化学反応器の選び方ガイド 種類と用途

精密化学工場を 想像してみてください 原子炉が 活動の中心として機能し 低価格の原材料を 高価な製品に 絶えず変換しています化学技術者にとって 重要な問題効率的な連続生産を優先すべきか,またはバッチ処理の柔軟性を選択すべきか?

化学反応器は,効率的に反応を容易にし,コストを最小限に抑えることを目的とした閉ざされた容器である.これは,エネルギー入力と出力の注意深い制御を含む.原材料の最適利用反応物質や製品は通常,液体 (ガスまたは液体) として存在します. 動作モードに基づいて,原子炉は連続型またはバッチ型システムに分類されます.

産業用原子炉は,一般的に,基本的なプロセスパラメータを決定する3つの理想化されたモデルで動作します.

• バッチ式原子炉
• 連続混ぜたタンク原子炉 (CSTR)
• プラグフロー・リアクター (PFR)

主要なプロセスのパラメータには,原子炉の体積 (V),居住時間 (t),温度 (T),圧力 (P),材料濃度 (C1,C2,...Cn),熱伝達係数 (U,h) が含まれる.多くの産業用原子炉は,これらの基本的なタイプの要素を組み合わせています..

バッチ反応器は,すべての反応剤が同時に加熱される閉じた容器として不連続で動作する.混合は反応効率を促進するために,調動器によって行われる.

外熱反応では,バッチ反応器は通常冷却コイルを組み込む.これらのシステムは,時間とともに変換率が変動する臨時的,不安定状態条件下で動作する.均質な混合により,容器全体で均質な性質が確保されます.換算はすべてのポジションで一貫している.

• 多種多様な製品を製造する際の特殊な多用性
• 小規模生産に最適
• 処理時間が長い反応に適しています

• 労働 を 費やす 積み込み,荷下ろし,清掃 プロセス
• 手動によるコスト増加
• 連続システムと比較して生産効率が低い

CSTR は,混流反応炉 と も 呼ばれ,反応物質 が 恒定 の 流れ率 で 入っ て,事前 に 定め られ た 滞在 時間 に 反応 し,同等の 流れ率 で 出っ て 行く 動乱 タンク で 連続 的 に 動作 する.

連続した振動により容器全体で均質な濃度が維持され,変換は位置ではなく,主に原子炉の体積に依存する.

• 大規模な連続生産が可能
• 安定状態で長時間動作する
• 生産サイクル間のダウンタイムを最小限に抑える

• 大量の電力を必要とする遅い運動反応には不可能な
• 同等のPFR量と比較して,より低い換算率

PFR (Continuous Tubular Reactors) は,反応物質が軸間混合なく,完全な半径混合で"プラグ"形成で軸間移動する円筒形連続流系をモデルとする.

この設計により,原子炉の長さに沿って濃度が変化する一方で,同一の持続時間が確保されます.

• 相当変換のCSTRよりも少量の要求
• 空間効率の向上
• ガス相触媒運動を決定する上級

• 外熱反応の温度制御に挑戦する
• 維持費の上昇
• 給餌の均一性に対して敏感で,詰まりやすい

この改変されたバッチシステムでは,初期に1つの反応剤を充電し,次々に他の反応剤を加えます.このアプローチは,外熱反応を制御し,副作用を予防します.ガス形成時の製品分離を容易にする固体降水,または水害性の生成.

• 生産量と製品選択性の強化
• 外熱反応の管理に有効
• ガス発現反応に最適

• バッチ間には 徹底的な清掃が必要です
• 反応剤の追加制御を正確に必要とする複雑な操作

通常,PFRとして構成される触媒反応炉は,反応速度は触媒接触と反応物質濃度に依存するので,複雑な計算を必要とする.触媒経路は,化学結合の中間物質を含む複数の段階を含むことが多い.

カタライザーは,特に高温の石油化学プロセスにおいて,コクス化,中毒,シンタリングによって無効化されます.

• 経済的に実行可能な反応運動を可能にします
• 代替的な低エネルギー経路を提供します
• 石油クラッキング,水素化,アンモニア合成などのプロセスに不可欠です

• 専門的なメンテナンスと制御を必要とします
• 高額な触媒分解のリスク
• 定期的な触媒の交換/再生が必要です