Ulepszenia w dziedzinie reaktorów zawiesinowych

Ulepszenia w dziedzinie reaktorów zawiesinowych

Holenderski naukowiec Keshav Ruthiya opracował znaczące ulepszenia, tak zwanej suspensyjnej kolumny barbotażowej (slurry bubble column). Przemysł chemiczny używa tego typu urządzeń do przeprowadzania reakcji pomiędzy gazami a cieczami, np. w procesach oczyszczania ścieków czy syntezy węglowodorów. Na obecnym etapie, wiele firm jest zainteresowanych zastosowaniem osiągnięć Ruthiya w komercyjnych wersjach reaktorów.

Ze względu na atrakcyjną cenę i prostą konstrukcję reaktory suspensyjne (zawiesinowe) są bardzo popularne w przemyśle chemicznym. Reakcje przebiegają w obecności katalizatora zawieszonego w postaci małych drobin w cieczy, znajdującej się wewnątrz kolumny. Gaz jest wypompowywany od dołu kolumny i w postaci pęcherzyków przemieszcza się ku górze wchodząc jednocześnie w reakcję.

Holenderski naukowiec zbadał mechanizm przylegania cząstek katalizatora do pęcherzyków gazu wewnątrz kolumny. Stworzył on model opisujący wpływ własności cząstek katalizatora i innych substancji biorących udział w transporcie masy, na hydrodynamikę i tempo przebiegu reakcji. Wnioski wynikające z odkrycia doprowadziły do unowocześnienia konstrukcji, jednocześnie obniżając cenę tego typu reaktorów. Odkrycie to powinno zwiększyć konkurencyjność branży chemicznej. Firmy zaangażowane w prace nad projektem takie jak Shell, Akzo Nobel, Engelhard i DSM Research są szczególnie zainteresowane rezultatami badań.

Dzięki szerokim możliwościom, jakie przyniosły przeprowadzone eksperymenty, naukowiec odkrył, w jaki sposób można zwiększyć tempo przebiegu reakcji w kolumnie. Okazało się, że poprawienie charakterystyki powierzchniowej cząstek katalitycznych, skutkuje lepszym ich przyleganiem do pęcherzyków gazu. Dzięki tym modyfikacjom katalizator jest poddany działaniu gazu o większym stężeniu i z tego powodu wzrasta prędkość zachodzenia reakcji. Jednak bywa i tak, iż reakcja przebiega mniej pomyślnie, jeżeli katalizator jest narażony na zbyt duże stężenie gazu. W takim przypadku, należy użyć katalizatora, który w bardzo nie wielkim stopniu będzie przylegał do pęcherzyków gazu, powiedział Ruthiya. W wyniku rosnącej efektywności katalizatora obniża się ilość tego niezbędnego, a za razem kosztownego składnika reakcji.

Przez dekady inżynierowie-chemicy badali, w jaki sposób gazy i ciecze reagują ze sobą w kolumnach barbotażowych. Jednak, aż do chwili obecnej, zachowanie się drobin katalizatora podczas reakcji nie mogło być przewidziane w sposób wystarczająco dokładny. Jak się okazało cechy cząstek katalizatora mają istotny wpływ na przebieg reakcji, ponieważ agregują między sobą i mogą przyłączać się do pęcherzy gazu na stałe. Opracowanie modelu reakcji z uwzględnieniem wpływu katalizatora oraz innych składników złoża, wprowadza unowocześnienia konstrukcji reaktorów i pozwala sprawniej sterować przebiegiem procesu.