Виды и модели химических реакторов

Химический реактор — прибор для осуществления химических процессов (реакционная установка) с целью получения заданного продукта или проведения исследования. Реакторы широко применяются как в производстве, так и в научно-исследовательских целях для проведения исследований и отработки процесса перед масштабированием. Химические реакторы незаменимы в производстве фармацевтической, косметической, пищевой, химической продукции, бытовой химии, лакокрасочных материалов и пр. В зависимости от требований производимого продукта, параметров исходного сырья, необходимого объема и других производственных и исследовательских задач, применяются различные виды химических реакторов, отличающиеся устройством и техническими характеристиками. Классификация химических реакторов достаточно обширна и включает широкий перечень типов реакторов, применимых в разных условиях.

По способу организации процесса

Основной принцип в основе разделения реакторов по способу организации процесса – способ подачи исходного сырья и выгрузки готового продукта: постоянный и непрерывный или периодический. По этому критерию все реакторы делятся на периодические, непрерывные (проточные) и полунепрерывные. Конструктивные особенности каждого типа реакторов определяют и его возможности в лабораторных и производственных целях: возможный объем производства, необходимые трудозатраты оператора, возможность производить один продукт или широкий ассортимент.

Основное отличие данного типа реакторов – последовательное прохождение всех стадий процесса: загрузка сырья, установка нужного режима реактора, непосредственно химический процесс, выключение реактора, вывод продукта. Продолжительность каждого цикла соответствует времени проводимой реакции. Периодические реакторы применяются для производства небольших объемов, поскольку затраты времени на загрузку и выгрузку продукции, включение, настройку и выключение реактора не позволяют обеспечивать крупнотоннажные производство. К недостаткам данного типа реакторов относятся и большие затраты ручного труда операторов. Однако, периодические реакторы подходят для производства нескольких (или многих) позиций ассортимента – перед каждой загрузкой реактор может быть заново настроен под требуемые параметры нового продукта.

Примеры реакторов: химические реакторы ROMM, лабораторный химический реактор Unic.

В таких реакторах процессы загрузки сырья и выгрузки продукта проходят непрерывно, а сама реакция проходит в каналах смешения. Поскольку в проточных реакторах не требуется периодический ввод и вывод реактора из рабочего режима, то снижаются затраты времени на ручной труд и повышается срок эксплуатации оборудования. Кроме того, непрерывные установки пригодны для больших объемов производства и обеспечивают высокое качество производимой продукции, поскольку процесс протекает в неизменных условиях (исключается риск ошибки в настройке отдельного цикла).

Примеры реакторов: реактор ASIA, реактор CFP-HP.

Реакторы для производств циклического действия, сочетают признаки периодических и непрерывных реакторов. Суть установки в том, что один из технологических этапов осуществляется постоянно, другой – периодически. В зависимости от того, какой этап осуществляется постоянно, а какой периодически, полунепрерывные реакторы могут работать при постоянной и непрерывной загрузке исходных продуктов, но периодической выгрузке. Или, наоборот, загрузка реагентов осуществляется периодически, а выгрузка непрерывно. Кроме того, возможны конструкции, где один из исходных продуктов поступает в реактор постоянно, а другой периодически.

Пример реактора: реактор с гомогенизатором.

По составу реакционной смеси

Предназначены для проведения реакции веществ в одной фазе: газообразной или жидкостной.

Примеры реакторов: для газообразных и жидких веществ металлические реакторы, а только для жидких стеклянные реакторы.

Предназначены для проведения химических реакций в двухфазных системах: газ ? жидкость, газ ? твердое вещество, жидкость – твердое вещество. В установках, применимых для работы с твердым веществами, они предварительно измельчаются для увеличения скорости реакции и повышения качества готового продукта.

Пример реактора: ARTI

Отдельная группа реакторов, где для проведения химической реакции используются реагенты и катализаторы в разном агрегатном состоянии. Реагенты, как правило, в жидкой или газообразной фазе, катализатор – в твердой. В зависимости от движения частиц катализатора при проведении реакции эта группа реакторов в свою очередь делится на реакторы со значительным или незначительным движением частиц катализатора. К первой группе относят реакторы с псевдоожиженным слоем и шламовые реакторы, ко второй – реакторы с неподвижным слоем, реакторы с тонким слоем, реакторы с движущимся или вращающимся слоем.

Пример реактора: ARTI

По тепловым режимам

Различные химические реакции требуют различных температурных условий, что влияет на степень и соотношение скорости внутреннего (тепловыделение и теплопоглощение реакционной смеси) и внешнего теплообмена (с окружающей средой). По условиям теплообмена реакторы делятся на адиабатические, изотермические и политропические.

В таких реакторах отсутствует теплообмен с окружающей средой. Вся теплота, выделяемая (поглощаемая) в реакторе, аккумулируется реакционной смесью, то есть расходуется только на внутренний теплообмен.

Примеры реакторов: металлические, стеклянные, реакторы с двойной рубашкой.

В таких устройствах внешний теплообмен протекает быстрее внутреннего, поэтому в реакторе поддерживается постоянная температура или путем подвода/отвода теплоты реакции, или за счет регулирования температуры поступающей реакционной смеси.

Примеры реакторов: ROMM, или Steddy при подключении к ним внешних термостатов.

Температура в таких реакторах непостоянна, меняется в ходе процесса согласно заданной программе. Скорости внутреннего и внешнего теплообмена сопоставимы, что влияет на неравномерное распределение температуры в зоне реакции, поэтому задача температурного режима в политропических реакторах – поддержание баланса внутреннего и внешнего теплообмена.

Примеры реакторов: ROMM, или Steddy при подключении к ним внешних термостатов.

По гидродинамическому режиму

В зависимости от характера движения веществ реакционной смеси в реакторной установке химические реакторы делятся на реакторы смешения и реакторы вытеснения. Отдельно в каждой группе выделяют идеальные варианты реакторов – реакторы идеального смешения и реакторы идеального вытеснения.

Реагенты распределяются по всему объему реакционной емкости и перемешиваются различными устройствами. Для перемешивания могут использоваться мешалки различных типов, барботаж – пропускание газа через слой жидких реагентов или циркуляционный насос. Реакторы идеального смешения предполагают абсолютное выравнивание температуры, концентрации и состава реакционной смеси по всему объему рабочей емкости.

Примеры реакторов: реакторы смешения.

В реакторах этого типа отсутствует организованный процесс перемешивания, реакционная смесь движется только в одном направлении — по длине реактора (поршневое движение потока). Как правило, это аппараты большой длины. Перемешивание в них возможно, но естественным образом и локально – вызвано неравномерной скоростью потока и образующимися в следствие этого флуктуациями. Реакторы идеального вытеснения предполагают ровную скорость движения смеси по всему сечению реактора.

Примеры реакторов: реакторы вытеснения.

По конструкции

Конкретная конструкция химического реактора зависит от широкого ряда факторов: особенности исходных веществ, наличие / отсутствие катализаторов для протекания реакции, требуемый температурный режим, объем производимого продукта и т.д. В классификации реакторов по конструкции наиболее типичными являются емкостные, колонные и трубчатые реакторы, а также печи для процессов, протекающих при высокой температуре.

Полые аппараты, в которых перемешивание осуществляется мешалками различных типов, а теплообмен происходит через поверхность реактора с помощью тепловых рубашек. Подробнее о мешалках и рубашках читайте в статье "Реакторы с мешалками".

Данные реакторы представляют собой вертикальные цилиндрические установки, в которых могут быть размещены различные насадки, сита, тарелки, змеевики для охлаждения и иные теплообменные устройства, распределительные устройства для организации потоков жидкостей и газов.

В трубчатых реакторах теплообмен осуществляется через стенки труб. Эти реакторы часто называют реакторами вытеснения. Они имеют форму длинного канала, трубы, где отношение длины к её диаметру больше 10.

Для протекания некоторых процессов требуется поддержание высокой температуры, которое невозможно обеспечить в емкостных, колонных и трубчатых реакторах. Для этих целей применяются специальные печи.

Примеры реакторов: для жидких фаз проточный реактор высокого давления CFP-HP, а для твердых сыпучих материалов роторные наклонные печи.

По объему

В зависимости от требуемого объема производства или исследования все химические реакторы можно условно разделить на лабораторные, пилотные и промышленные.

Реакторы небольшого объема от 10 мл до 30 л. Могут быть изготовлены из разных материалов, разной конструкции.

Примеры реакторов: настольное исполнение реакторов ROMM, и CONNY, стеклянные реакторы.

Применяются для отладки химического производства в существенных масштабах для последующего внедрения систем на производство. Также в зависимости от задач могут быть изготовлены из разных материалов, оснащены разнообразными дополнительными опциями.

Примеры реакторов: пилотное исполнение реакторов ROMM, и CONNY, базовые версии стеклянных реакторов SUR, и SOFFI.

Реакторы применяются на крупных химических производствах. Рабочий объем моделей от 5-10 л до 500л. Под конкретные производственные задачи могут быть дополнительно оснащены многими опциональными решениями, позволяющими оптимизировать процесс.

Примеры реакторов: промышленное исполнение реакторов ROMM, и CONNY, промышленные версии стеклянных реакторов SUR, и SOFFI.

Химические реакторы от компании “Тирит”

Основная задача любого химического реактора – обеспечить стабильные условия проведения химической реакции и рентабельность производства, т.е. снизить затраты сырья, энергии и прочих ресурсов, получив на выходе максимальное количество готового продукта требуемого качества. Наша компания специализируется на подборе и поставках лабораторного оборудования от ведущих мировых производителей. Технические специалисты “Тирит” помогут выбрать модель химического реактора и необходимые комплектующие для решения Ваших технологических задач. Получить консультацию можно по телефонам +7 (495) 223-18-03, 8-800-600-18-03, электронной почте info@tirit.org или заказав обратный звонок на нашем сайте.