Strömungsreaktoren werden immer dann genutzt, wenn ein kontinuierlicher Durchfluss mit einfließenden Edukten/Reagenzien und entnommenen Produkten vorhanden ist. Sie können zu den einfachsten Reaktorkonstruktionen gehören. Andere Bezeichnungen für Strömungsreaktoren sind:
- Plug-Flow Reaktoren
- Rohrreaktoren
- Festbettreaktoren
- Fixed-bed Reaktoren
- Trickle-bed Reaktoren
- Blasensäulenreaktoren
- Slurry-Bed Reaktoren
Ein einphasiger Durchfluss durch das Strömungsrohr kann aufwärts oder abwärts gerichtet sein. Ein zweiphasiger Durchfluss kann als ein gleichläufiger Aufwärtsstrom, ein gegenläufiger Strom (Flüssigkeit nach unten, Gas nach oben) oder als häufigste Variante im gleichläufigen Abwärtsstroms ausgeführt werden.
Strömungsrohre können mit einer einfachen Wandung versehen werden und über einen äußeren Heizofen erwärmt werden. Sie können aber auch ummantelt werden, um ein Aufheizen oder Abkühlen mit einem zirkulierenden Wärmeträgermedium zu regeln. Externe Heizöfen können als starre Klapprohröfen oder als flexible Mantelheizungen ausgeführt werden. Strömungsrohre werden bei einer Vielzahl von Industriezweigen eingesetzt:
- Rohöl
- Petrochemie
- Polymerchemie
- Arzneimittel
- Abfallbehandlung
- Spezialchemie
- Alternative Energien
Strömungsrohre werden in einer Vielzahl von Applikationen verwendet:
- Carbonylierung
- Dehydrierung / Entzug von Wasserstoff
- Hydrierung
- Hydrocracking
- Hydroformulierung
- Oxidativer Zerfall
- Partielle Oxidation
- Polymerisation
- Reforming
Strömungsrohre können entweder ohne Zusätze für homogene Reaktionen oder bepackt mit Katalysatoren oder anderen festen Partikelnfür heterogene Reaktionen betrieben werden. Bepackte Reaktoren erfordern zusätzliche Haltevorrichtungen an Ein- und Austritt um die Partikel an Ort und Stelle zu halten. Am Eintritt des Rohres werden meist inerte Packungen, die eine Vorheizzone bilden aufgeschüttet. Das Vorheizen kann ebenso durch einen internen, spiralförmigen Kanal geschehen, hierbei werden die Edukte, wie rechts gezeigt, an der aufgeheizten Wand entlang geführt.
Es ist wünschenswert, dass die Strömungsrohre so groß sind, dass 8 bis 10 Katalysatorpartikel im Rohrdurchmesser Platz finden und die Länge des Rohres dem 40- bis 50-fachen der Partikelgröße entspricht. Das Verhältnis von Länge zu Durchmesser kann variiert werden um den Einfluss der Katalysatorfüllung zu untersuchen. Hierzu wird der Reaktor mit „Distanzspulen“ gefüllt und die freie Länge verringert.
Strömungsrohrsysteme können sehr flexible an Kundenwünsche angepasst werden, sie können in verschiedenen Längen und Durchmessern gefertigt werden und für diverse Druck- und Temperaturbereiche ausgelegt werden.
Wir bieten Klapprohröfen zur Aufheizung des Rohres an. An den Enden wird eine Isolation angebracht, sodass sich die Abschlusskappen nicht so stark Aufheizen wie die Reaktormitte. Die Heizkörperlänge wird normalerweise in ein oder drei separate Heizzonen unterteilt, sie kann aber auch je nach Anforderung in beliebig viele Zonen unterteilt werden.
Das Strömungsrohr kann entweder mit einem festen inneren Thermoelement in jeder Heizzone oder über ein einzelnes, bewegliches Thermoelement ausgestattet werden, um an beliebigen Punkten entlang des Katalysatorbettes zu messen. Thermoelemente an der Außenseite werden üblicherweise dazu verwendet jede Zone der Heizung zu regeln.
Gaszufuhrsysteme
Multiple Gaszuführungen können über einen Gasverteiler verwirklicht und betrieben werden. Um eine konstante Gasströmung zu Reaktor zu gewährleisten, ist es notwendig Gas mit konstantem Druck an einen elektronisch-gesteuerten Massedurchflussregler vorzulegen. Diese Flussregler vergleichen den tatsächlichen mit dem gewählten Gasstrom und steuern über ein Proportionalventil den konstanten Strom. Besonders aufmerksam müssen die Massedurchflussregler an das verwendete Gas, die Durchflussraten und den Arbeitsdruck ausgelegt werden. Die Massedurchflussregler benötigen einen Netzanschluss, einen Ausleseanschluss, ebenso wie eine Möglichkeit den gewünschten Betriebspunkt einzugeben.
Wenn Sie ein Massedurchflussregler bestellen möchten, sollten Sie folgende Angaben machen:
1. Art des Gases, das gemessen werden soll (z.B. N2, H2, CH4)
2. maximaler Arbeitsdruck des Gases (100 oder 300 bar)
3. maximale Durchflussrate in Norm(milli)litern pro Minute (n(m)l/min)
4. Druck zur Kalibrierung des Instrumentes
Die Massedurchflussregler sind für den Betrieb bis 100 bar und 300 bar verfügbar. Beträchtliche Einsparungen können gemacht werden, wenn der Massendurchflussregler nur mit 100 bar betrieben wird.
Eine Spülleitung kann ebenfalls angeschlossen werden. Sie wird üblicherweise genutzt um Stickstoff oder Helium einzuleiten und somit Luft aus dem System zu verdrängen, bevor die Reaktion starten kann. Ebenso können reaktive Gase am Ende der Reaktion entfernt werden, bevor der Reaktor geöffnet wird. Die Spülleitung enthält ein Absperrventil, ein filter, ein Dosierventil und ein Rückschlagventil.
Die Absperrventile können automatisiert werden, wenn der 4871 Prozess Regler eingesetzt wird oder ein 4880-Touchscreen-Controller (für Rohrreaktormodell 5420).
Flüssigkeitsdosierpumpen
Hochdruckkolbenpumpen werden häufig zum Einspritzen von Flüssigkeiten in einen kontinuierlich durchflossenen Reaktor, der unter Druck steht eingesetzt. Für niedrige Durchflussraten sind HPLC-Pumpen, die häufig für 345 bar ausgelegt sind, eine ausgezeichnete Wahl.
Typische Volumina für diese Pumpen sind 10 bis 40 Milliliter pro Minute. Die Pumpen können entweder manuell mit Hilfe einer internen Steuerung oder computergesteuert von einem Prozess Controller 4871 gesteuert werden.
Chemische Förderpumpen werden für eine kontinuierliche Einspeisung von Flüssigkeiten empfohlen, wenn die gewünschten Volumenstrom 6 Liter pro Stunde überschreiten. Wir können Ihnen gern bei der Pumpenauswahl zur Seite stehen. Dazu müssen Sie uns nur die Art der Flüssigkeit; den niedrigsten, typischen und höchsten Volumenstrom; den maximalen Arbeitsdruck; sowie besonderen Anforderungen wie zum Beispiel explosionsgeschützer Betrieb oder Korrosionsmöglichkeiten nennen.
Gegendruckregler (BPR)
Der Reaktor mit Hilfe eines Hinterdruckreglers (BPR) am Auslass des Systems unter konstantem Druck gehalten. Diese Art der Druckregelung lässt ein Ausströmen der Reaktionsprodukte nur dann zu, wenn der Reaktordruck einen bestimmten Wert überschreitet.
Wenn ein BPR in Verbindung mit einem Massestromregler verwendet wird, kann der Benutzer sichergehen, dass ein konstanter Gasstrom durch den Reaktor fliest und dieser auf einem konstanten Druck gehalten wird. Dies bietet den höchsten Grad an Kontrolle und Reproduzierbarkeit in einem kontinuierlich durchflossenen Reaktorsystem.
Kühlung
Es wird oft gewünscht, dass die Reaktionsprodukte für einen einfacheren Umgang herunter gekühlt werden. Für diesen Zweck sind doppelwandige Wärmetauscher verfügbar, diese arbeiten dann als Kühlkondensator. Eine Adaption unseren üblichen Kondensators erzielt beste Resultate.
Gas-/Flüssigkeits-Separatoren
Strömungsrohre, die im Modus „kontinuierlicher Durchfluss“ mit flüssigen und gasförmigen Produkten arbeiten, benötigen in der Regel einen Gas-/Flüssigkeits-Separator für einen gleichmäßigen Betrieb. Der Separator wird dem Reaktor nachgeschalten und wird oft durch eine Kühlung vom Reaktor abgetrennt. Im Separatorbehälter kondensiert die Flüssigkeit und sammelt sich am Behälterboden. Gase und nicht-kondensierte Dämpfe hingegen können den Behälter an einer oberen Öffnung verlassen und in Richtung Hinterdruckregler strömen. Es ist wichtig den BPR nur mit einer einzelnen Flüssigkeitsphase zu betreiben, um einem oszillierenden Reaktordruck entgegen zu wirken.
Der Gas-/Flüssigkeits-Separator kann entsprechend groß ausgeführt werden, die flüssigen Produkte werden gesammelt und in regelmäßigen Abständen entwässert. Viele der nicht-gerührten Druckbehälter von Parr, sind ideal als Gas-/Flüssigkeits-Separator. Druckbehälter in den Größen 300, 600, 1000 oder 2000 ml werden am häufigsten eingesetzt. Auf Wunsch kann der Boden des Separators konisch zulaufen und/oder eine automatische Flüssigkeitsablassfunktion hinzugefügt werden, um das Ablassen zu erleichtern.
Regelungs- und Datenerfassungs-Systeme
Eine Vielzahl an Lösungsvorschlägen stehen für verschiedenen Anforderungen von Systembetreibern zur Verfügung. Sonderzubehöre, wie zum Beispiel Heizungen, Massedurchflussregler oder Pumpen, können mit individuellen Regeleinheiten ausgeführt werden, um eine manuelle, dezentrales Steuerung (DZS) zu ermöglichen.
Sobald die Anzahl der Regelgrößen zu groß wird, ist es übersichtlicher und ökonomischer das dezentrale Regelsystem durch den Computer-Basierten Prozess-Controller der Baureihe 4871 (PCC) zu ersetzen.