રાસાયણિક રિએક્ટર શું છે? રાસાયણિક રિએક્ટરના પ્રકાર

રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા પ્રક્રિયા છે જે પુનઃઉત્પાદનની રૂપાંતર તરફ દોરી જાય છે. તે ફેરફારોની લાક્ષણિકતા છે કે જે મૂળમાંથી એક અથવા વધુ ઉત્પાદનો અલગ છે. રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ એક અલગ સ્વભાવ છે. તે રીએજન્ટ્સના પ્રકાર પર આધારિત છે, પદાર્થ પ્રાપ્ત કરે છે, સંશ્લેષણની સ્થિતિ અને સમય, વિઘટન, વિસ્થાપન, આયોમિરાઇઝેશન, એસિડ-બેઝ, ઓક્સિડેશન-ઘટાડો, ઓર્ગેનિક પ્રક્રિયા વગેરે.

રાસાયણિક રિએક્ટર કન્ટેનર છે જે અંતિમ ઉત્પાદનનું ઉત્પાદન કરવા માટે પ્રતિક્રિયાઓ કરવા માટે રચાયેલ છે. તેમની ડિઝાઇન વિવિધ પરિબળો પર આધારિત છે અને સૌથી વધુ ખર્ચ અસરકારક રીતે મહત્તમ ઉપજ પૂરી પાડવી જોઈએ.

પ્રકાર

રાસાયણિક રિએક્ટરના ત્રણ મૂળભૂત મૂળભૂત મોડલો છે:

• સામયિક ક્રિયા
• એક stirrer (એચપીએમ) સાથે સતત.
• પિસ્ટન પ્રવાહ (પીએફઆર) સાથે રિએક્ટર.

આ મૂળભૂત મોડેલ રાસાયણિક પ્રક્રિયાની જરૂરિયાતો અનુસાર સુધારી શકાય છે.

બેચ રિએક્ટર

આ પ્રકારનાં રાસાયણિક મિશ્રણોનો ઉપયોગ બેચ પ્રક્રિયાઓમાં ઉત્પાદનના નાના કદ, લાંબી પ્રતિક્રિયા સમય અથવા જ્યાં વધુ સારી પસંદગીયુક્તતા પ્રાપ્ત થાય છે, જેમ કે કેટલાક પોલિમરાઇઝેશન પ્રક્રિયાઓ તરીકે થાય છે.

આ માટે, ઉદાહરણ તરીકે, સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલના કન્ટેનરનો ઉપયોગ થાય છે, જેનો વિષય આંતરિક કાર્યકારી બ્લેડ, ગેસ પરપોટા અથવા પંપ સાથે મિશ્રિત છે. હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ, રેફ્રિજરેશન ક્યુલર્સનો ઉપયોગ કરીને અથવા હીટ એક્સ્ચેન્જર દ્વારા પંમ્પિંગ કરતા તાપમાન નિયંત્રણ થાય છે.

બેચ રીએક્ટરનો હાલમાં રાસાયણિક અને ખાદ્ય પ્રોસેસિંગ ઉદ્યોગમાં ઉપયોગ થાય છે. તેમની ઓટોમેશન અને ઓપ્ટિમાઇઝેશન મુશ્કેલીઓ ઊભી કરે છે, કારણ કે તે સતત અને અલગ પ્રક્રિયાઓને જોડવાનું જરૂરી છે.

સેમિ-સામયિક રાસાયણિક રિએક્ટર સતત અને સામયિક સ્થિતિઓમાં કાર્યરત કરે છે. બાયોરેક્ટર, ઉદાહરણ તરીકે, સમયાંતરે લોડ થાય છે અને સતત કાર્બન ડાયોક્સાઇડને રિલીઝ કરે છે, જે સતત દૂર થવી જોઈએ. એ જ રીતે ક્લોરિનેશન પ્રતિક્રિયામાં, જ્યારે રિએક્ટન્ટ્સમાંથી એક ક્લોરિન ગેસ છે, જો તે સતત રજૂ ન થાય, તો તેમાંના મોટા ભાગના બાષ્પીભવન થાય છે.

ઉત્પાદનના મોટા જથ્થાને સુનિશ્ચિત કરવા માટે, સતત ક્રિયા અથવા મેટલ ટાંકીના રાસાયણિક રિએક્ટરમાં stirrer અથવા સતત પ્રવાહ સાથે મુખ્યત્વે ઉપયોગ થાય છે.

સતત મિશ્રિત ટાંકી રિએક્ટર

સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલ ટાંકીઓને પ્રવાહી રીએજન્ટ્સ સાથે પૂરી પાડવામાં આવે છે. યોગ્ય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાતાની ખાતરી કરવા માટે, તેઓ કાર્યકારી બ્લેડ સાથે મિશ્રિત છે. આમ, આ પ્રકારનાં રીએક્ટરમાં, પ્રથમ ટેન્ક (વર્ટીકલ, સ્ટીલ) માં પ્રતિસાદીઓને સતત ખવડાવવામાં આવે છે, પછી તેઓ દરેક ટાંકીમાં કાળજીપૂર્વક મિશ્રણ કરતી વખતે આગળ આવે છે. મિશ્રણની રચના દરેક વ્યક્તિગત ટાંકીમાં એકરૂપ છે , તેમ છતાં સમગ્રમાં સિસ્ટમમાં એકાગ્રતા ક્ષમતાની ક્ષમતામાં બદલાય છે.

જળાશય (નિવાસસ્થાન સમય) માં રિએજન્ટની વિભિન્ન જથ્થોનો સમયનો સરેરાશ જથ્થો સરેરાશ ટાંકીના જથ્થાને તેના દ્વારા સરેરાશ વોલ્યુમેટ્રીક ફ્લો દરથી વિભાજિત કરીને ગણતરી કરી શકાય છે. પ્રતિક્રિયા પૂર્ણ થવાની અપેક્ષિત ટકાવારી રાસાયણિક ગતિવિજ્ઞાનનો ઉપયોગ કરીને ગણવામાં આવે છે.

આ કન્ટેનર સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલ અથવા એલોય્સના બનેલા છે, તેમજ દંતવલ્ક કોટિંગ સાથે છે.

એચપીએમના કેટલાક મહત્વપૂર્ણ પાસાં

તમામ ગણતરીઓ આદર્શ મિશ્રણને ધ્યાનમાં રાખીને કરવામાં આવે છે. અંતિમ એકાગ્રતા સાથે સંકળાયેલ દરે પ્રતિક્રિયા મળે છે. સંતુલનની સ્થિતિમાં, પ્રવાહનો પ્રવાહ પ્રવાહ દર જેટલો જ હોવો જોઈએ, અન્યથા ટાંકી ઓવરફ્લો અથવા ખાલી થશે.

તે ઘણીવાર અનુક્રમિક અથવા સમાંતર એચ.પી.એમ. સાથે કામ કરવા માટે ઘણીવાર આર્થિક હોય છે. પાંચ અથવા છ એકમોના કાસ્કેડમાં એસેમ્બલ કરેલા સ્ટેનલેસ ટેન્ક્સ પિસ્તન પ્રવાહ સાથે રિએક્ટરની જેમ વર્તે શકે છે. આ પ્રથમ એકમને રિએજન્ટ્સની ઊંચી સાંદ્રતા સાથે કામ કરવાની પરવાનગી આપે છે અને, પરિણામે, ઉચ્ચ પ્રતિક્રિયા દર. વિવિધ ક્ષમતાઓમાં થતી પ્રક્રિયાઓને બદલે, ઊભી સ્ટીલ ટાંકીમાં ઘણી એચપીએમ તબક્કાઓ મૂકી શકાય છે.

આડી આવૃત્તિમાં, મલ્ટી-સ્ટેજ એકમ વિવિધ હાઇટ્સના ઊભી પાર્ટીશનો દ્વારા વિભાજિત થાય છે, જેના દ્વારા મિશ્રણ કેસ્કેડમાં પ્રવેશે છે.

જયારે રીએજન્ટ્સ નબળી અથવા ઘનતામાં નોંધપાત્ર રીતે અલગ હોય ત્યારે, ઊભી મલ્ટિસ્ટાજ રિએક્ટર (એન્મેલ અથવા સ્ટેનલેસ સ્ટીલ) કાઉન્ટરવર્ટર મોડમાં વપરાય છે. આ પ્રતિક્રિયાશીલ પ્રતિક્રિયાઓ વહન માટે અસરકારક છે.

એક નાનો કૃત્રિમ પ્રવાહી સ્તર સંપૂર્ણપણે મિશ્ર છે. વિશાળ વ્યાપારી પ્રવાહીકરણવાળા બેડ રીએક્ટરમાં લગભગ એકસમાન તાપમાન હોય છે, પરંતુ તેમની વચ્ચે મિશ્રણ અને વિસ્થાપિત પ્રવાહ અને સંક્રમણ રાજ્યોનો સમાવેશ થાય છે.

આદર્શ ડિસ્પ્લેસમેન્ટનું રાસાયણિક રિએક્ટર

એક પીએફઆર એ (સ્ટેનલેસ) રિએક્ટર છે જેમાં પાઇપ અથવા પાઈપ્સ દ્વારા એક અથવા વધુ પ્રવાહી રીએજન્ટ્સને પમ્પ કરવામાં આવે છે. તેમને નળીઓવાળું પ્રવાહ પણ કહેવામાં આવે છે. તેમાં ઘણાં પાઇપ્સ અથવા ટ્યુબ હોઈ શકે છે. રેગ્રેન્ટ્સ સતત એક અંતથી પૂરી પાડવામાં આવે છે, અને ઉત્પાદનો અન્યમાંથી બહાર આવે છે મિશ્રણ પસાર થતાં રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ આગળ વધે છે.

RPP માં, પ્રતિક્રિયા દર ઢાળ છે: ઇનલેટ પર તે ખૂબ ઊંચો છે, પરંતુ રીએજન્ટ્સની સાંદ્રતામાં ઘટાડો અને આઉટપુટ પ્રોડક્ટ્સની સામગ્રીમાં વધારો, તેની દર ધીમો પડી જાય છે. સામાન્ય રીતે, ગતિશીલ સમતુલાની સ્થિતિ પ્રાપ્ત થાય છે.

રિએક્ટરનું બંને આડી અને ઊભા અભિગમ સામાન્ય છે.

જ્યારે હીટ ટ્રાન્સફર જરૂરી હોય, ત્યારે વ્યક્તિગત પાઈપ્સ જેકેટમાં મૂકવામાં આવે છે અથવા શેલ-એન્ડ-ટ્યુબ હીટ એક્સ્ચેન્જર વપરાય છે. બાદમાંના કિસ્સામાં, કેસીંગ અને પાઇપ બંનેમાં રસાયણો મળી શકે છે.

નોઝલ્સ અથવા બાથ સાથેના મોટા-વ્યાસ મેટલ ટેન્ક્સ PFR સમાન હોય છે અને તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. કેટલાક રૂપરેખાંકનોમાં, એક અક્ષીય અને રેડિયલ ફ્લોનો ઉપયોગ થાય છે, આંતરિક હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ સાથે બહુવિધ શેલો, રિએક્ટરની આડી અથવા ઉભી સ્થિતિ, વગેરે.

આનુષંગિક પ્રતિક્રિયાઓ માં ઇન્ટરફેશિયલ સંપર્ક સુધારવા માટે રીએજેન્ટ કન્ટેનર કેટલિટિક અથવા નિષ્ક્રિય ઘન કણો સાથે ભરી શકાય છે .

આરએફપીમાં એક અગત્યનું પરિબળ એ છે કે વર્ટિકલ અથવા આડી મિશ્રણ ગણતરીમાં લેવામાં નથી, જેનો અર્થ "પિસ્ટોન ફ્લો" શબ્દ દ્વારા થાય છે. રિએક્ટર ફક્ત ઇનલેટમાં રિએક્ટરમાં દાખલ કરી શકાય છે. આમ, પીએફઆરની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા હાંસલ કરવી અથવા તેનું કદ અને ખર્ચ ઘટાડવાનું શક્ય છે. પીએફઆરનું પ્રદર્શન સામાન્ય રીતે સમાન વોલ્યુમના એચપીએમ કરતા વધારે હોય છે. રિસીઅપોટીંગ રિએક્ટરમાં સમાન વોલ્યુમ અને ટાઇમ વેલ્યુ સાથે, પ્રતિક્રિયા મિશ્રણ એકમોની તુલનામાં ઊંચી પૂર્ણતા ટકાવારી હશે.

ગતિશીલ સિલક

મોટા ભાગના રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ માટે, 100% સમાપ્તિ શક્ય નથી. જ્યારે સિસ્ટમ ગતિશીલ સમતુલા (જ્યારે કુલ પ્રતિક્રિયા અથવા રચનામાં ફેરફાર થતો નથી) સુધી પહોંચે ત્યારે આ સૂચકની વૃદ્ધિ સાથે તેમની ગતિ ઘટે છે. મોટાભાગની સિસ્ટમો માટે સમતુલા બિંદુ પ્રક્રિયાના 100% પૂર્ણતા નીચે સ્થિત છે. આ કારણોસર, અલગ પ્રક્રિયાઓ, જેમ કે નિસ્યંદન, લક્ષ્યમાંથી બાકી રીએજન્ટ્સ અથવા ઉપ-ઉત્પાદનોને અલગ કરવા જરૂરી છે. પ્રક્રિયાના પ્રારંભમાં આ રીએજન્ટ્સનો ફરીથી ઉપયોગ કરી શકાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, જેમ કે હેબર પ્રક્રિયા.

પીપીપીનો ઉપયોગ

પિસ્ટન ફ્લો રિએક્ટર મોટા પાયે, ઝડપી, સજાતીય અથવા વિજાતીય પ્રતિક્રિયાઓ, સતત ઉત્પાદન અને પ્રક્રિયાઓના ઉર્જાની મોટા પ્રમાણમાં ગરમીના પ્રકાશન માટે સિસ્ટમ જેવી રીસીબલિંગ પાઈપ્સ દ્વારા તેમના ચળવળ દરમિયાન રાસાયણિક પરિવર્તન માટે વપરાય છે.

આદર્શ આરપીપી નિશ્ચિત રહેઠાણ સમય છે, એટલે કે કોઈ પણ પ્રવાહી (પીટ્ટન) સમય પર પહોંચે છે તે ટી સમયે સમયસર છોડી દે છે, જ્યાં τ એ સુવિધામાં નિવાસનો સમય છે.

આ પ્રકારનાં રાસાયણિક રિએક્ટરમાં લાંબા સમય સુધી, તેમજ ઉત્કૃષ્ટ હીટ ટ્રાન્સફર માટે હાઇ પર્ફોર્મન્સ છે. પી.પી.પી. ના ગેરફાયદા પ્રક્રિયા તાપમાનનું નિરીક્ષણ કરવાની મુશ્કેલી છે, જે અનિચ્છનીય તાપમાનમાં ફેરફાર તેમજ તેના ઊંચા ખર્ચના પરિણમી શકે છે.

કેટાલિક રિએક્ટર

જો કે આ પ્રકારનું મિશ્રણ ઘણીવાર પીપીપીના રૂપમાં લાગુ પાડવામાં આવે છે, તેમને વધુ જટિલ જાળવણીની જરૂર છે. કેમેટીકિક પ્રતિક્રિયાનો દર રસાયણોના સંપર્કમાં ઉત્પ્રેરકની માત્રાની પ્રમાણસર છે. નક્કર ઉત્પ્રેરક અને પ્રવાહી રીએજન્ટ્સના કિસ્સામાં, પ્રક્રિયાઓનો દર ઉપલબ્ધ વિસ્તાર, રસાયણોની રસીદ અને ઉત્પાદનોની પસંદગી માટે પ્રમાણસર છે, અને તોફાની મિશ્રણની હાજરી પર આધાર રાખે છે.

ઉત્પ્રેરક પ્રતિક્રિયા હકીકતમાં ઘણી વખત મલ્ટિ-સ્ટેજ પ્રતિક્રિયા છે. પ્રારંભિક રીએજન્ટ્સ માત્ર ઉત્પ્રેરક સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા નથી. કેટલાક મધ્યવર્તી ઉત્પાદનો તેની સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે.

ઉત્પ્રેરકનું વર્તણૂક આ પ્રક્રિયાના કેનેટિક્સમાં પણ મહત્વનું છે, ખાસ કરીને હાઇ-તાપમાન પેટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓમાં, કારણ કે તે સિટરિંગ, કોકિંગ અને સમાન પ્રક્રિયાઓ દ્વારા નિષ્ક્રિય કરવામાં આવે છે.

નવી ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ

બાયોમાસ રૂપાંતરણ માટે પીએફઆરનો ઉપયોગ થાય છે. પ્રયોગોમાં, હાઇ-પ્રેશર રિએક્ટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. તેમાંનો દબાણ 35 MPa સુધી પહોંચી શકે છે. વિવિધ માપોનો ઉપયોગ, નિવાસના સમયને 0.5 થી 600 સેકંડમાં બદલાય તે શક્ય બનાવે છે. 300 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઉપરના તાપમાન સુધી પહોંચવા માટે, ઇલેક્ટ્રીક હીટ સાથે રીએક્ટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. બાયોમાસની સપ્લાય એચપીએલસી પંપ દ્વારા કરવામાં આવે છે.

એરોસોલ નેનોપાર્ટિકલ્સના RPP

ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉદ્યોગ માટે હાઇ-એલોય એલોય્સ અને જાડા-ફિલ્મ વાહક સહિત, વિવિધ હેતુઓ માટે સંશ્લેષણ અને નેનોઝાઇઝ્ડ કણોના ઉપયોગમાં નોંધપાત્ર રસ છે . અન્ય કાર્યક્રમોમાં ચુંબકીય સંભાવનાઓ, અત્યાર સુધી ઇન્ફ્રારેડ ટ્રાન્સમિશન, અને અણુ મેગ્નેટિક રેઝોનન્સનું માપ સામેલ છે. આ સિસ્ટમો માટે, નિયંત્રિત કદના કણોનું ઉત્પાદન કરવું જરૂરી છે. તેનું વ્યાસ, એક નિયમ તરીકે, 10 થી 500 એનએમની રેન્જમાં છે.

તેમના કદ, આકાર અને ઉચ્ચ વિશિષ્ટ સપાટી વિસ્તારને કારણે, આ કણોનો ઉપયોગ કોસ્મેટિક રંજકદ્રવ્યો, પટલ, ઉત્પ્રેરક, સિરામિક્સ, ઉત્પ્રેરક અને ફોટોકેલેટિફિકેટ રિએક્ટર્સ માટે કરી શકાય છે. નેનોપાર્ટીક એપ્લિકેશન્સના ઉદાહરણોમાં કાર્બન મોનોક્સાઇડ સેન્સર માટે સ્નૉ ₂ , પ્રકાશ માર્ગદર્શિકાઓ માટે ટીઓ ₂ , શ્ર્લેષાભીય સિલિકોન ડાયોક્સાઈડ અને ઓપ્ટિકલ ફાયબર માટે સિઓ ₂ , ટાયરમાં કાર્બન ભરણાં માટે સી, રેકોર્ડીંગ સામગ્રીઓ માટે ફે, બેટરી માટે નિ, અને નાની વોલ્યુમો, પેલેડિયમ, મેગ્નેશિયમમાં એસઓ _{2 નો} સમાવેશ થાય છે. અને વિસ્મથ આ તમામ સામગ્રી એરોસોલ રિએક્ટરમાં સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે. દવામાં, નેનોપાર્ટિકલ્સને ઘા ચેપના નિવારણ અને સારવાર માટે, કૃત્રિમ અસ્થિ પ્રત્યારોપણની સાથે સાથે મગજના વિઝ્યુલાઇઝેશન માટે પણ વપરાય છે.

ઉત્પાદન ઉદાહરણ

એલ્યુમિનિયમના કણો મેળવવા માટે, મેટલ વરાળથી સંતૃપ્ત એગ્રોનનું પ્રવાહ 18 મીમી વ્યાસની PFD અને 1000 મીટર સેલ્શિયસ દરથી 1600 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી 0.5 મીટર લંબાઈમાં ઠંડુ થાય છે. જેમ જેમ ગેસ રીએક્ટર દ્વારા પસાર થાય છે, એલ્યુમિનિયમ કણોનું નિર્માણ અને વૃદ્ધિ થાય છે. પ્રવાહનો દર 2 ડીએમ ³ / મિનિટ છે, અને દબાણ 1 એટીએમ (1013 પા) છે. જેમ જેમ ગેસ ચાલે છે, તેમ ગેસ ઠંડુ થાય છે અને તે સુપરસેટરેટેડ બને છે, જે અણુઓના અથડામણ અને બાષ્પીભવનના પરિણામે કણોના ન્યુક્લિયેશન તરફ દોરી જાય છે, જ્યાં સુધી કણ ગંભીર કદ સુધી પહોંચે ત્યાં સુધી પુનરાવર્તિત થાય છે. જેમ જેમ તેઓ સુપરસેટરેટેડ ગેસમાંથી પસાર થાય છે, તેમ એલ્યુમિનિયમના પરમાણુઓ કણો પર સંકોચે છે, તેમનું કદ વધે છે.