Reaktor okresowy

Symbol reaktora okresowego

Reaktor okresowy to ogólny termin określający typ zbiornika szeroko stosowany w przemyśle przetwórczym . Jego nazwa jest trochę myląca, ponieważ zbiorniki tego typu są używane do różnych operacji procesowych, takich jak rozpuszczanie ciał stałych , mieszanie produktów , reakcje chemiczne , destylacja okresowa , krystalizacja , ekstrakcja ciecz/ciecz i polimeryzacja . W niektórych przypadkach nie są one określane jako reaktory , ale mają nazwę odzwierciedlającą rolę, jaką pełnią (np. krystalizator lub bioreaktor ).

Typowy reaktor okresowy składa się ze zbiornika magazynowego z mieszadłem i zintegrowanego systemu ogrzewania/chłodzenia. Naczynia te mogą różnić się wielkością od mniej niż 1 litra do ponad 15 000 litrów. Zwykle są one wytwarzane ze stali , stali nierdzewnej , stali emaliowanej szkłem , szkła lub egzotycznego stopu . Ciecze i ciała stałe są zwykle ładowane przez połączenia w górnej pokrywie reaktora. Pary i gazy odprowadzane są również przez przyłącza w górnej części. Ciecze są zwykle odprowadzane z dna.

Zaletą reaktora okresowego jest jego wszechstronność. Pojedynczy statek może przeprowadzić sekwencję różnych operacji bez konieczności przełamywania zabezpieczenia. Jest to szczególnie przydatne podczas przetwarzania toksycznych lub silnie działających związków .

Podniecenie

Typowym układem mieszadła jest centralnie zamontowany wał napędowy z górną jednostką napędową. Łopaty wirnika są osadzone na wale. Stosowana jest szeroka gama konstrukcji łopatek, które zazwyczaj pokrywają około dwóch trzecich średnicy reaktora. Tam, gdzie obsługiwane są produkty lepkie, kotwicy , które mają mały prześwit między ostrzem a ścianami naczynia.

Większość reaktorów okresowych wykorzystuje również przegrody . Są to nieruchome łopatki, które przerywają przepływ wywołany obracającym się mieszadłem. Można je przymocować do pokrywy naczynia lub zamontować po wewnętrznej stronie ścian bocznych.

Pomimo znacznych ulepszeń w konstrukcji łopatek mieszadła i przegród, mieszanie w dużych reaktorach okresowych jest ostatecznie ograniczone przez ilość energii , którą można zastosować. W przypadku dużych zbiorników energia mieszania przekraczająca 5 W na litr może stanowić niedopuszczalne obciążenie dla układu chłodzenia. Duże obciążenia mieszadła mogą również powodować problemy ze stabilnością wału. Tam, gdzie mieszanie jest parametrem krytycznym, reaktor okresowy nie jest idealnym rozwiązaniem. Znacznie wyższe szybkości mieszania można osiągnąć, stosując mniejsze systemy przepływowe z szybkoobrotowymi mieszadłami, ultradźwiękowymi lub mieszalnikami statycznymi .

Systemy ogrzewania i chłodzenia

Produkty w reaktorach okresowych zwykle uwalniają lub pochłaniają ciepło podczas przetwarzania. Nawet czynność mieszania przechowywanych płynów generuje ciepło. Aby utrzymać zawartość reaktora w żądanej temperaturze , ciepło musi być dostarczane lub usuwane przez płaszcz chłodzący lub rurę chłodzącą . Do ogrzewania i chłodzenia reaktorów okresowych stosuje się wężownice grzejno-chłodzące lub płaszcze zewnętrzne. Płyn przenoszący ciepło przechodzi przez płaszcz lub cewki, aby dodać lub usunąć ciepło.

W przemyśle chemicznym i farmaceutycznym na ogół preferowane są zewnętrzne płaszcze chłodzące, ponieważ ułatwiają one czyszczenie zbiornika. Wydajność tych kurtek można określić za pomocą 3 parametrów:

Można argumentować, że współczynnik przenikania ciepła jest również ważnym parametrem. Należy jednak zauważyć, że duże reaktory okresowe z zewnętrznymi płaszczami chłodzącymi mają poważne ograniczenia w przenoszeniu ciepła ze względu na konstrukcję. Trudno jest osiągnąć lepsze niż 100 W/litr, nawet przy idealnych warunkach wymiany ciepła. Natomiast reaktory pracujące w trybie ciągłym mogą zapewnić wydajność chłodzenia przekraczającą 10 000 W / litr . W przypadku procesów o bardzo dużych obciążeniach cieplnych istnieją lepsze rozwiązania niż reaktory okresowe.

Szybka reakcja na kontrolę temperatury oraz równomierne nagrzewanie i chłodzenie płaszcza jest szczególnie ważne w przypadku procesów krystalizacji lub operacji, w których produkt lub proces jest bardzo wrażliwy na temperaturę. Istnieje kilka typów płaszczy chłodzących reaktora okresowego:

Pojedyncza kurtka zewnętrzna

Reaktor okresowy z pojedynczym zewnętrznym płaszczem chłodzącym

Konstrukcja z pojedynczym płaszczem składa się z płaszcza zewnętrznego, który otacza naczynie. Płyn przenoszący ciepło przepływa wokół płaszcza i jest wtryskiwany z dużą prędkością przez dysze. Temperatura w płaszczu jest regulowana w celu sterowania ogrzewaniem lub chłodzeniem.

Pojedynczy płaszcz jest prawdopodobnie najstarszym projektem zewnętrznego płaszcza chłodzącego. Pomimo tego, że jest wypróbowanym i przetestowanym rozwiązaniem, ma pewne ograniczenia. Na dużych naczyniach regulacja temperatury płynu w płaszczu chłodzącym może zająć wiele minut. Powoduje to powolną regulację temperatury. Rozkład przenoszącego ciepło jest również daleki od ideału, a ogrzewanie lub chłodzenie ma tendencję do wahania się między ścianami bocznymi a dolną misą. Inną kwestią do rozważenia jest temperatura wlotowa płynu przenoszącego ciepło, która może oscylować (w odpowiedzi na działanie zaworu regulacji temperatury) w szerokim zakresie temperatur, powodując powstawanie gorących lub zimnych punktów w punktach wlotowych płaszcza.

Kurtka typu half coil

Reaktor okresowy z płaszczem typu half-coil

Półwężownica jest wykonana przez spawanie półrurki wokół zewnętrznej części naczynia w celu utworzenia półokrągłego kanału przepływowego. Płyn przenoszący ciepło przepływa przez kanał w tłokowy . Duży reaktor może wykorzystywać kilka cewek do dostarczania płynu przenoszącego ciepło. Podobnie jak w przypadku pojedynczego płaszcza, temperatura w płaszczu jest regulowana w celu sterowania ogrzewaniem lub chłodzeniem.

Charakterystyka przepływu tłokowego płaszcza półwężownicy umożliwia szybsze przemieszczanie płynu przenoszącego ciepło w płaszczu (zwykle mniej niż 60 sekund). Jest to pożądane dla dobrej kontroli temperatury. Zapewnia również dobrą dystrybucję płynu przenoszącego ciepło, co pozwala uniknąć problemów związanych z nierównomiernym ogrzewaniem lub chłodzeniem między ścianami bocznymi a dolną misą. Jednak podobnie jak w przypadku konstrukcji z pojedynczym płaszczem, wlotowy płyn przenoszący ciepło jest również podatny na duże wahania temperatury (w odpowiedzi na działanie zaworu regulacji temperatury).

Płaszcz chłodzący o stałym strumieniu

Reaktor okresowy z płaszczem o stałym strumieniu (Coflux).

Płaszcz chłodzący ze stałym strumieniem jest stosunkowo nowym wynalazkiem. Nie jest to pojedyncza kurtka, ale składa się z serii 20 lub więcej małych elementów kurtki. Zawór regulacji temperatury działa poprzez otwieranie i zamykanie tych kanałów w zależności od potrzeb. Zmieniając w ten sposób powierzchnię wymiany ciepła, można regulować temperaturę procesu bez zmiany temperatury płaszcza.

Płaszcz o stałym strumieniu ma bardzo szybką reakcję na regulację temperatury (zwykle poniżej 5 sekund) ze względu na krótką długość kanałów przepływowych i dużą prędkość płynu przenoszącego ciepło. Podobnie jak w przypadku płaszcza półcewki, strumień ogrzewania/chłodzenia jest jednolity. Ponieważ płaszcz działa w zasadniczo stałej temperaturze, nie występują jednak oscylacje temperatury wlotowej obserwowane w innych płaszczach. Niezwykłą cechą tego typu płaszcza jest możliwość bardzo czułego pomiaru ciepła procesowego. Pozwala to użytkownikowi monitorować szybkość reakcji w celu wykrywania punktów końcowych, kontrolowania szybkości dodawania, kontrolowania krystalizacji itp.

Aplikacje

Reaktory okresowe są często stosowane w przemyśle przetwórczym. Reaktory okresowe mają również wiele zastosowań laboratoryjnych, takich jak produkcja na małą skalę i indukowanie fermentacji napojów. Mają też wiele zastosowań w produkcji medycznej. Reaktory okresowe są ogólnie uważane za drogie w eksploatacji, podobnie jak zmienna niezawodność produktu. Są również wykorzystywane do eksperymentów kinetyki reakcji, substancji lotnych i termodynamiki. Reaktory okresowe są również szeroko stosowane w oczyszczaniu ścieków. Skutecznie zmniejszają BZT (biologiczne zapotrzebowanie na tlen) wpływającej nieoczyszczonej wody.

Zobacz też

  1. ^ „Reaktor okresowy do sekwencjonowania jako potężne narzędzie do badania wolno rosnących beztlenowych mikroorganizmów utleniających amon - Springer”. Reaktor okresowy do sekwencjonowania jako potężne narzędzie do badania wolno rosnących beztlenowych mikroorganizmów utleniających amon - Springer. Np, 01 listopada 1998 r. Sieć. 26 lutego 2014 r.>
  2. ^ „Granulacja tlenowa w reaktorze okresowym do sekwencjonowania”. Granulacja tlenowa w reaktorze okresowym do sekwencjonowania. Np, nd Web. 26 lutego 2014 r.
  3. Bibliografia _ Water Science & Technology 27:5-6 (1993) 241-252 - T. Kuba i in. - Biologiczne usuwanie fosforu ze ścieków za pomocą beztlenowego reaktora sekwencyjnego do sekwencjonowania. Np, nd Web. 26 lutego 2014 r.
  4. ^ „Tlenowy szlam granulowany w reaktorze okresowym do sekwencjonowania”. Aerobowy granulowany osad w reaktorze okresowym do sekwencjonowania. Np, nd Web. 26 lutego 2014 r.
  5. ^ „Reaktory okresowe do sekwencjonowania - Springer”. Reaktory okresowe do sekwencjonowania - Springer. Np, nd Web. 26 lutego 2014 r.
  6. ^ „Technologia reaktora okresowego do sekwencjonowania”. Książki Google. Np, nd Web. 26 lutego 2014 r.
  7. ^ „Jednoczesna nitryfikacja, denitryfikacja i usuwanie fosforu w reaktorze okresowym do sekwencjonowania w skali laboratoryjnej”. - Zeng. Np, nd Web. 26 lutego 2014 r.
  8. ^ „Nitryfikacja, denitryfikacja i biologiczne usuwanie fosforu w ściekach z chlewni przy użyciu reaktora okresowego do sekwencjonowania”. Nitryfikacja, denitryfikacja i biologiczne usuwanie fosforu w ściekach z chlewni przy użyciu reaktora okresowego do sekwencjonowania. Np, nd Web. 26 lutego 2014 r.>

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Batch_reactor&oldid=1043099215 ”