Was ist ein Durchflussreaktor?
Ein Durchflussreaktor ist ein chemischer Prozess, bei dem Rohstoffe in ein Reaktionsgefäß gegeben werden, typischerweise eine Reihe von Rohren, um kontinuierlich Produkte herzustellen. Dies unterscheidet sich von einem Batch-Prozess, bei dem alle Materialien hinzugefügt und umgesetzt, dann entfernt und verarbeitet werden. Durchflussreaktionen werden fortgesetzt, solange Rohstoffe an einem Ende zugesetzt werden. Sie können sowohl für Flüssigkeiten als auch für Gase verwendet werden.
Die Konstruktion eines Durchflussreaktors besteht typischerweise aus einer Reihe von Rohren in einer temperaturgeregelten Hülle. Der Hülle kann Wärme oder Kühlmittel zugesetzt werden, um die Reaktion innerhalb der Röhrchen zu temperieren. Der Reaktor kann nach Bedarf aus Metallen, Kunststoffen oder Verbundwerkstoffen hergestellt werden, um zu verhindern, dass die Rohstoffe ihn angreifen.
Rohrkonstruktionen für einen Strömungsreaktor können in Abhängigkeit von den gewünschten Reaktionen stark variieren. In den seltensten Fällen sind die Röhrchen leer, da bei leeren Röhrchen kein Mischen erfolgt. Die Materialien bleiben in den Röhrchen getrennt und reagieren nicht. Spulen aus kleineren Rohren, kleinen Formen, die als Packung bezeichnet werden, oder inneren Barrieren, die als Leitbleche bezeichnet werden, werden alle verwendet, um die Reaktanten oder Rohmaterialien miteinander zu mischen.
Das Platzieren von Spiralschläuchen in einem Durchflussreaktor kann beim Mischen oder bei der Wärmeübertragung helfen. Die Spulen erhöhen die Entfernung, über die sich die Chemikalien im Reaktionsabschnitt fortbewegen, wodurch mehr Zeit für den chemischen Prozess zur Verfügung steht. Heiz- oder Kühlflüssigkeiten können sich zur besseren Temperaturkontrolle auch in den Spulen befinden, während sich die Reaktanten außerhalb befinden. Die Rohrgröße, die den Innendurchmesser oder den Querschnitt ändert, kann variiert werden, um die Durchflussraten der Reaktanten zu ändern.
Die Röhrchen können mit verschiedenen Materialien verpackt werden, je nachdem, welche Reaktionen erforderlich sind. Einige Chemikalien erfordern einen Katalysator, ein Material, das Reaktionen beschleunigt, ohne dabei verbraucht zu werden. Katalysatoren können keramischen Glasperlen oder anderen Materialien zugesetzt und in die Röhrchen gepackt werden. Eine Packung ohne Katalysator kann auch verwendet werden, um das Mischen der Reaktanten zu unterstützen, was häufig erforderlich ist, wenn Wärme oder Kühlung auf die Außenseite der Rohre angewendet wird. Ohne Mischen ist das Material, das sich am nächsten an den Rohrwänden befindet, zu heiß oder zu kalt, was die Produktqualität beeinträchtigt.
Die Baffles können sehr unterschiedlich gestaltet sein, aber alle helfen beim Mischen, indem sie Wirbel oder Turbulenzen im Inneren des Rohrs erzeugen. Dies können in die Rohre eingebaute Maschenschichten oder in die Rohrwände eingearbeitete Rillen sein. Katalysatoren können auch auf Prallflächen aufgetragen werden und bieten zusätzlich zum Mischen eine Reaktionskontrolle.
Das Durchflussreaktordesign berücksichtigt auch die Reaktionsgeschwindigkeit der Chemikalien. Die Bewegung von Chemikalien durch alle Röhrchen muss gleich sein. Andernfalls kann die Qualität des Endprodukts von jedem Röhrchen abweichen. Durch die Auslegung der Durchflussraten, um die Durchflussbedingungen des Pfropfens zu verbessern, wird ein konsistentes Produkt sichergestellt. Der Pfropfenfluss ist ein Merkmal der Rohrkonstruktion und der Flussratensteuerung, bei der die Zeit, die die Reaktanten im Reaktor verbringen, gleich ist, unabhängig davon, welches Rohr beobachtet wird.