Partiya Reaktorlarına Giriş: Əsaslar Və Tətbiqlər

Dərman və yanacaq kimi şeyləri yaradan kimyəvi reaksiyaların necə baş verdiyini heç düşünmüsünüzmü?

Siz mühəndislik tələbəsi və ya mühəndis olduğunuz üçün bu reaksiyaların öz-özünə baş vermədiyini bilirsiniz.

Onlara dəqiq şərait, diqqətlə ölçülmüş reaktivlərin və katalizatorların miqdarı və düzgün növ reaktor lazımdır.

Partiya reaktoru buna kömək edir.

Partiya reaktoru hər hansı bir kimya mühəndisi üçün vacib alətdir, çünki o, çoxlu reaksiyaları idarə edə bilir və bu reaksiyaların şərtləri çox dəqiq şəkildə idarə oluna bilir.

Bu yazıda mən toplu reaktorlar haqqında ətraflı məlumat verəcəyəm, onların hissələri, faydaları və istifadələri haqqında danışacağam.

İstər təcrübəli mühəndis olun, istərsə də işə yeni başlamışsınız, bu məqalə sizə toplu reaktorları və onların kimya mühəndisliyi dünyasında nə qədər vacib olduğunu başa düşmək üçün lazım olan məlumatları verəcəkdir.

Partiya reaktorlarına giriş

Formal tərif:

Reaktivlərin və katalizatorların istənilən miqdarda daxil edildiyi və daha sonra əlavə materialın çatdırılması üçün qabın bağlandığı kimyəvi reaktor.

Partiya reaktorları bir çox müxtəlif proses əməliyyatları üçün istifadə oluna bilən çevik maşınlardır.

Partiya reaktorlarının etdiyi ən ümumi işlərdən bəziləri bunlardır:

Partiya reaktorlarının köməyi ilə bərk maddələr mayelərdə həll oluna bilər.

Bərk maddələr və həlledici reaktora qoyulur və qarışıq bütün bərk maddələr həll olunana qədər qarışdırılır.

• Məhsulların qarışdırılması: İstədiyiniz qarışığı hazırlamaq üçün müxtəlif məhsulları qarışdırmaq üçün partiya reaktorları istifadə olunur.

Bu, müəyyən bir məhsul hazırlamaq üçün müxtəlif maddələrin qarışdırıldığı qida və içki sənayesində faydalı ola bilər.

• Kimyəvi reaksiyalar: Əksər kimyəvi reaksiyalar toplu reaktorlarda aparılır.

Reaktivləri reaktora əlavə etdikdən sonra qarışıq müəyyən müddət ərzində reaksiya vermək üçün buraxılır.

Dəstəyin sonunda əşyalar çıxarılır.

• Partiya distilləsi: Partiya reaktorları, qaynama nöqtələrinə əsasən qarışığın hissələrini ayırmaq üçün bir yol olan toplu distillə üçün də istifadə edilə bilər.

Partiya reaktorlarının üstünlükləri və çatışmazlıqları

Partiya reaktorlarının bir sıra üstünlükləri var, məsələn:

Partiya reaktorları çox yönlüdür, çünki onlar mühafizəni pozmadan bir gəmidə birdən çox işi görə bilirlər.

Partiya reaktorları eyni reaktorda müxtəlif məhsullar istehsal edə bilər, çünki onlar birdən çox şey üçün istifadə edilə bilər.

• Yüksək Konversiyalar: Reagentlər reaktorda uzun müddət qala bilər, bu da yüksək konversiyaya səbəb olur.
• Hazırlanma və Dəyişmə Asanlığı: Partiya reaktorlarını hazırlamaq və dəyişdirmək olduqca asandır.

Lakin partiya reaktorlarında da bəzi problemlər var, məsələn:

• Geri qarışdırma: Geri qarışdırma, reaksiya bitənə qədər material çıxarılmadığı zaman baş verir.

Bu, katalizatorun ömrünü qısaldır və çoxlu tullantılara səbəb olur.

• Məhdud miqdarlar: Partiya reaktorları birdən çox məhsul hazırlamaq üçün ən yaxşı yol deyil.
• Məhsulların Dəyişkənliyi: Partiya reaktorları tərəfindən hazırlanan məhsullar bir partiyadan digərinə fərqli ola bilər.
• Böyük miqyaslı istehsalla bağlı çətinliklər: Partiya reaktorları bir anda çox şey etmək üçün yaxşı deyil.
• İstifadəsi bahadır: Partiya reaktorlarını tez-tez açıb-söndürmək lazımdır, bu da onların işləməsini baha edir.

Partiya Reaktorlarının Dizayn Xüsusiyyətləri

Partiya reaktorları bəzi oxşar hissələrlə hazırlanır, məsələn:

• Reaktivlərin vurulması və məhsulların çıxarılması üçün portlar: Partiya reaktorlarında reaktivlərin yeridilməsi və məhsulların çıxarılması üçün portlar var.
• İstilik dəyişdiricisi və ya qarışdırma sistemi: Partiya reaktoruna istilik dəyişdiricisi və ya qarışdırma sistemi əlavə edilə bilər.
• Sabit Həcm: Partiya reaktorları adətən sabit bir həcmə malikdir, lakin bəziləri sabit təzyiq saxlamaq üçün həcmi dəyişdirmək üçün hazırlanır.

Qısacası, partiya reaktorları, texnoloji sənayelərdə geniş tapşırıqlar üçün istifadə olunan sadə konteynerlərdir.

Onlar çox yönlüdür, birdən çox şey üçün istifadə edilə bilər, yüksək konvertasiya dərəcələrinə malikdir və hazırlamaq və dəyişdirmək asandır.

Amma onların da bəzi problemləri var, məsələn, geri qarışdırma, məhdud miqdarda, müxtəlif məhsullar, onlardan çoxunu hazırlamaqda çətinlik, katalizatorun qısa ömrü və israf.

Partiya reaktorları tez-tez kiçik miqyaslı işlər, yeni metodların sınaqdan keçirilməsi və bahalı malların istehsalı üçün istifadə olunur.

Onlar tez-tez laboratoriyalarda kiçik miqyaslı istehsal və içkilər üçün fermentasiya prosesinə başlamaq üçün istifadə olunur.

Gözlənilməzliyi qəbul etmək: Toplu reaktorların həyəcanı və riskləri

Hələ başa düşmək çətindir? İcazə verin, baxış bucağını bir az dəyişim:

Kimyaçılar, diqqət edin! İşinizin daha maraqlı olmasını istəyirsiniz? Eyni şeylərin təkrar-təkrar təkrarlanmasından bezmisiniz? Partiya reaktoru sizə lazım olan tək şeydir.

Partiya reaktoru xaos, gözlənilməzlik və bəlkə də bir az həyəcan üçün mükəmməldir, çünki istədiyiniz miqdarda reaktivlər və katalizatorlar əlavə edə və daha çox materialın daxil olmasını dayandırmaq üçün gəmini bağlaya bilərsiniz.

Nəzarət və ardıcıllıq kimin qayğısına qalır? Partiya reaktorunun proqnozlaşdırılmasının çətin olduğunu qəbul edin və sizi hara apardığını görün.

Tamam, bu, sadəcə televiziya reklamı kimi görünmək üçün edilən zarafat idi.

İndi isə izahata qayıdaq.

Partiya reaktorlarının komponentləri

Partiya reaktorları, bərk maddələri həll etmək, məhsulları qarışdırmaq, kimyəvi reaksiyalar aparmaq və partiyalarda distillə etmək kimi işlərin görülməsi üçün emal sənayelərində istifadə olunan gəmilərdir.

Reaktor qabı, reaksiya mühiti, baş boşluğu və qarışdırıcı dörd əsas hissədir.

Reaktor gəmisi

Partiya reaktorunun əsas hissəsi tez-tez poladdan, paslanmayan poladdan, şüşə astarlı poladdan, şüşədən və ya ekzotik ərintidən hazırlanmış reaktor qabıdır.

1 litrdən kiçik və ya 15.000 litrdən çox ola bilər.

Çox vaxt mayelər və bərk maddələr reaktora üst qapaqdakı deşiklər vasitəsilə daxil olur.

Yuxarıdakı deşiklərdən buxarlar və qazlar, alt hissədəki dəliklərdən isə mayelər çıxır.

Reaksiya mühiti

Reaksiyanın baş verdiyi şeyə reaksiya mühiti deyilir.

Görülən reaksiya növündən asılı olaraq, o, qaz fazasında, maye fazada və ya maye-bərk fazada ola bilər.

Baş boşluğu

Headspace mühitin üstündəki boş yerdir.

Reaksiya zamanı yaranan qaz və ya buxar üçün yer verir.

Agitator

Qarışdırıcı müxtəlif hissələri qarışdırmaq və reaksiyadan istilik əlavə etmək və ya çıxarmaq üçün lazımdır.

Reaksiya növündən asılı olaraq, müxtəlif növ qarışdırma təmin etmək üçün eksenel axın çarxları və ya radial axın çarxları ilə hazırlana bilər.

Partiya Reaktorlarının Üstünlükləri və Çətinlikləri

Partiya reaktorlarının ən yaxşı cəhətlərindən biri onların nə qədər çevik olmasıdır.

Tək bir gəmi mühafizəni pozmadan bir sıra müxtəlif tapşırıqları yerinə yetirə bilər.

Bu, zəhərli materiallarla işləyərkən faydalıdır, çünki işçilərin xəsarət alma riskini azaldır.

Lakin partiya reaktorlarının geri qarışdırma kimi bəzi problemləri var ki, bu da məhsulun keyfiyyətini pisləşdirə bilər, çünki reaktivlər qabda bərabər yayılmır.

Partiya reaktorlarının layihələndirilməsi və ölçülərinin təyini

Müəyyən bir reaksiya üçün partiya reaktorunun layihələndirilməsi və ölçüsünü təyin edərkən bir neçə şeyi nəzərə almaq lazımdır.

Bunlara reaksiyanın kinetikası, istilik ötürülməsi, kütlə ötürülməsi, qarışdırma və faza davranışı daxildir.

Dizayn reaktorun reaksiyanı təhlükəsiz və səmərəli şəkildə həyata keçirə bilməsini, məhsulun spesifikasiyalarına cavab verməsini və istehsal xərclərini mümkün qədər aşağı səviyyədə saxlamasını təmin etməlidir.

Çox vaxt, partiya reaktorunun ölçüsünü müəyyən etmək, reaktorları müəyyən bir şəkildə çevirmək və kifayət qədər qarışdırmaq və istilik ötürmək üçün lazım olan reaktorun həcmini tapmaq deməkdir.

Reaktordan ən yaxşı performansı əldə etmək üçün dizayn və ölçü prosesi təcrübələr, simulyasiyalar və modelləri əhatə edə bilər.

Partiya reaktorunda müəyyən bir çevrilmə səviyyəsinə çatmaq üçün lazım olan vaxt reaksiyanın nə qədər sürətlə getdiyindən və nə qədər çevrilmə istədiyinizdən asılıdır.

Beləliklə, müəyyən bir reaksiya üçün düzgün partiya reaktorunun həcmini anlamaq üçün reaksiyanın sürəti, reaktivlərin ilkin konsentrasiyaları, istədiyiniz çevrilmə səviyyəsi və reaktorun işləmə müddəti kimi şeylər barədə düşünməlisiniz. Qaçacaq.

Bu məlumat reaksiya sürəti sabitləri və stokiometrik əmsallar kimi parametrləri hesablayaraq partiya reaktoru üçün düzgün ölçüləri tapmaq üçün istifadə edilə bilər.

Zamanla davamlı olaraq böyük miqdarda reaktivləri emal edə bilən CSTR və PFR-lərdən fərqli olaraq, toplu reaktorlar yalnız müəyyən sayda reaktivləri eyni anda idarə edə bilir.

Beləliklə, bir partiya reaktoru davamlı axın reaktoru ilə eyni miqdarda A növünü idarə edə bilməyəcək.

Lakin partiya reaktorları hələ də kiçik miqyaslı əməliyyatlar, hələ tam işlənməmiş yeni prosesləri sınaqdan keçirmək və bahalı məhsullar hazırlamaq üçün faydalıdır.

Qısacası, partiya reaktorlarında reaktor qabı, reaksiya mühiti, başlıq boşluğu və qarışdırıcı kimi bir neçə vacib hissə var.

Onların çevik olması və birdən çox şey üçün istifadə oluna bilməsi kimi üstünlükləri var, lakin onların da geri qarışdırma kimi problemləri var.

Müəyyən bir reaksiya üçün partiya reaktorunu dizayn etmək və ölçmək üçün reaksiya kinetikası, istilik ötürülməsi, kütlə ötürülməsi, qarışdırma və faza davranışı kimi şeylər barədə düşünməlisiniz.

Partiya reaktorlarında hesablamalar

Mole tarazlığı tənliyi və seriyalı reaksiya

Ardıcıl reaksiyaya malik partiya reaktoru üçün reaktorda nə qədər maddənin olduğunu anlamaq üçün mol tarazlığından istifadə etməliyik.

Mole balans tənliyi reaktordakı hər bir molun miqdarının nə qədər sürətlə dəyişdiyini anlamaq üçün istifadə olunur.

Partiya reaktoru üçün mol balansı tənliyi:

dN_i/dt = r_i*V

burada N_i i növünün mol sayı, t vaxt, r_i növ i üçün reaksiya sürəti, V isə reaktorun həcmidir.

Bir sıra reaksiya zamanı hər bir növün nə qədər toplu reaktorda olduğunu bilmək istəsək, bu tənlikdən istifadə edə bilərik.

Qaynar Proses üçün Partiya Sabunlaşdırma Reaktorunun Ölçüsü

Sabunlaşma, yağları və şərbəti sabuna çevirən kimyəvi bir prosesdir.

Sabunlaşmanın isti prosesi üçün bir partiya reaktoru istifadə olunur.

İsti proses üçün partiyanın sabunlaşdırma reaktorunun ölçüsü nə qədər sabunun hazırlanmasına və hansı sabunun hazırlanacağına bağlı olacaq.

Reaktorun ölçüsünə əlavə olaraq, reaktorun səthinin sahəsi də reaksiyanın nə qədər sürətli baş verdiyini dəyişə bilər.

Bölmələri olan və ya daha yüksək aspekt nisbətinə malik bir reaktordan istifadə etsəniz, səth sahəsini böyüdə bilərsiniz.

İsti sabunlaşma prosesi üçün reaktorun temperaturu 70°C ilə 85°C arasında saxlanılmalıdır.

Reaksiya nə qədər davam edəcək, nə qədər sabun hazırlamaq istədiyinizdən asılıdır.

Bir neçə saatdan bir neçə günə qədər davam edə bilər.

Sabunlaşmanın kinetikasını öyrənmək üçün partiya reaktorundan istifadə edilə bilər.

Maqnit qarışdırıcısı və şüşə gödəkçəsi olan toplu reaktordan istifadə edərək, tələbələr müxtəlif temperaturlarda ikinci dərəcəli reaksiyanın sürət sabitlərini anlaya bilərlər.

Sabunlaşma reaksiyası, qablaşdırılmış yataqlı boru reaktorunda reaksiyanın çevrilməsini anlamaq üçün də istifadə edilə bilər.

Partiya reaktorlarında sınaq və optimallaşdırma

Bərk Maddələrlə Partiya Reaktor Testlərinin aparılması

Bərk cisimlə partiya reaktoru sınağı apararkən, bərk və maye reaktivlər adətən qarışdırıcı olan bir qabda qarışdırılır.

Qarışıq daha sonra müəyyən müddətə reaksiya vermək üçün buraxılır.

Bundan sonra bərk cisim adətən filtrasiya və ya sentrifuqa ilə mayedən ayrılır.

Sonra reaksiyanın nə qədər getdiyini öyrənmək üçün maye fazada maraq doğuran növlərin konsentrasiyası ölçülür.

Bərk cisimlə partiya reaktoru sınağını planlaşdırarkən siz həmçinin bərk hissəciklərin ölçüsü, reaktivlərin ilkin konsentrasiyası və istədiyiniz çevrilmə səviyyəsi haqqında düşünməlisiniz.

Dəyişdirilmiş Laborator Partiyalı Reaktor Testi

Aktivləşdirilmiş lildə uçucu üzvi birləşmələrin biodeqradasiyası laboratoriyada partiya reaktorunda sınaqdan keçirilmişdir.

Test qaz fazasında nümunə götürmək üçün bərk fazalı mikroekstraksiya (SPME) liflərini daxil etmək üçün dəyişdirildi.

Bu, boru kəmərinə ehtiyacı aradan qaldırır və bərk maddələrlə istifadəni asanlaşdırır.

Sequencing Batch Reactor Systems (SBR) Sistemləri

Sequencing partiya reaktoru (SBR) tullantı sularını doldurularaq və sonra drenaj edərək təmizləyən aktivləşdirilmiş lil sistemidir.

Bu sistemdə tullantı suları tək partiyalı reaktora qoyulur.

Sistemdən ən yaxşı performansı əldə etmək üçün iki və ya daha çox partiya reaktoru müəyyən edilmiş qaydada istifadə olunur.

SBR sistemləri həm şəhərlərin, həm də fabriklərin çirkab sularının təmizlənməsi üçün istifadə edilmişdir.

Material balans tənliyi

Maddi balans tənliyi kimyəvi reaksiyalar baş verdikdə toplu reaktorlarda nə baş verdiyini anlamaq üçün istifadə edilə bilər.

Məsələn, d dt ∫V cj dV = Q0cj0 − Q1cj1 + ∫V tənliyi. Rj dV yaxşı qarışdırılmış partiya reaktorları üçün istifadə oluna bilər, çünki reaktorda yaxşı qarışdırıldığı üçün inteqralları qiymətləndirmək asandır.

Yarım partiyalı reaktorlar

Yarım partiyalı reaktorlar həm partiya reaktorlarının, həm də hər zaman işləyən qarışdırılmış tank reaktorlarının (CSTRs) xüsusiyyətlərinə malikdir.

Onlar CSTR-lər kimi reaksiya davam edərkən yem əlavə edə bilərlər, lakin onlar toplu reaktorlar kimi başlanğıcda reaktivlə doldurulur.

Çox vaxt, reaksiya bir reagenti yavaş-yavaş əlavə etməli olduqda və ya reaksiya partiya reaktorunda həyata keçirilə bilməyəcək qədər isti olduqda, yarı partiyalı reaktorlar istifadə olunur.

Partiya Reaktoruna Baxış

İpucu: Əgər ehtiyacınız varsa, başlıq düyməsini yandırın. Danışıq dili ilə tanış deyilsinizsə, parametrlər düyməsində “avtomatik tərcümə” seçin. Sevimli diliniz tərcümə üçün əlçatan olmadan əvvəl videonun dilini klikləməlisiniz.

İstifadə halları

Nəticə

Nəhayət, partiya reaktoru bir çox müxtəlif sahələrdə kimya mühəndisləri üçün vacib bir vasitədir.

Bu, ardıcıl, yüksək keyfiyyətli məhsullar hazırlamaq üçün vacib olan reaksiya şərtlərini çox dəqiq idarə etməyə imkan verir.

Partiya reaktoru böyük bir texnologiya olsa da, hər şeyi müalicə edə bilməz.

Hər növ reaksiya üçün istifadə edilə bilməz, çünki bəzi qüsurları var.

Mühəndislər olaraq, bizim işimiz bu problemlərin öhdəsindən gəlməyə və mürəkkəb kimyəvi məhsulların hazırlanmasını asanlaşdırmağa kömək edə biləcək yeni ideyalar irəli sürmək və yeni texnologiyalar sınamaqdır.

Mümkün olanın həddini aşsaq, özümüz və planetimiz üçün daha yaxşı gələcək yarada bilərik.

Beləliklə, daha yaxşı, daha səmərəli və daha uzunmüddətli həllər tapmaq üçün yeni şeylər axtarmağa və cəhd etməyə davam edək.

Bağlantılar və istinadlar

Mole balansları:

https://www.pearsonhighered.com/assets/samplechapter/0/1/3/5/0135317088.pdf

Proses mühəndisliyində reaktorlar:

https://www.researchgate.net/publication/241765470_Reactors_in_Process_Engineering