ผสมผสานเคมีคืออะไร หลักการ ประเภทและการใช้งาน

ตอบคําถามหลัก:เครื่องปฏิกิริยาสังเคราะห์เคมีคืออะไร และมันควบคุมสภาพปฏิกิริยาอย่างไร เพื่อให้ผลผลิตและการคัดเลือกสูงสุดA chemical synthesis reactor is a pressure vessel engineered to convert raw materials (reactants) into desired chemical products through one or more chemical reactions under precisely controlled conditions of temperature, ความดัน, การผสมผสาน, และเวลาการอยู่. การออกแบบของปฏิกิริยากําหนดผลผลิตปฏิกิริยาโดยตรง (ร้อยละของสารปฏิกิริยาแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ),การเลือก (อัตราส่วนของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการกับผลิตภัณฑ์ที่ไม่ต้องการ), และอัตราการผลิต (อัตราการผลิตต่อหน่วยปริมาณ) ทําให้มันเป็นการเลือกอุปกรณ์ที่สําคัญในการผลิตสารเคมีและยา

1หลักการปฏิบัติงานพื้นฐานของโรงปฏิกิริยาสังเคราะห์เคมี

·** คีเนติกปฏิกิริยาและการควบคุมเวลาพักอาศัย **อัตราการปฏิกิริยาเคมีตามสมการอาร์เรนยูส: k = A × e ^ ((-Ea / RT), ที่ k คือสม่ําเสมออัตรา, Ea คือพลังงานการเปิดตัว, R คือสม่ําเสมอก๊าซ, และ T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์.ระบบปฏิกิริยาสังเคราะห์ควบคุม T ภายใน ±0.5 ณ 2 °C เพื่อรักษากระบวนการที่สามารถผลิตใหม่ได้ เวลาพัก (เวลาเก็บชุดหรือเวลาการไหลผ่านต่อเนื่อง) กําหนดการแปลง: สั้นเกินไปจะทําให้ปฏิกิริยาไม่สมบูรณ์นานเกินไป ส่งผลให้เกิดการทําลายหรือเกิดผลข้างเคียง.

·** ติดต่อเฟสและการโอนมวล **การปฏิกิริยาสังเคราะห์หลายครั้งมีหลายระยะ (ก๊าซ-เหลว, น้ํา-เหลว, ก๊าซ-แข็ง-เหลว) ระบบปฏิกิริยาต้องให้พื้นที่ผิวหน้าเพียงพอสําหรับสารปฏิกิริยาที่จะติดต่อและปฏิกิริยาในการนําน้ํามันออกเป็นก๊าซ-เหลว, kLa (ปริมาตรการโอนมวลก๊าซ-ของเหลวขนาด) กําหนดอัตราการละลายของไฮโดรเจน; ค่า 0.05?? 0.5 s-1 เป็นปกติสําหรับปฏิกิริยาไฮโดรเจนแบบกระตุ้น

·** การจัดการความสมดุลทางเทอร์โมไดนามิก**การปฏิกิริยาที่สามารถกลับคืนได้ (การ esterification, amidation) จะเข้าใกล้การแปลงสมดุลที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความดัน และความเข้มข้นการถอนสินค้า (e.ตัวอย่างเช่น, น้ําผ่านหลุม Dean-Stark หรือเครื่องปั่นโมเลกุล) ขับแปลงไปข้างหน้าสําหรับสมดุล exothermic,อุณหภูมิต่ํากว่าจะส่งเสริมการแปลงสมดุลที่สูงขึ้น แต่การออกแบบปฏิกิริยาที่ช้าลง.

2ประเภทหลักของปฏิกิริยาสังเคราะห์เคมี

·** ระบบปฏิกิริยาถังขบวนแบบชุด (BSTR) **ถังปิดที่สารปฏิกิริยาทั้งหมดถูกชาร์จในตอนเริ่มต้นและผลิตภัณฑ์ถูกปล่อยในตอนท้ายอุณหภูมิถูกควบคุมโดยเสื้อหรือโค้ล, และความเร็วของเครื่องปั่นปรับความเข้มข้นของการผสม. มาตรฐานสําหรับสารเคมีละเอียด, API ยา, และสารเคมีพิเศษในการสังเคราะห์ในปริมาณจาก 50 ลิตรถึง 10,000 ลิตร

·** ระบบปฏิกิริยาถังขัดต่อเนื่อง (CSTR) **คลื่นปฏิกิริยาถูกให้อาหารอย่างต่อเนื่องและผลิตภัณฑ์ถูกถอนออกมาอย่างต่อเนื่อง โดยมีสารประกอบของคลื่นปฏิกิริยาที่มีความเข้มข้นและอุณหภูมิที่เท่าเทียมกันและกระบวนการที่ต้องการคุณภาพของผลิตภัณฑ์ในสภาพคงที่. CSTRs หลายอันในชุดประมาณพฤติกรรมการไหลของพล็อกขณะที่ยังคงผสมผสานผลกําไร. ใช้ในการพอลิมเมอริเซชั่น, ไนตรัตน์, และกระจกต่อเนื่อง

·** ระบบปฏิกิริยาปรับปรุงอัตราการเร่งที่ตั้ง **กระปุกท่อที่บรรจุกับเม็ดเรือนกระตุ้นแข็ง (กว้าง 1.5 มม.) โดยที่สารปฏิกิริยาไหลผ่าน000 m2/m3) และเป็นมาตรฐานสําหรับการสังเคราะห์กระบวนการก๊าซการควบคุมอุณหภูมิเป็นความท้าทายในปฏิกิริยา exothermic มาก; การออกแบบหลายท่อที่มีตัวเร่งในท่อและสารเย็นในเปลือกให้การทํางาน isothermal

ประเภทของปฏิกิริยาสังเคราะห์เคมี แมตริกซ์การเปรียบเทียบ

คําถามที่พบบ่อย (FAQ)

สิ่งใดที่กําหนดการเลือกระหว่างปฏิกิริยาสังเคราะห์แบบชุดและต่อเนื่อง

เครื่องปฏิกิริยาชุดถูกเลือกสําหรับอํานวยความสะดวกหลายผลิตภัณฑ์, การผลิตปริมาณเล็ก, และปฏิกิริยาที่ต้องการเงื่อนไขที่แตกต่างกันในระยะที่แตกต่างกัน (เช่น การเพิ่มสารปฏิกิริยาลําดับ)เครื่องปฏิกิริยาต่อเนื่องถูกเลือกสําหรับผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่ที่มีความต้องการคงที่, สารเคมีอันตรายที่ต้องการคลังสินค้าเล็ก ๆ และปฏิกิริยาที่ต้องการการควบคุมเวลาที่อยู่อย่างแม่นยํา ปริมาณความเสื่อมของต่อเนื่องกับชุดมักจะ 500 ‰ 5000 ตัน/ปี สําหรับสารเคมีละเอียด.

บทบาทของพลังงานการเปิดตัวในการออกแบบตัวปฏิกิริยาคืออะไร?

พลังงานเปิดตัว (Ea) กําหนดความรู้สึกของอัตราปฏิกิริยาต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ อัตราปฏิกิริยากับ Ea 80 kJ/mol จะเพิ่มขึ้นสองเท่าในอัตราสําหรับการเพิ่มอุณหภูมิ 10 °C ทุกครั้งความรู้สึกนี้หมายความว่าจุดร้อนในตัวปฏิกิริยาสามารถทําให้ความร้อนหลุดไปการออกแบบตัวปฏิกิริยาต้องให้ความมั่นคงว่า ความสามารถในการกําจัดความร้อนจะเกินการผลิตความร้อนสูงสุดเสมอ โดยมีขอบความปลอดภัย 1.5 × 2.0 ×

การวัดการเลือกของตัวเรคเตอร์ในเรอคเตอร์สังเคราะห์ได้อย่างไร?

การเลือกถูกกําหนดว่าเป็นสัดส่วนของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการที่สร้างขึ้นกับสารปฏิกิริยาที่บริโภคถ้า 100 mol ของสารปฏิกิริยาผลิต 85 mol ของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการและ 15 mol ของผลิตภัณฑ์ข้างเคียง, การเลือกเป็น 85%. การเลือกเป็นตัวเร่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ, ความดัน, อัตราส่วนของสารปฏิกิริยา, และองค์ประกอบของตัวเร่ง. ในการสังเคราะห์หลายขั้นตอน, การเลือกในแต่ละขั้นตอนคูณ:สามขั้นตอนเรียงลําดับที่มีการเลือก 90% แต่ละขั้นตอนให้ผลการเลือกทั้งหมดเพียง 73%.

ความแตกต่างระหว่างการกระตุ้นแบบเดียวกันและแบบไม่เหมือนกันในปฏิกิริยาสังเคราะห์คืออะไร?

ในการกระตุ้นแบบ homogeneous catalysis ตัวกระตุ้นถูกละลายในระยะเดียวกันกับสารปฏิกิริยา (ตัวอย่างเช่น การกระตุ้นกรดในระยะ esterification ของระยะเหลว)ให้การสัมผัสแบบเรียบร้อย แต่ต้องการการแยกตัวเร่งในการกระตุ้น heterogeneous กระตุ้นเป็นระยะแข็งแยก (เช่น Pd / C ใน hydrogenation) ทําให้การแยกง่ายโดยการกรอง แต่นําเสนอข้อจํากัดการโอนมวลเครื่องปฏิกิริยาสังเคราะห์อุตสาหกรรมส่วนใหญ่ใช้เครื่องกระตุ้นแบบไม่เหมือนกัน เพื่อการฟื้นฟูและรีไซเคิลเครื่องกระตุ้นที่ง่ายขึ้น.