Выбор Лаборатория реакторов

В этой статье приводятся некоторые соображения, связанные с выбором и указания системы реактора на исследования и разработки приложений.

Многочисленные квалифицированных поставщиков специализируется на проектирование, инжиниринг, изготовление, монтаж, ввод в эксплуатацию, а также поддержка лабораторных систем для использования в лабораториях, опытных заводов и малых производственных объектов в химической промышленности процесса. Они могут предоставлять отдельные единицы оборудования, таких как сосуды высокого давления, взволнованный реакторов, магнитные мешалки, учета шприцевые насосы, диафрагменные компрессоры, клапаны, теплообменники, поток контроллеров и приборов, или поставку полного, многоцелевые блочные системы.

Лаборатория реакторы могут работать непрерывно или в пакетном режиме. Эта статья посвящена непрерывного реакторов, которые включают в себя: микро-(или дифференциальные) реакторов; интегральных реакторов, полуприцепов и технических подразделений и завода побочных потоков реакторов и реакторов непрерывного перемешивали-цистерны (CSTRs).

Micro реакторов. Micro реакторы характеризуются высокой расход до реакторов объема (или высокий расход до катализатора массы) отношения. Они краткое пребывание раз и низкого давления капель, работают почти изотермически и опыт незначительным осевые и радиальные градиенты концентрации. Эти особенности делают такие малые реакторы идеально подходит для предварительных оценок и кинетических исследований, которые оценивают скорость химических реакций, кинетические константы и т.д. Поскольку скорость реакции неизменным на протяжении всего реактора, влияние каждой переменной (например, давления, температуры и реагентов и продуктов концентраций и т.д.) могут быть изучены отдельно и очень точные результаты могут быть получены. Кроме того, плагин потока обеспечивает однородность свойств жидкости по всей кровати.

данных Micro реактора не являются достаточными для модели полномасштабного реакторов, даже с обширными знаниями в области таких параметров, как массо-и теплообмена, а стены эффектов. Другие недостатки этого типа реактора является то, что высокие Расходы, приведенные необходимы для сохранения дифференциальные условия, и это трудно имитировать побочных реакций, которые значительно ниже, чем основной реакции и может пойти совершенно незамеченными.

Интегральные трубчатых реакторов. Как правило, труднее получить кинетические уравнения, из интегральных данных реактора, чем от микро данных реактора, и в адиабатических условиях это еще сложнее это сделать. Большинство полномасштабных реакторов, из-за их низкой отношение поверхности к объему, как правило, работают в адиабатических условиях, поэтому мелкие адиабатических интегральных реакторов, как правило, не используется для исследования кинетических параметров, если кинетическая модель уже доступна. Они могут быть использованы для моделирования полномасштабных реакторов или для оценки катализатора жизни.

Semi-технических подразделений и завода стороне потока реакторов. Эти специальные механизмы дают возможность изучить весь процесс в целом, как с точки зрения эффективности процессов, а также химические и физические характеристики ее компонентов. Это самый лучший способ проверить катализатор, потому что она будет подвергаться изменчивости фактических натурных условиях процесса. Кроме того, это может привести к значительному снижению затрат по сравнению с обычными оценки экспериментального завода.

Смешения танк реакторов. CSTRs особенно хорошо подходят для кинетических исследований. Предположение о полной и совершенной смешивания должны быть проверены перед проведением экспериментальных работ в смешения, при условии, жидкость не слишком вязкой и смешивания является адекватным, идеальное перемешивание предположения, как правило, оправданы. Реакции веществ, которые отравляют катализатор также лучше изучены, чем в смешения неотъемлемой реактора, так как общий объем катализатора является одновременно подвергаются той же концентрации ядов, а в трубчатом реакторе, слоях катализатора ближе к входной реактор подвергаются воздействию высоких концентраций ядовитых веществ.

Основные технические характеристики реактора

Реактор состоит из четырех основных частей:

* Цилиндра. В идеале, цилиндр (и все внутренние части увлажненные) будут изготовлены из твердого, горячекатаные и кованые прутки без каких-либо швов и сварных швов, которые являются потенциальными источниками коррозии и слабость. Цилиндра может содержать несколько специальных отверстий, например, канализацию или sightglasses.

* Головой. Большинство соединений, необходимых для проведения измерений, контроля процессов, реактор зарядки, помешивая, и т.д., осуществляется через крышки реактора, который строится из того же материала в виде цилиндра. Глава предназначена для обеспечения легкого ужесточение голову к цилиндру.

* Закрытие системы Для блокировки головы и цилиндра вместе, несколько видов блокад, включая колпачки и сплит-кольцо блокады, имеются. Прокладки между головкой цилиндров и уплотнений в системе.

* Арматура и внутренние органы. Лабораторных реакторов как правило, включают фитинги для датчиков давления, термопары, впускных и выпускных клапанов, выборка клапаны, мешалки, safetyrelief клапанов и / или разрыв дисков. Внутреннее может включать в себя катализатор корзины, отопление и / или охлаждение катушки, вкладыши, газо-увлечения колеса и экранов.

Выбор химического реактора для проведения лабораторных исследований включает в себя множество, связанных с выбором конструкции реактора, в том числе: объем полезной реактора, объем реагентов будет обработано реактора, конкретный набор условий эксплуатации, внешних и / или внутреннего отопления или охлаждения, перемешивания и т.д. Количество вариантов может быть довольно большим. Процесс отбора начинается с установлением основных характеристик реактора: реактор объема; максимальное рабочее давление, максимальная рабочая температура; монтаж / демонтаж режима, а также другие специфические требования.

Реактор объема. Стандартный реакторов лаборатории диапазоне от микро реакторов более 25 см3 как большой, как один 8,75 л (5 галлонов). Объем реактора в основном относится к свободному объему сосуда. Для обеспечения безопасной эксплуатации, максимальный жидкие / твердые заряда состоявшейся в закрытом сосуде, не должна превышать двух третей от общего объема имеющихся.

Максимальное рабочее давление. Большинство реакторов лаборатории предназначены для рабочих давлений от 1, 900 фунтов на квадратный дюйм для общих целей экспериментов, вплоть до 5000 фунтов на квадратный дюйм для высокого давления. Некоторые микро реакторов (25-600 мл) рассчитаны на давление до 2000 бар (29 000 фунтов на квадратный дюйм). Существенная экономия возможна, если ожидаемое рабочее давление не превышает заданной. ASME критерии емкостей высокого давления кодекс предусматривает 4: 1 запас прочности, который, как правило, достаточно для большинства приложений.

Максимальная рабочая температура. Для большинства реакторов, уплотнение материала температурой ограничивающим фактором. Реакторы с политетрафторэтилена (PTFE, например. Тефлона) прокладки, как правило, подходящие для использования до 350C, а при температурах до 500C требуются гибкие прокладки графита. Некоторые поставщики предлагают в качестве опции самоуплотняющийся O-кольцо закрытия общего назначения для судов с объемом от 100 см3 до 2 гал. Эти быстрого закрытия проектов имеют практический предел 225C, хотя это и может быть продлен до 300C с более дорогим кольцом материалов.

Установка / снятие режима. 2 основные режимы настольные и напольные. Настольная реакторов, как правило, ограничивается мелких судов с объемами 200 см3 до 2 Л. реакторов большего ограничены напольные крепления, которые в целом более широкие размещения двигателей и обеспечить более широкий доступ к нижней дренажный клапан.

Другой монтажа решение, является ли выбор съемных судна или фиксированной конструкция головки (рис. 1). Съемным конструкции судна требует вся сборка судна быть отделена от нагревателя для зарядки, восстановления продукта и очистки судна. С фиксированной конструкция головки цилиндра реактора и нагревателем, чтобы удалить судна должен быть открыт. Фиксированной конструкция головки является предпочтительным, так как весь впускной и слива, сбор и вентиляционные каналы, конденсаторы и другие подобные соединения остаются ненарушенных между пробегами. Она также позволяет для некоторых расширения жидкости при нагреве фазы реакции. Фиксированной конструкция головки не является практически ни для маленьких или крупных подразделений, и ограничивается реакторов с объемом от 300 см ^ ^ SUP 3 до 2 гал.

Другие конструктивные особенности

Другие важные технические характеристики, необходимые для завершения настройки лабораторный реактор. Поставщики, производители и / или переработчиков может оказать помощь по этим вопросам.

Промышленность строительных материалов. Общие сведения о коррозии и пригодность материала для конкретных приложений, которые можно получить из сплава производителей. Список литературы 1 и 2 обсудить выбор строительных материалов.

Возбужденный реакторов металла могут быть построены из самых обрабатываемых сплавов вместимостью от 50 см3 до 500 галлонов (1893 л). Дизайн давления простираются от полного вакуума до 150 000 фунтов на квадратный дюйм (10 300 бар), а диапазон температур от-400F на 2500 F (-2000C с 1370 C).

Возбужденный реакторов стекло идеально подходят для визуального наблюдения за химических реакций под давлением. Стекло реакторы имеют емкость от 0,5 л до 5,0 Л. Дизайн диапазоне давлений 29 фунтов на квадратный дюйм (2 бара) для реакторов емкостью 3 л или больше, или 174 фунтов на квадратный дюйм (12 бар) для 2-L и меньше возможностей.

Закрытие системы и прокладка материалов. Эта система часто стандартном исполнении установленных заводом-изготовителем. Micro реакторов с малого диаметра цилиндров использовать винтовой крышкой затворы, которые могут легко быть ужесточены с достаточной силой для герметизации. Большие реакторов требуют более сложных системах закрытия.

Сложные конструкции закрытия обеспечения легкого доступа к реактора цилиндр, избегая при этом больших громоздких и тяжелых фланцы шапки винт. Одним из таких механических решение, которое отвечает всем этим требованиям (запатентовано), кольцо для ключей закрытия (3), который зажимы голову цилиндр с 2-секции стальное кольцо (рис. 2). 2 секции слайд место для крепления головки и цилиндра вместе с двух сторон таким образом, чтобы не мешать арматуры при крышки реактора.

Различные материалы, пригодные для прокладки диапазоне условий эксплуатации имеются, в том числе PTFE, фторэластомеры (например, Viton) и perfluoroelastomers (например, Kalrez), а также гибкий графит. Номер 1 приводится дополнительная информация о прокладки и прокладки материалов.

Активизация системы. Перемешивания Система состоит из привода механически связаны с внутренней вала, на который турбин или другого типа крыльчатки прилагается. Широкий спектр волнения систем доступен для удовлетворения большинства требований смешивания.

Магнитные Мешалки пакет менее и экологически безопасной, устранение загрязнения, техническое обслуживание и другие проблемы, связанные со смесителями, которые используют динамические механические уплотнения. Статический крутящий момент составляет от 6 фунтов до 2000 фунтов (230 Нм) с мешалкой со скоростью до 5000 об / мин. Рабочее колесо варианты с плоским и расположились станом лезвия, винтовой ленты, якоря, и специальные конструкции.

Высокой вязкости реагентов может диктовать необходимость использования более широкого мешалкой привода и, возможно, альтернативные трансмиссии. Высокой вязкости нагрузки может быть обработан с большим крутящим моментом магнитных дисков практически во всех, кроме самых маленьких реакторов. Универсальные диски могут обрабатывать вязкости до 25000 сП.

Шприцевые насосы. Тяжелые промышленные насосы, изготовленные из самых обрабатываемые сплавы Расходы, приведенные от 1 л / ч до 200 мл / мин и давлении на выходе до 60000 фунтов на квадратный дюйм (4100 бар). Поток непрерывно, без пульса и с точностью до 0,05%. Насосы, также доступны для использования в опасных (классифицированных) областях.

Диафрагма компрессоров. компрессоры металлические диафрагмы идеально подходят для сжатия токсичных, горючих, окисляющих, радиоактивных и взрывоопасных газов, не причинив никакого загрязнения технологических сред, что результаты от традиционных компрессоров. Эти компрессоры регулярно обрабатывать аргона, фтор, кислород, водород, азот, гелий и этилен, назовем лишь некоторые из них. Дизайн диапазоне давлений от атмосферного до 60000 фунтов на квадратный дюйм (4100 бар) с широким кругом Расходы, приведенные.

Электроснабжение. Лаборатория реакторов должно быть указано как возможность получать питание от существующих электрических систем питания.

Предохранительный клапан и разрывная мембрана. Аналоговый манометр покажет давление в реакторе. Предохранительный клапан и / или разрыва диска необходимы для защиты судов и оператор должен превышать давление номинальное предел судна.

Приборы пакет. Полный комплект приборов состоит из температурный индикатор / контроллер и компьютер процесс, основанный на контроллер с модулями для измерения давления, высокой температуры запорные и скорости перемешивания и перемешивание нагрузки дисплея.

Аксессуары. К ним относятся нагреватели, конденсаторы, зрение очки, вкладыши, запасные части и т.д. Это разумно складе запасных частей в рамках всей системы реакция, когда реактор эксплуатируется непрерывно или полу-непрерывно. Такая избыточность менее важное значение для реакторах.

Сертификации. Лаборатория R

High-pressure/high-temperature реакторов

Как отмечалось ранее, прокладочного материала обычно определяет предельную температуру реактора. Реакторы оснащены кольцом уплотнения максимальный предел температуры 225C для Viton или 300C для более дорогостоящих Kalrez. PTFE прокладки можно использовать при температурах до 350T; C. Использование гибких графита исключает прокладки, так как температура-ограничивающим фактором для экстремальных температур системы, она была использована до 600C, который намного выше практического применения.

Максимально допустимая температура для реакторов, работающих в экстремальных условиях, установленных кодов ASME и зависит от металла, использованного для строительства реакторов. Большинство металлов имеют максимальные пределы температуре от 400C и 800C. Тем не менее, прочность этих металлов резко падает стоящей повышение температуры. Таким образом, по практическим соображениям, ASME установила температурный предел для внешних подогревом реакторов 600C.

В общем, high-pressure/high-temperature реакторных установок не требует перемешивания. В результате реактор, поэтому гораздо проще, чем перемешиваются.

методы современного строительства позволяют невозмутимый судов рабочих температурах до 600C и давлении 4000 фунтов на квадратный дюйм между 6000 и пси (в зависимости от максимальной рабочей температуры), которые будут построены с объемом до 1800 см3. Благодаря своей простой геометрии, эти суда могут быть практически любые строительные материалы, необходимые для выдержать тяжелые условия эксплуатации, хотя большинство сплавов имеют температурный предел, который соответствует максимальное рабочее давление. Из-за этих высоких температур, эти реакторы должны быть оснащены плоскими, гибкого графита голову прокладки, которые можно использовать в течение полного диапазона температур до 600C.

Графит прокладки имеют более короткую жизнь, чем прокладки PTFE, и они стоят дороже. Таким образом, когда это возможно, при температурах ниже 350C, PTFE плоские прокладки должны быть использованы.

Место на голове, где перемешивание системы были бы может быть использован для обслуживания клапанов или другие приспособления по мере необходимости. Глава конфигурации выбран для размещения всех необходимых для арматуры запланированных операций реактора.

Электрические обогреватели могут быть установлены вокруг цилиндрического корпуса реактора.

Номер 4 обсуждает high-temperature/high-pressure реакторов более подробно.

Собираем все вместе

Это может быть полезным для выбора глобальной инжиниринговой компании многопрофильной химические, механические, электрические приборы и экспертов для проведения общего дизайна всей системы реактора лаборатории, включая все аксессуары, соединяющих приборами и оборудованием. Этот глобальный партнер должен быть в состоянии взять на себя общую ответственность за правильность дизайна, для контроля изготовления и сборки всех компонентов системы, а также обеспечить их нормальную работу оборудования. Прежде чем это может произойти, пользователь должен правильно определить процесс приложения и бюджетные требования. Это вместе с инженерно-партнера позволяет избежать неожиданностей в ходе разработки и осуществления проектов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Picciotti, М. и Ф. Picciotti, "Выбор коррозионно-стойких материалов". Химреагент Eng. Прогресс, 102 (12), с. 45-50 (декабрь 2006).

2. Крук, П., "Выбор никелевых сплавов для агрессивных применение" Chem. Eng. "Прогресс". 103 (5). с. 45-54 (май 2007).

3. "Реакторы и Stirred Каталог сосудов под давлением". Девятое издание .. Парр Ко инструмента. Молин. IL, <a target="_blank" href="http://www.parrinst.com" <rel="nofollow"> www.parrinst.com / A>.

4. Picciotti, М., "Расширение высокотемпературных процессов," C / I

Марчелло PICCIOTTI

Франческо PICCIOTTI

КОНСУЛЬТАНТЫ

Марчелло PICCIOTTI (Via Прато делла Синьора, 15, 00199 Рим, Италия, телефон: 0039-06-86-200-143; Электронная почта: <a href="mailto:marcello.picciotti@inwind.it"> marcello.picciotti @ <inwind.it />) был международный консультант нефтехимической с 1996 года. Ранее он был с Текнип-Италии (ранее Technipetrol), где в последние позиции в качестве директора и вице-президента он был ответственным за продвижение и маркетинг технологии этилена Topkin от имени группы "Текнип", Париж. До этого он был связан с ANIC (ENI Group). Он был одним из основателей Европейского комитета производителей этилена и активно участвует в нескольких технических комитетов по сотрудничеству, в основном в Восточной Европе. По контракту с иранской National Petrochemical Компани ", он недавно опубликовал книгу" Нефтехимический Катализаторы ", из которой эта статья была взята. Он является автором более 50 научных статей и является консультантом и активным участником "Энциклопедия химических процессов и дизайн", опубликованном Marcel Dekker инк

Он разработал и подал два патента, а также проводит семинары и конференции в Европе, США, стран Содружества Независимых Государств, Латинской Америке, Африке и на Ближнем Востоке. Он окончил со степенью в области химического машиностроения Univ. Неаполя ..

Франческо PICCIOTTI (E-почта: <a href="mailto:francesco.picciotti@inwind.it"> francesco.picciotti inwind.it @ </>) является студентом химико-технологического факультета Univ. La Sapienza в Риме. Он помогает своему отцу, Марчелло, в его консалтинговой работы. Он рассчитывает получить ученую степень в ближайшее время, и планирует продолжить карьеру в области фундаментальных исследований и развития.

Благодарности

Эта статья основана на книге "Нефтехимический Катализаторы", написанная Марчелло Picciotti и др. делах, опубликованной NPC издания. Техническая информация была предоставлена Парр Ко инструмента и публикуются с его разрешения. Авторы выражают благодарность Парр инструмента для предоставления фотографий для этой статьи, и Шерман Hamel, вице-президент по продажам и маркетингу (в отставке), Парр инструмента, за его помощь в подготовке книги.