เครื่องปฏิกิริยากระแสต่อเนื่องคืออะไร? หลักการ ประเภท และการใช้งาน

ตอบคําถามหลัก:เครื่องปฏิกิริยาไหลต่อเนื่องคืออะไร และการใช้งานในสภาพคงที่จะเพิ่มการควบคุมปฏิกิริยาและความปลอดภัยอย่างไร?เครื่องปฏิกิริยาไหลเวียนต่อเนื่อง คือ ถังที่นําสารปฏิกิริยาเข้าไปในตัวปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่อง และผลิตภัณฑ์ถูกถอนออกมาอย่างต่อเนื่องทําให้ระบบทํางานในสภาพคงที่, อุณหภูมิและความดันยังคงคงตลอดเวลาในจุดใด ๆ ที่ได้รับ. ไม่เหมือนกับปฏิกิริยาชุดที่สภาพเปลี่ยนแปลงตลอดวงจรปฏิกิริยา,ระบบปฏิกิริยาไหลต่อเนื่องรักษาสภาพการทํางานที่ไม่เปลี่ยนแปลง, ทําให้การควบคุมเคลื่อนไหวที่แม่นยํา, อัตราการโอนความร้อนและมวลที่สูงขึ้น, และการทํางานที่ปลอดภัยโดยธรรมชาติโดยการรักษาคลังของปฏิกิริยาเล็ก ๆ ในทุก ๆ ขณะ

1หลักการทํางานของโรงงานปฏิกิริยาไหลต่อเนื่อง

·**สมดุลมวลในสภาพคงที่**ในสภาพสมดุล อัตราการสะสมในสมดุลมวลเท่ากับศูนย์: F_in − F_out + r × V = 0, โดย F คืออัตราการไหลของโมลาร์, r คืออัตราการปฏิกิริยา, และ V คือปริมาณของปฏิกิริยา.การลดความซับซ้อนนี้ทําให้การคํานวณการแปลงและการเลือกได้โดยตรง โดยไม่ต้องใช้การบูรณาการที่ขึ้นอยู่กับเวลา, และรับประกันว่าคุณภาพของผลิตภัณฑ์ยังคงคงเป็นแบบเดียวกัน จากชุดไปยังชุด

·**การกระจายเวลาพัก (RTD) **RTD ระบุระยะเวลาที่ธาตุของเหลวแต่ละตัวใช้อยู่ในตัวปฏิกิริยาขณะที่ CSTR มี RTD ตัวอัตรา (บางองค์ประกอบออกจากทันทีจํานวนดัมโคฮเลอร์ (Da = r × V / F) กําหนดว่าปฏิกิริยาจํากัดการแปลง (Da < 1) หรือจํากัดการโอนมวล (Da > 1)

·** การยกระดับการถ่ายทอดความร้อนและมวล **หน่วยปฏิกิริยาที่มีการไหลเวียนต่อเนื่อง โดยเฉพาะหน่วยปฏิกิริยาขนาดเล็กที่มีกว้างกระแส 100 ‰ 1,000 μm ประสบความสําเร็จในส่วนของพื้นที่ต่อปริมาณของ 10,000 ‰ 50,000 m2/m3 (เทียบกับ 30 ‰ 100 m2/m3 สําหรับหน่วยปฏิกิริยาชุด).นี่ทําให้อัตราการกําจัดความร้อนได้ถึง 10~100 kW/L ทําให้การปฏิกิริยาที่มีความร้อนสูง (ไนตรัต, ฟลออริน, ไดอาโซต) สามารถดําเนินการได้อย่างปลอดภัย โดยการควบคุมด้วยความร้อนในระยะ ± 1 °C

2ประเภทหลักของเรอคเตอร์ไหลต่อเนื่อง

·** ระบบปฏิกิริยากระบวนการกระบวนการ (PFR) **ถังหลอดยาว (L/D > 50) ที่ไหลของเหลวไหลไปในทิศทางหนึ่ง โดยมีการผสมผสานกลับอย่างน้อยความเข้มข้นและอุณหภูมิแตกต่างกันตามความยาวของท่อ แต่ยังคงคงที่ตัดข้ามใด ๆ. PFRs ประสบความสําเร็จในการแปลงที่สูงที่สุดต่อหน่วยปริมาณสําหรับปฏิกิริยาลําดับบวกและเป็นมาตรฐานสําหรับปฏิกิริยาระยะแก๊ส, โพลีเมอริเซชั่น, และการเจาะปิโตรเคมี

·** ระบบปฏิกิริยาถังสับสนต่อเนื่อง (CSTR)ซีรีส์ของถัง 3 หมุน 10 เชื่อมต่อกันในลําดับ, โดยถังแต่ละตัวทํางานที่ปริมาณความเข้มข้นแบบเรียบร้อยการให้ความสัมพันธ์ทางปฏิบัติระหว่างความเข้มข้นของการผสมผสานและการควบคุมเวลาพัก. ใช้อย่างแพร่หลายสําหรับการกระจกต่อเนื่อง, โพลิเมอเรชั่นเอมูลชั่น, และสังเคราะห์หลายขั้นตอน

·**ไมโครเรอคเตอร์ (ชิปการไหลผ่านต่อเนื่อง) **ระบบปฏิกิริยาขนาดเล็ กขนาดกลางในช่องทาง 100 500 μm ผลิตจากซิลิคอน, แก้ว, หรือโลหะ. ทําให้มีกระแสลามินาร์ (Re < 100) ด้วยการผสมแบบควบคุมการกระจายในล้านวินาทีทําให้เกิดปฏิกิริยากับสารกลางอันตราย (diazomethane), โฟสเจน, เปอร์ออกไซด์) ด้วยคลังสินค้าที่ต่ําเพียง 1 mL ลดความเสี่ยงของการระเบิด 1,000 ครั้งเมื่อเทียบกับกระบวนการชุดที่เท่าเทียมกัน

ประเภทของปฏิกิริยาไหลเวียนต่อเนื่อง แมตริกซ์การเปรียบเทียบ

คําถามที่พบบ่อย (FAQ)

ข้อดีหลักของการไหลต่อเนื่องเหนือการทํางานชุดคืออะไร?

เครื่องปฏิกิริยาแบบกระแสต่อเนื่องรักษาคลังปฏิกิริยาขนาดเล็กในเวลาใด ๆ (มักเป็น 1/100 ถึง 1/1,000 ของปริมาณชุด) ทําให้การจัดการกับปฏิกิริยาที่ร้อนจากภายนอกหรืออันตรายได้ปลอดภัยกว่าพวกเขายังได้รับคุณภาพผลิตภัณฑ์ที่เหมือนกัน, ความสามารถในการผลิตที่สูงขึ้นต่อหน่วยปริมาณ และการทํางานตลอด 24 ชั่วโมง 7 วัน 7 วัน โดยไม่มีความแตกต่างจากชุดต่อชุด

ความแตกต่างระหว่าง PFR และ CSTR คืออะไร?

PFR (Plug Flow Reactor) มีการกระจายเวลาที่แคบ ผ่อนไหลของของเหลวในทิศทางหนึ่ง โดยไม่มีการผสมผสานกลับ และบรรลุการแปลงสูงขึ้นต่อหน่วยปริมาณCSTR (ถังปั่นต่อเนื่อง) ผสมซ้อนกลับ, หมายถึงกระแสออกมีองค์ประกอบเดียวกันกับสารในเซลล์ปฏิกิริยา CSTRs เป็นที่นิยมเมื่อมีการผสมที่ดีPFRs เป็นที่นิยมเมื่อการแปลงสูงหรือการกระจายเวลาที่พักอาศัยแคบจําเป็น.

ทําไมไมโครเรอคเตอร์จึงถือว่าปลอดภัยกว่าเรอคเตอร์ชุด

มิโครเรอคเตอร์ที่มีปริมาณช่อง 0.1 หมื่น 10 มิลลิลิตร สามารถเก็บสารปฏิกิริยาของเรอคเตอร์ชุดได้เพียงส่วนเล็กน้อยเท่านั้น สําหรับปฏิกิริยาไนทราชั่นที่สามารถปล่อย 500 kJ / Lช่องไมโครเรอคเตอร์ 10 มิลลิตร มีพลังงาน 5 เจ โอกาสไม่เป็นอันตรายแม้แต่ในกรณีที่แย่ที่สุดระบบปฏิกิริยาชุด 1,000 ลิตร มี 500,000 J เท่ากับ 120 กรัมของ TNT

สามารถใช้ปฏิกิริยากระแสต่อเนื่องได้สําหรับการผลิตหลายประการหรือไม่

ใช่ แต่มีข้อจํากัด การเปลี่ยนจากปฏิกิริยาหนึ่งสู่ปฏิกิริยาอื่นต้องล้างระบบ (ปริมาณของสารตายมักจะ 1 หมื่น 5 ปริมาณของปฏิกิริยา) ซึ่งสร้างขยะสารละลายสําหรับผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูงที่มีความต้องการคง (API ยา)สําหรับการเปลี่ยนผลิตภัณฑ์ที่บ่อยในขนาดเล็ก ระบบปฏิกิริยาชุดยังคงยืดหยุ่นมากขึ้น