Vad är en flödesreaktor?
En flödesreaktor är en kemisk process där råmaterial läggs till ett reaktionskärl, vanligtvis en serie rör, för att skapa produkter kontinuerligt. Detta skiljer sig från en batchprocess, där alla material tillsätts och reageras, sedan tas bort och bearbetas. Flödesreaktioner fortsätter så länge råmaterial tillsätts i ena änden och kan användas för både vätskor och gaser.
Utformningen av en flödesreaktor är vanligtvis en serie rör inuti ett temperaturkontrollerat skal. Värme eller kylvätska kan sättas till skalet för att tillhandahålla temperaturreglering av reaktionen inuti rören. Reaktorn kan konstrueras av metaller, plast eller kompositer efter behov för att förhindra att råvarorna attackerar den.
Rörkonstruktioner för en flödesreaktor kan variera mycket beroende på de önskade reaktionerna. Sällan är rören tomma, eftersom blandning inte kommer att ske i tomma rör; materialen kommer att förbli separerade inuti rören och inte reagera. Spolar med mindre rör, små former som kallas förpackning eller inre barriärer som kallas bafflar används alla för att blanda reaktanterna, eller råmaterial, tillsammans.
Att placera spiralrör i en flödesreaktor kan hjälpa till med blandning eller värmeöverföring. Spolar lägger avstånd för kemikalierna att resa i reaktionsavsnittet, vilket ger mer tid för den kemiska processen att inträffa. Uppvärmnings- eller kylvätskor kan också finnas i spolarna, med reaktanterna utanför, för bättre temperaturreglering. Rörstorlek, som ändrar den inre diametern eller tvärsnittet, kan varieras för att ändra reaktantens flödeshastigheter.
Rör kan packas med olika material baserat på vilka reaktioner som behövs. Vissa kemikalier kräver en katalysator, ett material som påskyndar reaktionerna utan att användas i processen. Katalysatorer kan sättas till keramiska glaspärlor eller andra material och packas i rören. Icke-katalysatorförpackning kan också användas för att blanda reaktanterna, vilket ofta behövs om värme eller kylning appliceras på utsidan av rören. Utan blandning kommer materialet närmast rörväggarna att vara för varmt eller kallt, vilket kommer att påverka produktkvaliteten.
Bafflar kan variera kraftigt i design, men alla hjälper till att blanda genom att skapa virvlar eller virvlar av turbulens inuti röret. De kan vara skikt av nät installerat i rören eller spår maskinbearbetade i rörväggarna. Katalysatorer kan också beläggas på baffelytor, vilket ger reaktionskontroll utöver blandning.
Flödesreaktordesign tar också hänsyn till kemikaliernas reaktionshastighet. Kemikaliernas rörelse genom alla rör måste vara densamma, eller den färdiga produktkvaliteten kan skilja sig från varje rör. Att utforma flödeshastigheterna för att få pluggflödesförhållanden garanterar en enhetlig produkt. Plugflöde är ett kännetecken på rörkonstruktion och flödeshastighetskontroll där tiden reaktanter spenderar i reaktorn är densamma oavsett vilket rör som observeras.