Kémiai reaktorok A reaktorok tervezéséhez és működtetéséhez a reakciók

Az előadások a következő témára: "Kémiai reaktorok A reaktorok tervezéséhez és működtetéséhez a reakciók"— Előadás másolata:

1 Kémiai reaktorok A reaktorok tervezéséhez és működtetéséhez a reakciók
sztöchiometriai, termodinamikai és reakciókinetikai jellemzőit kell ismernünk. Ezek segítségével képesek vagyunk megmondani, hogy az adott üzemi körülmények között milyen termékek és milyen mennyiségben távoznak a reaktorból.

2 Csoportosítás: 1. - Szakaszos - Folyamatos 2.
- Kevert tartályreaktor (tankreaktor) - Csőreaktor 3. - Izoterm - Adiabatikus

3 1. Szakaszos tartályreaktor (üstreaktor) – Batch reactor
Autokláv: szakaszos üzemű folyadék reakciók lejátszatására, nagyobb nyomásra méretezett, zárt, hűtő- illetve fűtőelemekkel felszerelt keverős üst.

4 Hűtés/fűtés: köpeny csőkígyó

5 A szakaszos reaktorba betápláljuk a reakcióelegyet, és ezzel indítjuk is a reakciót, majd annak lejátszódása után a termékelegyet eltávolítjuk. Ennek a reaktortípusnak fontos jellemzője, hogy zárt: a folyamat közben nincs betáplálás és elvétel, így a reagáló rendszer tömege és térfogata sem változik. Az ideális szakaszos reaktorra jellemző, hogy tökéletesen kevert, azaz a koncentráció és a hőmérséklet egy adott időpontban az elegy minden pontján azonos. Homogén reaktánselegy esetén fázisok közötti anyag- vagy hőátadás sem lép fel, így a mérlegegyenletek több független reakció lejátszódása esetén is egyszerűen felírhatók.

6 Mérlegegyenletek: - Komponensmérleg (sztöchiometria, reakciókinetika) - Entalpiamérleg (reakcióentalpia, reaktor fűtése/hűtése) Ha ismerjük a reakciósebességeket leíró kinetikai egyenleteket és a kezdeti feltételeket (koncentráció, hőmérséklet, nyomás), akkor a mérlegegyenletek megoldásával tetszőleges időpontra kiszámíthatjuk az elegy összetételét és hőmérsékletét.

7 2. Folytonosan kevert átáramlásos tankreaktor
(CSTR – Continuous Stirred-Tank Reactor) Olyan tartály, amelybe folyamatosan lépnek be a reagáló anyagok, s ugyanilyen áramban, folyamatosan távozik a végtermék. A koncentráció időben és térben is állandó (eltekintve a „felfutási ” periódustól). A reakciósebesség (és így a hőtermelés sebessége) is állandó. Jól szabályozhatóak; biztosítható az izoterm működés feltétele, ami sok szerves kémiai reakciónál alapvető jelentőségű.

8

9 2. Folyamatos csőreaktor
(Continuous tubular reactor) Az egyik (vagy mindegyik) reaktáns állandó jelleggel halad egy adott – a cső tengelyével megegyező – térirányban. Az áramlás irányában különböző pontokon elhelyezkedő fluidumelemek nem keverednek össze. A fluidum „dugattyúszerű” áramlással halad („piston flow” vagy „plug flow”).

10 Homogén fázisú gáz- vagy folyadékreakciók lejátszatásakor a csőreaktor üres, csak a reagáló elegy halad rajta keresztül. Szilárd fázisú reakciók végrehajtására pl. forgó csőkemencéket is alkalmazhatunk. Csőreaktorokat használnak sok nagyipari gáz- és folyadékreakció lejátszatására, de igen gyakori a heterogén katalitikus folyamatokban történő alkalmazás. Ilyenkor a reaktort megfelelően formázott szilárd katalizátorral töltjük meg; a töltet általában nem mozog, ez az állóágyas reaktor.

11 70-90 mm átmérő 3600 bar-ig