดทํางานที่ปริมาณการออกที่ต่ํา นั่นหมายความว่า PFR จะบรรลุการแปลงเท่ากัน ด้วยปริมาณที่น้อยกว่า หรือการแปลงที่สูงกว่า ด้วยปริมาณที่เท่ากันข้อดีเพิ่มขึ้นกับลําดับปฏิกิริยาและการแปลงเป้าหมาย.

ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและอัตราปฏิกิริยาคืออะไร?

สมการอาร์เรเนียส (k = A × e ^ ((-Ea / RT)) แสดงว่าค่าคงที่ความเร็ว k เพิ่มขึ้นอย่างกราฟกับอุณหภูมิ สําหรับพลังงานการเปิดตัวแบบ 80 kJ / molการเพิ่มความร้อน 10 องศาเซลเซียส ใกล้ 25 องศาเซลเซียส จะเพิ่มอัตราปฏิกิริยาเป็นสองเท่าความรู้สึกนี้หมายความว่าการควบคุมอุณหภูมิมีความสําคัญ: จุดร้อน 5 ° C ในเรอคเตอร์ exothermic สามารถทําให้อัตราการเพิ่มในท้องถิ่น 30 ~ 50%ส่งผลให้เกิดสภาพที่หลุดพ้นจากระบบ หากการกําจัดความร้อนไม่เพียงพอ.

ปัจจัยใดที่กําหนดการเลือกประเภทของโรงงานปฏิกิริยาสําหรับกระบวนการใหม่

ปัจจัยสําคัญประกอบด้วย: (1) กระบวนการปฏิกิริยา(2) ปริมาณการผลิต; (3) ผสมสินค้า หน่วยงานหลายผลิตภัณฑ์ชื่นชอบชุดเพื่อความยืดหยุ่น; (4) ระบบระยะ ปฏิกิริยาระยะก๊าซโดยทั่วไปใช้ปฏิกิริยาท่อ; ระยะเหลวอาจใช้ถังปั่น;(5) ผลกระทบจากความร้อน ผลกระทบจากความร้อนสูง ต้องการการถ่ายทอดความร้อนที่มีประสิทธิภาพ, หลอดหลายหลอด, น้ํายา); (6) ความปลอดภัย