Un reattore a flusso è un processo chimico in cui le materie prime vengono aggiunte a un recipiente di reazione, in genere una serie di tubi, per creare prodotti continuamente. Questo è diverso da un processo batch, in cui tutti i materiali vengono aggiunti e fatti reagire, quindi rimossi e lavorati. Le reazioni di flusso continuano finché le materie prime vengono aggiunte a un’estremità e possono essere utilizzate sia per liquidi che per gas.
Il design di un reattore a flusso è tipicamente una serie di tubi all’interno di un involucro a temperatura controllata. È possibile aggiungere calore o refrigerante al guscio per fornire il controllo della temperatura della reazione all’interno dei tubi. Il reattore può essere costruito con metalli, plastica o compositi secondo necessità per evitare che le materie prime lo attacchino.
I design dei tubi per un reattore a flusso possono variare notevolmente a seconda delle reazioni desiderate. Raramente le provette sono vuote, perché la miscelazione non avverrà in provette vuote; i materiali rimarranno separati all’interno dei tubi e non reagiranno. Bobine di tubi più piccoli, piccole forme chiamate imballaggio o barriere interne chiamate deflettori sono tutte utilizzate per mescolare insieme i reagenti o le materie prime.
Il posizionamento di tubi a spirale all’interno di un reattore a flusso può aiutare con la miscelazione o il trasferimento di calore. Le bobine aggiungono distanza alle sostanze chimiche per viaggiare nella sezione di reazione, fornendo più tempo per il processo chimico. I liquidi di riscaldamento o raffreddamento possono anche essere all’interno delle batterie, con i reagenti all’esterno, per un migliore controllo della temperatura. La dimensione del tubo, che cambia il diametro interno o la sezione trasversale, può essere variata per cambiare le portate dei reagenti.
I tubi possono essere imballati con vari materiali in base alle reazioni necessarie. Alcune sostanze chimiche richiedono un catalizzatore, un materiale che accelera le reazioni senza essere consumato nel processo. I catalizzatori possono essere aggiunti a perle di vetro ceramico o altri materiali e confezionati nei tubi. L’imballaggio non catalizzatore può anche essere usato per aiutare a mescolare i reagenti, che è spesso necessario se il calore o il raffreddamento vengono applicati all’esterno dei tubi. Senza miscelazione, il materiale più vicino alle pareti del tubo sarà troppo caldo o freddo, il che influirà sulla qualità del prodotto.
I deflettori possono variare notevolmente nel design, ma tutti aiutano la miscelazione creando vortici o turbinii di turbolenza all’interno del tubo. Possono essere strati di rete installati nei tubi o scanalature ricavate nelle pareti dei tubi. I catalizzatori possono anche essere rivestiti sulle superfici dei deflettori, fornendo il controllo della reazione oltre alla miscelazione.
Il design del reattore a flusso tiene conto anche della velocità di reazione delle sostanze chimiche. Il movimento delle sostanze chimiche attraverso tutti i tubi deve essere lo stesso, altrimenti la qualità del prodotto finito può essere diversa da ciascun tubo. La progettazione delle portate per ottenere condizioni di flusso a pistone garantisce un prodotto coerente. Il flusso a tappo è una caratteristica del design del tubo e del controllo della portata in cui il tempo che i reagenti trascorrono nel reattore è lo stesso indipendentemente dal tubo osservato.