Kimyasal Reaktör Tipleri ve Kullanımları Seçme Rehberi

Reaktörlerin operasyonların merkezi olarak işlev gören, ucuz hammaddeleri sürekli olarak yüksek değerli ürünlere dönüştüren bir hassas kimyasal tesisi düşünün.Kimya mühendisleri için kritik soru: belirli reaksiyonlar için en uygun reaktör tipini nasıl seçecekler?

Kimyasal reaktörler, enerji girişi ve çıkışının dikkatli bir şekilde kontrol edilmesini gerektiren, maliyetleri en aza indirerek verimli reaksiyonları kolaylaştırmak için tasarlanmış kapalı kaplardır.hammaddelerin en iyi şekilde kullanılmasıReaktanlar ve ürünler tipik olarak sıvılar (gazlar veya sıvılar) olarak vardır.Reaktörler ya sürekli ya da seri sistemleri olarak sınıflandırılır..

Endüstriyel reaktörler genellikle temel süreç parametrelerini belirleyen üç idealize edilmiş model altında çalışır:

• Parti reaktörleri
• Devamlı karıştırılmış tank reaktörleri (CSTR)
• Plug Flow Reaktörleri (PFR)

Ana işlem parametreleri arasında reaktör hacmi (V), oturma süresi (t), sıcaklık (T), basınç (P), malzeme konsantrasyonları (C1, C2,...Cn) ve ısı transferi katsayısı (U, h) bulunur.Birçok endüstriyel reaktör bu temel türlerin unsurlarını birleştirir..

Toplu reaktörler, tüm reaktanların aynı anda yüklendiği kapalı kaplar olarak aralıklı olarak çalışır.

Ekzootermik reaksiyonlar için seri reaktörler tipik olarak soğutma bobinleri içerir.Aynı karışım, tüm kapta homojen özellikler sağlar., yani dönüşüm tüm pozisyonlarda tutarlı kalır.

• Çoklu ürün üretimi için olağanüstü çok yönlülük
• Küçük ölçekli üretim için ideal
• Uzun süreli işlem süreleri gerektiren reaksiyonlar için uygundur

• Emek gerektiren yükleme, boşaltma ve temizlik işlemleri
• El gereksinimleri nedeniyle daha yüksek işletme maliyetleri
• Sürekli sistemlere kıyasla daha düşük üretim verimliliği

Karışık akışlı reaktörler olarak da adlandırılan CSTR'ler, sürekli olarak hareketli tanklarda çalışırlar, reaktanların sabit akış hızlarıyla girdiği, önceden belirlenmiş konaklama süreleri için reaksiyona girdiği ve eşdeğer akış hızlarında çıktığı.

Sürekli karıştırma, kap boyunca tekel konsantrasyonlarını korur, yani dönüşüm öncelikle pozisyon yerine reaktör hacmine bağlıdır.

• Büyük ölçekli sürekli üretimi mümkün kılar
• Uzun süre sabit durumda çalışır.
• Üretim döngüleri arasındaki duraklama süresini en aza indirir

• Büyük hacimler gerektiren yavaş kinetik reaksiyonlar için pratik değildir
• Eşdeğer PFR hacmi ile karşılaştırıldığında daha düşük dönüşüm oranları

PFR'ler (veya Sürekli Tüplü Reaktörler), reaktanların aksyal karıştırılmadan ancak tam radyal karıştırılmadan aksyal olarak hareket ettikleri silindirsel sürekli akış sistemlerini modelleyir.

Bu tasarım, aynı konaklama sürelerini sağlarken, konsantrasyonlar reaktör boyu değişir.

• Eşdeğer dönüşümler için CSTR'lerden daha küçük hacim gereksinimleri
• Daha yüksek uzay verimliliği
• Gaz faz katalitik kinetiğinin belirlenmesi için üstün

• Ekzootermik reaksiyonlar için zorlu bir sıcaklık kontrolü
• Daha yüksek bakım maliyetleri
• Besleme tekdüzeliğine duyarlıdır ve tıkanmaya eğilimlidir.

Bu modifikasyonlu parti sistemleri başlangıçta bir reaktant yüklerken diğerlerini aşamalı olarak ekler.veya gaz oluşumu sırasında ürün ayrımını kolaylaştırmak, katı yağış veya hidrofobic ürün üretimi.

• Verim ve ürün seçiciliği üzerinde daha iyi bir kontrol
• Egzotermik reaksiyonları yönetmek için etkili
• Gaz dönüşümlü reaksiyonlar için ideal

• Parçalık arasında kapsamlı bir temizlik gerektirir.
• Reaktant ekleme kontrolü gerektiren karmaşık işlemler

Tipik olarak PFR olarak yapılandırılmış katalitik reaktörler, reaksiyon hızlarının katalizör temasına ve reaktant konsantrasyonlarına bağlı olduğu için karmaşık hesaplamalar gerektirir.Katalitik yollar genellikle kimyasal olarak bağlanmış ara maddelerle birden fazla aşamayı içerir.

Katalizörler, özellikle yüksek sıcaklıklı petrokimyasal süreçlerde koklama, zehirlenme ve sinterleme yoluyla devre dışı bırakılır.

• Ekonomik olarak uygulanabilir reaksiyon kinetiğini sağlar
• Alternatif düşük enerji yolları sağlar
• Petrol kraklama, hidrojenleme ve amonyak sentezi gibi işlemler için gereklidir.

• Uzman bakım ve kontrol gerektirir
• Pahalı katalizör bozulma riski
• Periyodik katalizör değişimi/yenilenmesi gerektirir.