化学反应器

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化学反应器是一种过程工程设备,其中通过化学反应从原材料或初级产品中生产产品(通常更有价值)。然而,在反应中通常未实现完全转化或形成副产物。出于这个原因,分离装置(例如精馏塔或萃取塔)通常安装在反应器的下游,在反应器中产品被提纯到所需的纯度。反应混合物的分离组分——未反应的反应物和溶剂——可以在所谓的循环流中返回反应器。因此,化学反应器始终只是化学生产设备的一部分——尽管是中心部分。 化学反应器有两...

化学反应器

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化学反应器是一种过程工程设备,其中通过化学反应从原材料或初级产品中生产产品(通常更有价值)。 然而,在反应中通常未实现完全转化或形成副产物。 出于这个原因,分离装置(例如精馏塔或萃取塔)通常安装在反应器的下游,在反应器中产品被提纯到所需的纯度。 反应混合物的分离组分——未反应的反应物溶剂——可以在所谓的循环流中返回反应器。 因此,化学反应器始终只是化学生产设备的一部分——尽管是中心部分。

类型

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化学反应器有两种主要形式,

  • 搅拌釜和
  • 流管,流动反应器。

操作模式

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本质上,可以区分连续和不连续操作模式。 在连续运行的情况下,反应器均匀流过,状态变量(温度、压力、浓度)不随时间变化,除了启动和关闭过程和干扰,但仅在局部。 例如,产品浓度从管式反应器的入口到出口增加,但(根据定义)在稳态的每个位置随时间变化。 由于反应的反应焓,入口和出口之间的温度可能有最 大值或最小值,而压力通常由于压力损失而沿流动方向降低。 长度和流速必须相互匹配,以实现反应物的最佳停留时间。 这反过来又决定了反应的周转(以及可能的不希望的后续反应)。

在不连续操作中,可以区分记录或分批操作和补料分批操作。在分批操作中,所有反应物同时引入并在一定停留时间后再次移除,而在补料分批操作中,最初仅引入部分反应物,同时添加其余反应物(连续或不连续)。

例如,这用于在高放热反应中保持离析物浓度并因此保持低反应速率,以便始终能够散发足够的热量并避免反应器“失控”。反应完成后,分批和补料分批反应器都会清空,根据需要进行清洁和重新填充,这意味着与大多数高度自动化的连续过程相比,人工工作量要高得多。优点是停留时间具有更高的灵活性,并且可以生产经常变化的产品。

原则上,连续工艺和连续反应器用于大批量生产(例如炼油厂和基础化学品的生产),而对于较小的产品量(例如活性 药物成分的生产),生产是分批进行的。最近的发展是所谓的微反应器和毫反应器,即使在较低的产品流量下也能连续运行。

设计

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化学反应器的设计是化学反应工程的任务,为了优化目标变量,需要进行以下影响变量的技术经济计算。

  • 应了解整个反应过程和基本子过程的反应机理动力学和热平衡
  • 反应器尺寸需要质量传递值,例如流动类型、混合以及粘度和热系数的材料数据
  • 热平衡和反应过程提供了有关冷却或加热要求的信息。
  • 必须知道所涉及的物质(腐蚀性、中间体或副产品的反应性、可能的热失控)和反应条件(极端温度、压力容器)引起的特殊危害。
  • 最后,必须阐明起始原料的添加方式和产物的去除方式(清洁、回收、后续反应)。

对于此设计,最初考虑的大多是理想化的反应器。 这是指所需反应容器的模型,由于简化,允许进行数学建模。

对于化学反应器的设计,第 一步(过程模拟)使用基于软件的模型。 在第二步中,通过使用中的反应器优化数学模型以实验室规模建立,也可能以中试工厂规模建立。 最后,该工厂将扩大到生产规模。

化学反应器

特殊设计

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  • 聚合物生产过程中,设计会受到反应混合物通常极高粘度的影响。
  • 催化过程需要与固体催化材料形成较大的接触区域。
  • 由于生物物质的温度敏感性,生物技术过程需要特殊设计。

化工生产中的不同反应器

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在化工生产中,不同的反应器是有区别的。 化学中最著名的是搅拌釜(也叫搅拌釜)。化学反应在搅拌罐中的液相中进行。 响应时间相对较长。处理量根据搅拌罐的大小和停留时间而变化。

搅拌罐是装有搅拌器和加热夹套的大型罐。挡板通过喷嘴伸入容器中。它们防止容器中的全部内容物随搅拌器一起旋转并彻底混合反应物。

盖子上的附加喷嘴可确保反应物流入,并用于插入测量仪器。 用阀板启闭的出口喷嘴位于搅拌罐底部。 分批反应在搅拌罐中进行,该反应在环境条件或适度增加的压力和高达约 250 °C 的温度下进行。

根据操作要求,搅拌罐由非合金钢合金钢制成,或者镀层搪瓷玻璃涂层)或橡胶衬里。 由全氟烷氧基烷烃 (PFA) 制成的衬里可用于腐蚀性特别强的介质,根据介质和设计,这些介质可耐受高达 250 °C 的温度。

还有高压、高温、管式、环路和流化床反应器。

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词条目录
  1. 化学反应器
  2. 类型
  3. 操作模式
  4. 设计
  5. 特殊设计
  6. 化工生产中的不同反应器

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