Trubkové reaktory 5400 se používají v režimu kontinuálního průtoku, kdy do nich proudí činidla a produkty se z nich odstraňují. Mohou být nejjednodušší ze všech konstrukcí reaktorů. Trubkové reaktory se často označují různými názvy:
- Potrubní reaktory
- Reaktory s plovoucím ložem
- Reaktory s pevným ložem
- Reaktory s průtočným ložem (Trickle-bed)
- Reaktory s bublinovým sloupcem
- Reaktory s ebulační vrstvou
Jednofázové proudění v trubkovém reaktoru může být vzestupné nebo sestupné. Dvoufázové proudění může být souproudé nahoru, protiproudé (kapalina dolů, plyn nahoru) nebo nejčastěji souproudé dolů.
Trubkové reaktory mohou mít jednu stěnu a mohou být vyhřívány externí elektrickou pecí nebo mohou být opláštěny pro ohřev nebo chlazení cirkulující kapalinou pro přenos tepla. Externí pece jsou obvykle pevné, dělené trubkové ohřívače. Trubkové reaktory se používají v různých průmyslových odvětvích:
- Ropa
- Petrochemie
- Polymer
- Farmacie
- Zpracování odpadů
- Speciální chemie
- Alternativní energie
Trubkové reaktory se používají v řadě aplikací:
- Karbonylace
- Dehydrogenace
- Hydrogenace
- Hydrokrakování
- Hydroformulace
- Oxidační rozklad
- Částečná oxidace
- Polymerace
- Reformace
Trubkové reaktory mohou být prázdné pro homogenní reakce nebo naplněné katalyzátorem či jinými pevnými částicemi pro heterogenní reakce. Plněné reaktory vyžadují horní a dolní podpěry, které udržují částice na místě. Horní část často obsahuje inertní materiál, který slouží jako předehřívací část. Předehřev lze také provést pomocí vnitřního spirálového kanálu, který udržuje vstupující činidla v blízkosti vyhřívané stěny během vstupu.
Často je žádoucí, aby velikost trubkového reaktoru byla dostatečně velká, aby se do něj vešlo 8 až 10 částic katalyzátoru přes celý průměr a aby byl alespoň 40-50 průměrů těchto částic dlouhý. Poměr délky a průměru lze měnit za účelem studia vlivu délky lože katalyzátoru tak, že se reaktor vybaví „cívkami“ umístěnými ve spodní části reaktoru, které tento poměr mění.
Trubkové reaktorové systémy jsou vysoce přizpůsobitelné a mohou být vyrobeny v různých délkách a průměrech a konstruovány pro různé tlaky, teploty a konstrukční materiály.
Pro ohřev těchto nádob je k dispozici dělená trubková pec. Na obou koncích je izolace, která minimalizuje tepelné ztráty a zabraňuje zahřívání koncových uzávěrů. Na délku se ohřívač obvykle dělí na jednu, dvě nebo tři samostatné topné zóny, i když v případě potřeby se může rozdělit na více zón.
Můžeme dodat buď pevný vnitřní termočlánek v každé zóně, nebo jeden pohyblivý termočlánek v jímce ve středové linii, který lze použít k měření teploty v bodech podél lože katalyzátoru. Pro kontrolu každé zóny ohřívače se obvykle dodávají externí termočlánky.
Systémy pro přívod plynu
Z rozvaděče plynu lze nastavit a ovládat různé přívody plynu. Pro zajištění stálého průtoku plynu do reaktoru se plyn musí dodávat pod konstantním tlakem do elektronického regulátoru hmotnostního průtok Tento přístroj porovnává skutečný dodávaný průtok s nastavenou hodnotou zvolenou uživatelem a automaticky nastavuje integrovaný regulační ventil, aby zajistil konstantní průtok. Je třeba dbát na to, aby tyto regulátory byly dimenzovány pro konkrétní plyn, rozsah průtoku a maximální provozní tlak. Hmotnostní regulátor průtoku potřebuje napájecí zdroj a čtecí zařízení, jakož i prostředky pro zavedení požadované hodnoty.
Při objednávání regulátorů hmotnostního průtoku je třeba zadat:
- Typ měřeného plynu (např. N2, H2, CH4)
- Maximální provozní tlak plynu (100 nebo 300 barů).
- Maximální rozsah průtoku ve standardních kubických centimetrech za minutu (sccm).
- Tlak pro kalibraci přístroje
Hmotnostní regulátory průtoku jsou k dispozici pro použití do 1500 psi a do 4500 psi. Pokud se má regulátor hmotnostního průtoku používat pouze do 1500 psi, lze dosáhnout značných úspor.
Výše uvedené schéma znázorňuje instalaci regulátoru hmotnostního průtoku pro zavádění plynu do reakčního systému s kontinuálním průtokem. Takové instalace jsou vylepšeny přidáním obtokového ventilu pro rychlé plnění nebo proplachování.
Lze také přidat proplachovací potrubí. Obvykle se používá pro přívod dusíku nebo helia k odstranění vzduchu před reakcí nebo k odstranění reaktivních plynů před otevřením reaktoru na konci provozu. Proplachovací potrubí obsahuje uzavírací ventil, filtr, dávkovací ventil a zpětný ventil.
Uzavírací ventily lze automatizovat pomocí systému 4871 Control.
Dávkovací čerpadla kapalin
Vysokotlaká pístová čerpadla se nejčastěji používají ke vstřikování kapalin do tlakového reaktoru pracujícího v režimu kontinuálního průtoku. Pro nízké průtoky jsou vynikající volbou čerpadla HPLC, z nichž mnohá jsou dimenzována na 5000 psig.
Typické průtoky čerpadel tohoto typu se pohybují do 10 nebo 40 ml za minutu. Čerpadla jsou k dispozici pro manuální ovládání z jejich digitálního čelního panelu nebo pro počítačové ovládání z procesního regulátoru 4871.
Čerpadla pro podávání chemikálií jsou naším doporučením pro kontinuální podávání kapalin, pokud je požadovaný průtok větší než 2 litry za hodinu. Společnost Parr vám může pomoci s výběrem podávacího čerpadla. Budeme potřebovat znát typ kapaliny, minimální, typickou a maximální požadovanou rychlost přívodu, maximální provozní tlak a případné zvláštní provozní aspekty, jako je nevýbušný provoz nebo možnost koroze.
Chladicí kondenzátory
Pro chlazení produktů reakce jsou k dispozici chladicí kondenzátory.
Regulátory zpětného tlaku
Tlak v reaktoru je udržován regulátorem protitlaku (BPR) instalovaným za reaktorem. Tento typ regulátoru uvolňuje produkty pouze tehdy, když tlak v reaktoru překročí obsluhou nastavenou hodnotu.
Při použití BPR ve spojení s regulátory hmotnostního průtoku může uživatel udržovat konstantní průtok plynu reaktorem udržovaným na zvýšeném konstantním tlaku. To zajišťuje nejvyšší stupeň kontroly a reprodukovatelnosti v systému reaktoru s kontinuálním průtokem.
K dispozici může být alternativní BPR, který umožňuje vypouštění tlaku dvoufázového proudu z reaktoru. Tento BPR vyžaduje, aby provozovatel zajistil zdroj dusíku nebo vzduchu o tlaku mírně vyšším, než je požadovaný provozní tlak. Výhodou tohoto způsobu je, že vysokotlakou separační nádobu lze nahradit nízkotlakým přijímačem kapalného produktu a obsluha bude mít snazší přístup ke vzorkům kapaliny téměř v reálném čase.
Oddělovače plynu a kapaliny
Trubkové reaktory pracující v režimu kontinuálního průtoku s plynnými i kapalnými produkty obvykle vyžadují oddělovač plyn/kapalina. Oddělovač je umístěn za reaktorem, často je od reaktoru oddělen chladicím kondenzátorem. V nádobě oddělovače dochází ke kondenzaci kapalin, které se shromažďují na dně nádoby. Plyny a nezkondenzované páry mohou opouštět horní část nádoby a přecházet do regulátoru protitlaku. Je důležité provozovat standardní BPR s jednou fází kapaliny, aby se zabránilo kolísání tlaku v reaktoru.
Oddělovač plynu a kapaliny může být dostatečně velký, aby fungoval jako zásobník kapalného produktu, který se pravidelně vypouští. Mnoho nemíchaných tlakových nádob vyráběných společností Parr se ideálně hodí pro použití jako odlučovače plynu a kapaliny. Běžně se volí nádoby o objemu 300, 600, 1000 nebo 2000 ml. Na přání může být dno oddělovače zúženo, aby se usnadnilo vypouštění vody.
Systémy řízení a sběru dat
Pro potřeby systémových operátorů existuje celá řada různých možností. Příslušenství systému, jako jsou ohřívače, regulátory hmotnostního průtoku a čerpadla, lze získat s jednotlivými řídicími balíčky a vytvořit tak ruční distribuovaný řídicí systém (DCS) založený na regulátorech 4838 a 4848.
S rostoucím počtem kanálů, které je třeba řídit, si ekonomická stránka a pohodlí často vyžádají, aby byl distribuovaný systém jednotlivých regulátorů nahrazen počítačovým procesním regulátorem (PCC) Model 4871.