Hvad er en flowreaktor?
En strømningsreaktor er en kemisk proces, hvor råmaterialer sættes til en reaktionsbeholder, typisk en række rør, for kontinuerligt at skabe produkter. Dette adskiller sig fra en batchproces, hvor alle materialer tilsættes og reageres, derefter fjernes og behandles. Strømningsreaktioner fortsætter, så længe råmaterialer tilsættes i den ene ende og kan bruges til både væsker og gasser.
Konstruktionen af en strømningsreaktor er typisk en serie rør inde i en temperaturstyret skal. Varme eller kølevæske kan sættes til skallen for at tilvejebringe temperaturregulering af reaktionen inde i rørene. Reaktoren kan konstrueres af metaller, plast eller kompositter efter behov for at forhindre råmaterialerne i at angribe den.
Rørdesign til en strømningsreaktor kan variere meget afhængigt af de ønskede reaktioner. Sjældent er rørene tomme, fordi blanding ikke vil forekomme i tomme rør; materialerne forbliver adskilt inde i rørene og reagerer ikke. Spiraler med mindre rør, små former kaldet pakning eller indre barrierer kaldet baffles bruges alle til at blande reaktanterne eller råmaterialerne sammen.
At placere spiralformede rør inde i en strømningsreaktor kan hjælpe med blanding eller varmeoverførsel. Spoler tilføjer afstand for kemikalierne til at bevæge sig i reaktionsafsnittet, hvilket giver mere tid for den kemiske proces at finde sted. Opvarmning eller afkøling af væsker kan også være inde i spolerne, med reaktanterne udenfor, for bedre temperaturregulering. Rørstørrelse, der ændrer den indvendige diameter eller tværsnit, kan varieres for at ændre reaktantstrømningshastigheder.
Rør kan pakkes med forskellige materialer baseret på hvilke reaktioner der er behov for. Nogle kemikalier kræver en katalysator, et materiale, der fremskynder reaktionerne uden at blive brugt op i processen. Katalysatorer kan sættes til keramiske glasperler eller andre materialer og pakkes i rørene. Ikke-katalysatoremballering kan også bruges til at hjælpe med at blande reaktanterne, hvilket ofte er nødvendigt, hvis der påføres varme eller afkøling på ydersiden af rørene. Uden blanding vil materialet tættest på rørvæggene være for varmt eller koldt, hvilket vil påvirke produktkvaliteten.
Baffler kan variere meget i design, men alle hjælper med at blande sig ved at skabe virvler eller hvirvler af turbulens inde i røret. De kan være lag af masker installeret i rørene eller riller, der er bearbejdet i rørvæggene. Katalysatorer kan også coates på pladeflader, hvilket giver reaktionskontrol ud over blanding.
Strømningsreaktordesign tager også hensyn til kemikaliernes reaktionshastighed. Kemikaliets bevægelse gennem alle rør skal være den samme, eller den færdige produktkvalitet kan være forskellig fra hvert rør. At designe strømningshastighederne for at få stikflowforhold sikrer et konsistent produkt. Plug flow er et kendetegn ved rørdesign og flowhastighedskontrol, hvor tiden reaktanter bruger i reaktoren er den samme uanset hvilket rør der observeres.