Che cos'è un reattore di flusso?
Un reattore a flusso è un processo chimico in cui le materie prime vengono aggiunte a un recipiente di reazione, in genere una serie di tubi, per creare continuamente prodotti. Ciò è diverso da un processo batch, in cui tutti i materiali vengono aggiunti e fatti reagire, quindi rimossi ed elaborati. Le reazioni al flusso continuano finché le materie prime vengono aggiunte a un'estremità e possono essere utilizzate sia per liquidi che per gas.
La progettazione di un reattore a flusso è tipicamente una serie di tubi all'interno di un guscio a temperatura controllata. Il calore o il refrigerante possono essere aggiunti al guscio per fornire il controllo della temperatura della reazione all'interno dei tubi. Il reattore può essere costruito da metalli, materie plastiche o compositi secondo necessità per impedire alle materie prime di attaccarlo.
I progetti di tubi per un reattore di flusso possono variare notevolmente a seconda delle reazioni desiderate. Raramente le provette sono vuote, perché la miscelazione non avverrà in provette vuote; i materiali rimarranno separati all'interno dei tubi e non reagiranno. Bobine di tubi più piccoli, forme piccole chiamate imballaggio o barriere interne chiamate deflettori sono tutte usate per mescolare insieme i reagenti o le materie prime.
Posizionare un tubo a spirale all'interno di un reattore di flusso può aiutare con la miscelazione o il trasferimento di calore. Le bobine aggiungono distanza affinché le sostanze chimiche viaggino nella sezione di reazione, fornendo più tempo per il processo chimico. I liquidi di riscaldamento o raffreddamento possono anche essere all'interno delle bobine, con i reagenti all'esterno, per un migliore controllo della temperatura. La dimensione del tubo, che modifica il diametro interno o la sezione trasversale, può essere variata per modificare le portate del reagente.
I tubi possono essere imballati con vari materiali in base alle reazioni necessarie. Alcuni prodotti chimici richiedono un catalizzatore, un materiale che accelera le reazioni senza essere esaurito nel processo. I catalizzatori possono essere aggiunti a perle di vetro ceramico o altri materiali e confezionati nei tubi. L'imballaggio non catalitico può anche essere usato per aiutare a miscelare i reagenti, che è spesso necessario se si applica calore o raffreddamento all'esterno dei tubi. Senza miscelazione, il materiale più vicino alle pareti del tubo sarà troppo caldo o freddo, il che influirà sulla qualità del prodotto.
I deflettori possono variare notevolmente nel design, ma tutti aiutano a mescolarsi creando vortici o turbinii di turbolenza all'interno del tubo. Possono essere strati di rete installati nei tubi o scanalature ricavate nelle pareti dei tubi. I catalizzatori possono anche essere rivestiti su superfici di deflettori, fornendo controllo della reazione oltre alla miscelazione.
La progettazione del reattore di flusso tiene conto anche della velocità di reazione delle sostanze chimiche. Il movimento dei prodotti chimici attraverso tutti i tubi deve essere lo stesso, oppure la qualità del prodotto finito può essere diversa da ciascun tubo. La progettazione delle portate per ottenere le condizioni di flusso della presa garantisce un prodotto coerente. Il flusso a spina è una caratteristica del design del tubo e del controllo della portata in cui il tempo impiegato dai reagenti è lo stesso indipendentemente dal tubo osservato.