En la ingeniería química, los reactores químicos son recipientes diseñados para contener las reacciones químicas que el diseño de un reactor químico se ocupa de aspectos múltiples de la ingeniería química . Los ingenieros químicos diseñan los reactores para maximizar el valor actual neto para la reacción dada. Los diseñadores se aseguran de que la reacción proceda con la eficacia más alta hacia el producto deseado de la salida, produciendo la producción más alta del producto mientras que requiera la menos cantidad de dinero comprar y funcionar. Los gastos de explotación normales incluyen la entrada de energía, el retiro de la energía, costes de la materia prima, el trabajo, cambios de la energía del etc. pueden venir bajo la forma de calefacción o enfriamiento, bombeando para aumentar la presión, la pérdida de presión friccional (tal como gota de presión a través de un codo 90^o o de una placa de orificio), la agitación, el etc.

Descripción

Hay dos tipos básicos principales del recipiente:
un tanque
una pipa Ambos tipos se pueden utilizar como los reactores continuos o reactores de la hornada. Lo más comúnmente posible, los reactores se funcionan con en el de estado estacionario, pero se pueden también funcionar en un estado transitorio . Cuando un reactor primero se trae nuevamente dentro de la operación (después de que mantenimiento o inoperation) que sería considerado estar en un estado transitorio, donde las variables de proceso de la llave cambian con tiempo. Ambos tipos de reactores pueden también acomodar uno o más sólidos (catalizador los reactivo, o los materiales inertes), pero los reactivo y los productos son típicamente líquidos y gases.

Hay tres modelos básicos principales usados para estimar las variables de proceso más importantes de diversos reactores químicos:
del '' modelo reactor de la hornada '' (hornada),
modelo del '' reactor continuo del revolver-tanque '' (CSTR), y
del '' modelo reactor de flujo de enchufe '' (PFR) .

Además, los reactores catalíticos requieren el tratamiento separado, si sean hornada, reactores del CST, o del picofaradio, pues las muchas asunciones de los modelos más simples son inválidas.

Las variables de proceso dominantes incluyen el
tiempo de residencia (τ, tau minúsculo del Griego)
volumen (v)
temperatura (t)
presión (p)
concentraciones de las especies químicas (C₁, C₂, C₃,… C_n)
coeficientes de traspaso térmico (h, U)

Tipos

CSTR (reactor continuo del Revolver-Tanque)

considera también:

continuo del reactor del revolver-tanque En un CSTR, uno o más reactivo flúidos se introducen en un reactor del tanque equipado de un impeledor mientras que se quita el efluente del reactor. El impeledor revuelve los reactivo para asegurar la mezcla apropiada. Simplemente la división del volumen del tanque por el flujo volumétrico medio a través del tanque da el tiempo de residencia del, o la cantidad media de tiempo que una cantidad discreta de reactivo pasa dentro del tanque. Usar la cinética química, la terminación prevista del por ciento de la reacción puede ser calculada. Algunos aspectos importantes del CSTR:
En de estado estacionario, el flujo adentro debe igualar el flujo total hacia fuera, si no el tanque desbordará o irá vacío (estado transitorio). Mientras que el reactor está en un estado transitorio la ecuación modelo se debe derivar de la masa y de los balances energéticos diferenciados.
Todos los cálculos se realizaron con CSTRs asumen el de mezcla perfecto.
La reacción procede a la tarifa de la reacción asociada a la concentración final (de la salida).
A menudo, es económicamente beneficioso funcionar vario CSTRs en serie. Esto permite, por ejemplo, el primer CSTR a funcionar a una concentración más alta el reactivo y por lo tanto a una tarifa más alta de la reacción. En estos casos, los tamaños de los reactores se pueden variar para reducir al mínimo la inversión de capitales total requerida para ejecutar el proceso.
Puede ser visto que un número infinito de funcionamiento infinitamente pequeño de CSTRs en serie sería equivalente a un PFR.

PFR (reactor de flujo de enchufe)

considera también:

l modelo del reactor de flujo de enchufe En un PFR, uno o más reactivo flúidos son bombeado a través de una pipa o tubo. La reacción química procede mientras que los reactivo viajan con el PFR. En este tipo de reactor, la tarifa cambiante de la reacción crea un gradiente con respecto a la distancia atravesada; en la entrada al PFR la tarifa es muy alta, sino como las concentraciones de los reactivo disminuir y la concentración de los aumentos de los productos que la tarifa de la reacción se retarda. Algunos aspectos importantes del PFR:
Todos los cálculos se realizaron con PFRs no asumen ningún por aguas arriba o rio abajo la mezcla, según lo implicado por el " del término; flow" del enchufe;.
Los reactivo se pueden introducir en el PFR en las localizaciones en el reactor con excepción de la entrada. De esta manera, una eficacia más alta puede ser obtenida, o el tamaño y el coste del PFR pueden ser reducidos.
Un PFR tiene típicamente una eficacia más alta que un CSTR del mismo volumen. Es decir, dado el mismo espacio-tiempo, una reacción procederá a una terminación más alta del porcentaje en un PFR que en un CSTR.

Para la mayoría de las reacciones químicas, es imposible que la reacción proceda a la terminación 100%. El índice de reacción disminuye mientras que la terminación del por ciento aumenta hasta el punto donde el sistema alcanza equilibrio dinámico (ninguna reacción neta, o el cambio en especie química ocurre). El punto de equilibrio para la mayoría de los sistemas es menos de el 100% completo. Por esta razón un proceso de la separación, tal como destilación, sigue a menudo un reactor químico para separar cualesquiera reactivo o subproducto restantes del producto deseado. Estos reactivo se pueden reutilizar a veces al principio del proceso, por ejemplo en el Haber de proceso.

reactor de la Semi-hornada

Un reactor de la semi-hornada se funciona con las entradas continuas y las salidas de hornada y. Una fermentadora, por ejemplo, se carga con una hornada, que produce constantemente el dióxido de carbono, que tiene que ser quitado continuamente. Análogo, la conducción de una reacción del gas con un líquido es generalmente difícil, desde las burbujas de gas apagado. Por lo tanto, una alimentación continua del gas se inyecta en la hornada de un líquido. Un ejemplo de tal reacción es la desinfección con cloro .

Reactor catalítico

Aunque los reactores catalíticos se ejecuten a menudo como reactores de flujo de enchufe, su análisis requiere un tratamiento más complicado. El índice de una reacción catalítica es proporcional a la cantidad de catalizador el contacto los reactivo. Con los reactivo de la fase de la fase sólida de un catalizador y del líquido, esto es proporcional al área expuesta, a la eficacia de la difusión de reactivo adentro y de productos hacia fuera, y a la mezcla turbulenta o carece de eso. La asunción de la mezcla perfecta no puede ser asumida. Además, un camino de reacción catalítica es a menudo de varias fases con los intermedios que químicamente están limitados al catalizador; y como el producto químico que ata al catalizador es también una reacción química, puede afectar a la cinética.

El comportamiento del catalizador es también una consideración. Particularmente en procesos petroquímicos des alta temperatura, los catalizadores son desactivados por el que sinteriza, el que coquiza, y los procesos similares.

Un ejemplo común de un reactor catalítico es el convertidor catalítico que sigue un motor.

Ver también

Ingeniería química
Transferencia total
Equilibrio total
Reactor de la membrana
Principio de Le Chatelier
Traspaso térmico
Cinética química
Termodinámica
Reactor de estrato fluidificado
Combustión de colocación química

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Zenithic

Charles-Frédéric Reinhard

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