Reactor chimic

Întreținerea unui reactor CSTR

În ingineria chimică și chimia industrială , un reactor chimic este un recipient conceput pentru a avea loc o reacție chimică în el.

Există diferite tipuri de reactoare chimice, în funcție de reacția care trebuie efectuată și de natura chimică și de substanțele implicate, precum și de metoda de conducere a reacției: continuă sau discontinuă (în loturi sau loturi ).

Proiectarea unui reactor chimic ia în considerare numeroase aspecte chimice și inginerești. Trebuie să se asigure că reacția are loc cu cel mai bun randament posibil și cu cea mai mică cheltuială posibilă. Pericolul reacției și toxicitatea reactivilor și produselor implicate trebuie, de asemenea, luate în considerare.

Costurile normale ale unui reactor includ și cele pentru achiziționarea de materii prime, pentru energia care trebuie furnizată (de exemplu pentru agitare sau încălzire), pentru energia care trebuie îndepărtată (dacă este necesar să se răcească mediul de reacție) ca cele ale muncii umane legate de conducerea reacției.

Într-un reactor chimic este necesar să se asigure:

amestecarea reactivilor
condiții termice optime.

Amestecarea reactivilor poate fi realizată prin utilizarea de mixere statice sau agitatoare .
Condițiile termice optime ( temperatură , presiune ) pot fi menținute prin utilizarea de schimbătoare de căldură , condensatoare , compresoare etc.

Clasificarea reactoarelor chimice

Reactoare continue și discontinue

Procesele chimice și, prin urmare, reactoarele pot fi împărțite în două familii:

Procese continue : fiecare unitate care alcătuiește instalația chimică, deci și reactorul (care poate fi de tip CSTR , PFR sau PBR ), funcționează 24 de ore pe zi, 7 zile pe săptămână, în condiții practic constante. În mod normal, opririle instalației se fac doar pentru operațiuni de întreținere și numai la fiecare doi sau mai mulți ani.
Procese discontinue : în procesele discontinue unele unități, în mod normal reactoare discontinue , funcționează în funcție de ciclurile de încărcare-reacție-golire.

Reactoare chimice ideale

Reactoarele chimice ideale sunt:

Lot : reactor cu rezervor discontinuu;
Semibatch : reactor cu rezervor discontinuu;
CSTR ( Reactor cu rezervor amestecat continuu ): reactor cu rezervor continuu cu amestecare totală;
PFR ( Plug Flow Reactor ): reactor tubular continuu;
LFR ( Laminar Flow Reactor ): reactor cu flux laminar continuu;
PBR ( Reactor cu pat ambalat): reactor cu pat continuu ambalat.

Reactoarele chimice ideale sunt aproximări teoretice ale reactoarelor chimice reale. Fiecare dintre ele are ipoteze teoretice apropiate de realitate, datorită cărora modelarea reactorului este simplificată.

De exemplu, în reactorul PFR, condiția de curgere a pistonului este presupusă a fi adevărată, adică se presupune că [profilul de viteză] al curentului din interiorul reactorului este plat (adică există o viteză constantă în fiecare secțiune transversală). Această ipoteză este verificată cu o bună aproximare în cazul unui regim turbulent complet dezvoltat (adică pentru un număr mare de Reynolds ), în timp ce în cazul unui regim laminar profilul vitezei este de tip parabolic .

Pe de altă parte, în reactorul CSTR, se presupune că starea amestecării perfecte este adevărată (ceea ce implică faptul că amestecul din interiorul reactorului este perfect omogen ), ceea ce nu este complet realizabil în practică, dar care poate fi abordat prin proiectarea adecvată amestecarea (în acest sens, de exemplu, gradul de amestecare crește prin aranjarea „deflectoarelor vortex” pe pereții interiori ai containerului).

Reactor de lot
Reactor semibatch
Reactor CSTR
Reactor PFR

Reactoare pentru reacții cu catalizator eterogen

În cazul în care reacția din interiorul reactorului are loc prin utilizarea unui catalizator eterogen, trebuie pregătit un spațiu (numit „pat”) în interiorul reactorului în care să se fixeze sau să se deplaseze catalizatorul (solid).

Unele modele de construcție a reactoarelor utilizate pentru a efectua reacții activate de un catalizator eterogen sunt următoarele: ^[1]