Qu'est-ce qu'un réacteur à flux?
Un réacteur à flux est un processus chimique dans lequel des matières premières sont ajoutées à un récipient de réaction, généralement une série de tubes, pour créer des produits en continu. Ce processus est différent du traitement par lots, dans lequel tous les matériaux sont ajoutés et mis en réaction, puis retirés et traités. Les réactions d'écoulement se poursuivent tant que les matières premières sont ajoutées à une extrémité et peuvent être utilisées à la fois pour les liquides et les gaz.
La conception d'un réacteur à circulation consiste généralement en une série de tubes à l'intérieur d'une enveloppe à température contrôlée. De la chaleur ou du liquide de refroidissement peuvent être ajoutés à la coque pour permettre un contrôle de la température de la réaction à l'intérieur des tubes. Le réacteur peut être construit à partir de métaux, de plastiques ou de composites selon les besoins pour empêcher les matières premières de l'attaquer.
La conception des tubes pour un réacteur à flux peut varier considérablement en fonction des réactions souhaitées. Les tubes sont rarement vides, car le mélange ne se produira pas dans des tubes vides; les matériaux resteront séparés à l'intérieur des tubes et ne réagiront pas. Des bobines de tubes plus petits, de petites formes appelées emballage ou des barrières internes appelées chicanes sont toutes utilisées pour mélanger les réactifs, ou matières premières.
Placer une tubulure enroulée à l'intérieur d'un réacteur à circulation peut aider au mélange ou au transfert de chaleur. Les bobines augmentent la distance parcourue par les produits chimiques dans la section de réaction, ce qui donne plus de temps au processus chimique. Des liquides de chauffage ou de refroidissement peuvent également se trouver à l'intérieur des serpentins, avec les réactifs à l'extérieur, pour un meilleur contrôle de la température. La taille du tube, qui modifie le diamètre interne ou la section transversale, peut être modifiée pour modifier les débits de réactif.
Les tubes peuvent être emballés avec divers matériaux en fonction des réactions requises. Certains produits chimiques nécessitent un catalyseur, un matériau qui accélère les réactions sans être épuisé au cours du processus. Les catalyseurs peuvent être ajoutés à des billes de verre en céramique ou à d’autres matériaux et emballés dans des tubes. Un garnissage sans catalyseur peut également être utilisé pour aider à mélanger les réactifs, ce qui est souvent nécessaire si de la chaleur ou un refroidissement est appliqué à l'extérieur des tubes. Sans mélange, le matériau le plus proche des parois du tube sera trop chaud ou trop froid, ce qui affectera la qualité du produit.
La conception des chicanes peut varier considérablement, mais toutes aident à se mélanger en créant des vortex ou des tourbillons de turbulence à l'intérieur du tube. Il peut s'agir de couches de mailles installées dans les tubes ou de rainures usinées dans les parois des tubes. Les catalyseurs peuvent également être appliqués sur les surfaces du déflecteur, offrant ainsi un contrôle de la réaction en plus du mélange.
La conception du réacteur à flux tient également compte de la vitesse de réaction des produits chimiques. Le mouvement des produits chimiques à travers tous les tubes doit être identique, sinon la qualité du produit fini peut différer de chaque tube. La conception des débits pour obtenir des conditions de flux d'obturation assure la cohérence du produit. Le débit en bouchon est une caractéristique de la conception du tube et du contrôle du débit dans lequel le temps passé dans le réacteur pour les réactifs est identique quel que soit le tube observé.