Types de réacteurs tubulaires

Un réacteur tubulaire est un type de réacteur continu de forme tubulaire et de rapport longueur/diamètre élevé. Ces réacteurs peuvent être très longs; par exemple, la longueur des réacteurs en polyéthylène peut être mesurée en kilomètres. La structure peut être constituée d'un seul tube ou de plusieurs tubes disposés en parallèle. Il peut s'agir d'un tube vide, comme dans des fours de craquage tubulaires, ou d'un tube emballé rempli de catalyseurs particulaires pour des réactions catalytiques multiphasiques, comme dans un réacteur à lit fixe à coque et à tube. Typiquement, lorsque l'écoulement des réactifs est dans un état turbulent, le rapport longueur/diamètre d'un tube vide est supérieur à 50; pour les sections emballées, le rapport longueur/diamètre des particules est supérieur à 100 pour les gaz et 200 pour les liquides. Le flux de matériaux peut être approximé sous forme de flux de bouchon.

Classification des réacteurs tubulaires

1 、 Réacteurs tubulaires horizontaux
Ces réacteurs sont fabriqués en reliant des tuyaux en acier sans soudure à des tubes en forme de U. Cette structure est facile à fabriquer et à entretenir. Les pipelines de réacteurs à haute pression utilisent des brides en acier soudées à rainures standard qui peuvent résister à des pressions de 1600 à 10,000 kPa. Lors de l'utilisation de brides en acier de type lentille, ils peuvent résister à des pressions allant jusqu'à 10,000 à 20,000 kPa. Par exemple, les réacteurs en polyéthylène haute pression peuvent atteindre des pressions allant jusqu'à 280 MPa.

2 、 Réacteurs tubulaires verticaux
Les réacteurs tubulaires verticaux sont utilisés dans des procédés tels que l'amination en phase liquide, l'hydrogénation en phase liquide et l'oxydation en phase liquide. Les réacteurs tubulaires verticaux peuvent être à passage unique ou avoir une conception de tube d'insertion central.

3 、 Réacteurs tubulaires de bobine
Ce sont des réacteurs tubulaires formés en bobines, rendant l'équipement compact et peu encombrant. Cependant, l'entretien et le nettoyage des tuyaux sont relativement difficiles.

4 、 Réacteurs tubulaires en forme de U
Les réacteurs tubulaires en forme de U ont des chicanes poreuses ou des dispositifs d'agitation à l'intérieur des tubes pour améliorer les processus de transfert de chaleur et de masse. Le grand diamètre du tube en forme de U permet des temps de séjour plus longs du matériau, ce qui le rend adapté aux réactions avec des vitesses de réaction plus lentes.

5 、 Réacteurs tubulaires parallèles multi-tubes

Les réacteurs tubulaires à structure parallèle multi-tubes sont généralement utilisés pour les réactions en phase gaz-solide. Par exemple, dans la production de chlorure de vinyle, le chlorure d'hydrogène gazeux et l'acétylène gazeux réagissent dans un réacteur parallèle multi-tubes rempli de catalyseurs en phase solide. De même, dans la synthèse d'ammoniac, un mélange d'azote et d'hydrogène gazeux réagit dans un réacteur parallèle multi-tubes contenant un catalyseur en fer en phase solide.

6 、 Série Réacteurs Tubulaires
Plusieurs réacteurs tubulaires peuvent être connectés en série, comme dans le processus de production de polypropylène. L'organigramme du procédé Spheripol pour la préparation du polypropylène comprend un réacteur de pré-polymérisation, un premier réacteur et un deuxième réacteur connecté en série.

Différences entre les réacteurs tubulaires et les réacteurs de réservoir agités

Les réacteurs tubulaires sont classés comme des réacteurs à flux de bouchon, tandis que les réacteurs à cuve agitée sont des réacteurs à cuve agitée continue (CSRs). Le temps de séjour dans les réacteurs tubulaires est relativement court, alors qu'il est plus long dans les réacteurs à cuve agitée. En termes d'élimination de la chaleur de réaction, c'est plus difficile dans les réacteurs tubulaires, alors que c'est plus facile dans les réacteurs à cuve agitée, qui peuvent avoir des vestes externes ou des bobines internes. Parfois, un système de réacteur combiné tubulaire et à réservoir agité est utilisé, où le matériau sort du fond du réacteur à réservoir agité et s'écoule à travers une boucle externe dans un réacteur tubulaire avant de retourner au réacteur à cuve agitée. Un exteRefroidisseur de boucle rnal peut être mis en place après le réacteur tubulaire pour contrôler la température. Les réactifs entrent par l'entrée du réacteur tubulaire ou l'entrée de la pompe de circulation externe, et le produit déborde du haut du réacteur à cuve agitée, utilisant ainsi les deux types de réacteurs.

Caractéristiques des réacteurs tubulaires

1. Le temps de séjour des molécules de réactif dans le réacteur étant égal, la concentration des réactifs et la vitesse de réaction chimique en tout point du réacteur ne changent pas avec le temps, mais ne varient qu'avec la longueur du tube.

2. Les réacteurs tubulaires ont un petit volume, une grande surface spécifique et une grande surface de transfert de chaleur par unité de volume, ce qui les rend particulièrement adaptés aux réactions ayant des effets thermiques significatifs.

3. En raison de la réaction rapide et des débits dans les réacteurs tubulaires, leur capacité de production est élevée.

4. Les réacteurs tubulaires conviennent à la production chimique à grande échelle et continue.