คู่มือการเลือกชนิดและประโยชน์ของเครื่องปฏิกรณ์เคมี

ลองจินตนาการถึงโรงงานเคมีความแม่นยํา ที่มีโรงงานปฏิกิริยาเป็นหัวใจของการดําเนินงานคําถามที่สําคัญสําหรับวิศวกรเคมี: วิธีการเลือกชนิดของโรงงานปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่สุดสําหรับปฏิกิริยาเฉพาะเจาะจง

เครื่องปฏิกิริยาเคมี เป็นภาชนะที่ปิดที่ออกแบบมาเพื่ออํานวยความสะดวกในการปฏิกิริยาอย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่ลดต้นทุนให้น้อยที่สุดการใช้ทรัพยากรแพร่อย่างดีที่สุด, และการพิจารณาค่าใช้จ่ายในการดําเนินงานรวมถึงแรงงาน. คันปฏิกิริยาและผลิตภัณฑ์มักมีอยู่ในรูปของเหลว (ก๊าซหรือเหลว).ระบบปฏิกิริยาถูกจัดเป็น ระบบต่อเนื่อง หรือ ระบบชุด.

ระบบปฏิกิริยาอุตสาหกรรมโดยทั่วไปทํางานภายใต้ 3 รูปแบบที่เหมาะสมที่กําหนดพารามิเตอร์กระบวนการพื้นฐาน:

• ระบบปฏิกิริยาชุด
• เครื่องปฏิกิริยาถังปั่นต่อเนื่อง (CSTR)
• เครื่องปฏิกิริยาไหลของพล็อก (PFR)

ปริมาตรกระบวนการสําคัญประกอบด้วย ปริมาตรขนาดของตัวประกอบไฟฟ้า (V), เวลาการอยู่ (t), อุณหภูมิ (T), ความดัน (P), ความเข้มข้นของวัสดุ (C1, C2,...Cn) และสัมพันธ์การถ่ายทอดความร้อน (U, h)หน่วยปฏิกิริยาอุตสาหกรรมหลายแห่งรวมองค์ประกอบของชนิดพื้นฐานเหล่านี้.

เครื่องปฏิกิริยาชุดทํางานไม่ต่อเนื่องเป็นภาชนะปิดที่สารปฏิกิริยาทั้งหมดถูกบรรจุพร้อมกัน การผสมเกิดขึ้นผ่านเครื่องปั่นเพื่อส่งเสริมประสิทธิภาพการปฏิกิริยา

สําหรับปฏิกิริยาแบบ exothermic ระบบปฏิกิริยาชุดมักจะรวมโค้ลเย็น ระบบเหล่านี้ทํางานภายใต้สภาพสภาพที่ผ่านไปและไม่มั่นคงที่อัตราการแปลงจะแตกต่างกันตามเวลาการผสมผสานแบบเรียบร้อย ให้ความสมบูรณ์แบบของธาตุซึ่งหมายความว่าการแปลงยังคงคงเป็นไปตามทุกตําแหน่ง

• ความสามารถหลากหลายอย่างพิเศษในการผลิตสินค้าหลายชนิด
• เหมาะสําหรับการผลิตขนาดเล็ก
• เหมาะสําหรับปฏิกิริยาที่ต้องการเวลาในการประมวลผลที่ยาวนาน

• กระบวนการบรรทุก, ถอนและทําความสะอาดที่ใช้แรงงานมาก
• ค่าดําเนินงานสูงขึ้นเนื่องจากความต้องการทางมือ
• ประสิทธิภาพการผลิตที่ต่ํากว่า เมื่อเทียบกับระบบต่อเนื่อง

CSTR เรียกกันอีกด้วยว่า เครื่องปฏิกิริยาไหลผสม ใช้งานอย่างต่อเนื่องในถังที่กระตุ้น โดยที่สารปฏิกิริยาเข้าไปในอัตราการไหลที่คงที่ ปฏิกิริยาในเวลาที่กําหนดไว้ล่วงหน้า และออกในอัตราการไหลที่เท่าเทียมกัน.

การปั่นต่อเนื่องรักษาความเข้มข้นอย่างเท่าเทียมกันทั่วภาชนะ ซึ่งหมายความว่าการแปลงขึ้นอยู่กับปริมาตรของปฏิกิริยามากกว่าตําแหน่ง

• ทําให้การผลิตต่อเนื่องในขนาดใหญ่
• ใช้งานในสภาพคงที่เป็นเวลานาน
• ลดเวลาหยุดทํางานระหว่างวงจรการผลิต

• ไม่เชิงปฏิบัติสําหรับปฏิกิริยาเคลื่อนไหวช้าที่ต้องการปริมาตรขนาดใหญ่
• อัตราการแปลงที่ต่ํากว่า เมื่อเทียบกับปริมาณ PFR เท่ากัน

PFRs (หรือ Continuous Tubular Reactors) เป็นแบบจําลองระบบการไหลต่อเนื่องแบบกระบอก โดยที่สารปฏิกิริยาเคลื่อนไหวตามแกนในระบบ "พล็อก" โดยไม่มีการผสมแกน แต่ผสมแกนเต็ม

การออกแบบนี้ทําให้เวลาที่อยู่เหมือนกันในขณะที่ปริมาณปริมาณจะแตกต่างกันตามความยาวของตัวประกอบไฟฟ้า

• ความต้องการปริมาณที่น้อยกว่า CSTR สําหรับการแปลงเท่าเทียม
• ประสิทธิภาพพื้นที่สูงขึ้น
• ดีกว่าสําหรับการกําหนดกระบวนการกระตุ้นกระบวนการกระบวนการกระบวนการของก๊าซ

• การควบคุมอุณหภูมิที่ท้าทายสําหรับปฏิกิริยา exothermic
• ค่ารักษาสูงขึ้น
• อ่อนโยนต่อการให้อาหารแบบเดียวกัน และมีความชุ่มชื่นต่อการบด

ระบบชุดที่ปรับปรุงนี้ เติมสารปฏิกิริยาหนึ่งครั้งในตอนแรก ขณะที่เพิ่มอีกอย่างเพิ่มขึ้นหรืออํานวยความสะดวกในการแยกผลิตภัณฑ์ระหว่างการสร้างก๊าซ, น้ําฝนที่แข็งแรง, หรือการสร้างผลิตภัณฑ์ hydrophobic.

• การควบคุมผลผลิตและการคัดเลือกผลิตภัณฑ์ที่เข้มแข็งขึ้น
• มีประสิทธิภาพในการจัดการปฏิกิริยา exothermic
• เหมาะสําหรับปฏิกิริยาการพัฒนาแก๊ส

• จําเป็นต้องทําความสะอาดอย่างยาวนานระหว่างชุด
• การทํางานที่ซับซ้อนที่ต้องการการควบคุมการเพิ่มสารปฏิกิริยาที่แม่นยํา

ปกติจะปรับปรุงเป็น PFRs, เครื่องปฏิกิริยากระตุ้นต้องการการคํานวณที่ซับซ้อน เนื่องจากอัตราปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับการสัมผัสของกระตุ้นและปริมาณของสารปฏิกิริยาเส้นทางกระตุ้นมักมีหลายขั้นตอนที่มีสารกลางผูกเคมี.

คาตาไลสเตอร์จะปิดการทํางานผ่านการค๊อก, การพิษและการซินเตอร์ โดยเฉพาะในกระบวนการปิโตรเคมีอุณหภูมิสูง สาขาอุตสาหกรรมที่ใช้ปฏิกิริยาคาตาไลสเตอร์ควบคุมปริมาตรการทํางานมากมาย

• ทําให้เกิดการปฏิกิริยาที่สามารถดําเนินการได้ในทางเศรษฐกิจ
• ให้ทางเลือกที่ใช้พลังงานต่ํา
• สําคัญสําหรับกระบวนการ เช่น การเจาะน้ํามัน ไฮโดรเจน และการสังเคราะห์อะโมเนียค

• ความต้องการการบํารุงรักษาและควบคุมที่เชี่ยวชาญ
• ความเสี่ยงของการทําลายตัวกระตุ้นที่แพง
• จําเป็นต้องเปลี่ยน/ฟื้นฟูตัวเร่งระยะเวลา