Cosa sono i reattori chimici in vetro?

I reattori chimici sono considerati il cuore di tutti i processi chimici. Il recipiente di un reattore chimico è un volume chiuso che consente lo svolgimento di una reazione chimica. Ha un design che si occupa di molti aspetti dell'ingegneria chimica, tra cui l'evaporazione, la miscelazione, il riscaldamento e il raffreddamento del condensato. Con un reattore chimico in vetro, è possibile controllare condizioni quali la pressione e la temperatura per creare un ambiente ideale per una reazione chimica.

Gli ingegneri chimici progettano i reattori chimici in modo da massimizzare il valore attuale netto di una determinata reazione. Si assicurano che la reazione proceda con la massima efficienza verso il prodotto desiderato, fornendo i massimi rendimenti e, allo stesso tempo, richiedendo la minor quantità di denaro per l'acquisto e il funzionamento.

Il progetto di un reattore chimico in vetro include un meccanismo che regola la pressione e la temperatura. I componenti chimici sono sottoposti a una determinata condizione per garantire il corretto funzionamento dei componenti coinvolti nella particolare reazione chimica. Alcune considerazioni sulla progettazione sono:

- Controlli.
I reagenti sono racchiusi in un recipiente che contiene i reagenti chimici. I reagenti sono sottoposti a diverse condizioni ottimali che garantiscono le migliori reazioni chimiche. Per esempio, i chimici possono fornire attivatori, tra cui enzimi che accelerano la velocità della reazione.

- Valvole di scarico.
Sono inclusi nella parte dei controlli. Quando i reagenti passano attraverso le diverse condizioni di reazione, aumentano di volume. Questo aumento di volume deve essere controllato attraverso le valvole di scarico. Per evitare incidenti, è necessario adottare misure di sicurezza quando si utilizzano le valvole di scarico.

- Regolazione della temperatura.
Affinché una reazione chimica proceda rapidamente, è necessario tenere conto del controllo della temperatura. Il progetto di un reattore chimico deve incorporare questo meccanismo. Un grande vantaggio è che i reattori chimici moderni sono dotati di sistemi automatizzati che garantiscono un processo di regolazione della temperatura facile e veloce.

Diversi tipi di reattori chimici
Di seguito sono riportati i diversi modelli di reattori chimici.

reattore chimico diverso

1. Reattore batch.
Questo è il tipo più semplice di reattore batch, in cui i materiali vengono riempiti nel reattore batch e la reazione procede nel tempo. La reazione in un reattore batch non raggiunge uno stato stazionario, quindi il controllo della pressione e della temperatura è fondamentale. Per questo motivo, i reattori batch sono dotati di porte per i sensori e per l'ingresso e l'uscita dei materiali.

I reattori batch sono utilizzati per la produzione su piccola scala e per le reazioni con materiali biologici, come la produzione di enzimi. I reattori batch sono utilizzati anche dagli scienziati per eseguire processi controllati in un ambiente ristretto, per poi decidere se impiegarli nella produzione su larga scala.

2. Reattore continuo a vasca agitata.
Nel CSTR, le reazioni avvengono in diversi canali e uno o più reagenti vengono caricati in un reattore a serbatoio che viene agitato mediante una girante per garantire la corretta miscelazione dei reagenti. Se si divide il volume del serbatoio per la portata volumetrica media del serbatoio, si ottiene il tempo necessario per trattare un volume di fluido. Inoltre, se si utilizza la cinetica chimica, è possibile calcolare la percentuale di completamento prevista della reazione.

Ci sono aspetti importanti da considerare quando si utilizza il CSTR.

Allo stato stazionario, la portata massica in ingresso deve essere uguale alla portata in uscita per evitare che il serbatoio trabocchi o si svuoti.
La reazione procede con la velocità di reazione associata all'output finale, poiché si assume che la concentrazione sia omogenea durante la reazione.
È economico far funzionare diversi CSTR in serie, in quanto consente al primo CSTR di funzionare con una concentrazione di reagente più elevata e quindi con una velocità di reazione maggiore.
3. Reattore a flusso chiuso.
Nel reattore PFR, uno o più reagenti vengono pompati attraverso un tubo e la reazione chimica procede mentre i reagenti attraversano il reattore plug flow. In questo tipo di reattore, la velocità di reazione crea un gradiente in funzione della distanza percorsa. All'ingresso, la concentrazione dei reagenti è elevata, ma quando la concentrazione del prodotto aumenta e la concentrazione dei reagenti diminuisce, la reazione rallenta.

Ci sono diversi aspetti da conoscere quando si parla di PFR:

I reagenti possono essere introdotti nel reattore plug flow in posizioni diverse dall'ingresso. Ciò può garantire una maggiore efficienza e ridurre il costo del PFR.
Il progetto del PFR presuppone l'assenza di miscelazione assiale; pertanto, qualsiasi elemento del fluido che attraversa il reattore non si mescola con il fluido a valle o a monte, da cui il termine "plug flow".
Il reattore plug flow ha un'efficienza maggiore rispetto a un reattore a vasca agitata continua dello stesso volume.