Hva er en strømningsreaktor?
En strømningsreaktor er en kjemisk prosess der råvarer tilsettes en reaksjonskar, typisk en serie rør, for kontinuerlig å lage produkter. Dette er forskjellig fra en batch-prosess, der alle materialene tilsettes og reageres, deretter fjernes og behandles. Strømningsreaksjoner fortsetter så lenge råvarer tilsettes i den ene enden, og kan brukes til både væsker og gasser.
Utformingen av en strømningsreaktor er typisk en serie rør i et temperaturkontrollert skall. Varme eller kjølevæske kan tilsettes skallet for å gi temperaturkontroll av reaksjonen inne i rørene. Reaktoren kan konstrueres av metaller, plast eller kompositter etter behov for å forhindre at råvarene angriper den.
Rørdesign for en strømningsreaktor kan variere veldig avhengig av de ønskede reaksjoner. Sjelden er rørene tomme, fordi blanding ikke vil skje i tomme rør; materialene vil forbli atskilt inne i rørene og ikke reagere. Spoler av mindre rør, små former som kalles pakking, eller indre barrierer som kalles baffler, brukes alle til å blande reaktantene, eller råvarene, sammen.
Plassering av kveilrør i en strømningsreaktor kan hjelpe med blanding eller varmeoverføring. Spoler legger avstand for at kjemikaliene kan bevege seg i reaksjonsdelen, og gir mer tid til den kjemiske prosessen kan oppstå. Oppvarming eller kjøling av væsker kan også være inne i spolene, med reaktantene utenfor, for bedre temperaturregulering. Rørstørrelse, som endrer den indre diameteren eller tverrsnittet, kan varieres for å endre reaktantens strømningshastigheter.
Rør kan pakkes med forskjellige materialer basert på hvilke reaksjoner som trengs. Noen kjemikalier krever en katalysator, et materiale som akselererer reaksjonene uten å bli brukt opp i prosessen. Katalysatorer kan tilsettes keramiske glassperler eller andre materialer og pakkes i rørene. Ikke-katalysator-pakking kan også brukes til å hjelpe til med å blande reaktantene, noe som ofte er nødvendig hvis varme eller kjøling påføres på utsiden av rørene. Uten å blande, vil materialet nærmest rørveggene være for varmt eller kaldt, noe som vil påvirke produktkvaliteten.
Baffler kan variere veldig i design, men alt hjelper til med å blande ved å lage virvler eller virvler av turbulens inne i røret. De kan være lag med netting installert i rørene, eller riller maskinert inn i rørveggene. Katalysatorer kan også belegges på baffleoverflater, noe som gir reaksjonskontroll i tillegg til blanding.
Strømningsreaktordesign tar også hensyn til reaksjonshastigheten til kjemikaliene. Bevegelsen av kjemikalier gjennom alle rør må være den samme, eller den ferdige produktkvaliteten kan være forskjellig fra hvert rør. Å designe strømningshastighetene for å få pluggens strømningsforhold sikrer et konsistent produkt. Plug-flow er et kjennetegn ved rørdesign og strømningshastighetskontroll der tiden reaktantene bruker i reaktoren er den samme uansett hvilket rør som blir observert.