Un réacteur à flux est un processus chimique dans lequel des matières premières sont ajoutées à une cuve de réaction, généralement une série de tubes, pour créer des produits en continu. Ceci est différent d’un processus par lots, où tous les matériaux sont ajoutés et mis à réagir, puis retirés et traités. Les réactions d’écoulement se poursuivent tant que des matières premières sont ajoutées à une extrémité et peuvent être utilisées à la fois pour les liquides et les gaz.
La conception d’un réacteur à écoulement est généralement une série de tubes à l’intérieur d’une enveloppe à température contrôlée. De la chaleur ou du liquide de refroidissement peut être ajouté à l’enveloppe pour assurer le contrôle de la température de la réaction à l’intérieur des tubes. Le réacteur peut être construit à partir de métaux, de plastiques ou de composites selon les besoins pour empêcher les matières premières de l’attaquer.
Les conceptions de tubes pour un réacteur à écoulement peuvent varier considérablement en fonction des réactions souhaitées. Les tubes sont rarement vides, car le mélange ne se produira pas dans des tubes vides ; les matériaux resteront séparés à l’intérieur des tubes et ne réagiront pas. Des bobines de tubes plus petits, de petites formes appelées garnitures ou des barrières internes appelées chicanes sont toutes utilisées pour mélanger les réactifs, ou matières premières, ensemble.
Placer un tube enroulé à l’intérieur d’un réacteur à écoulement peut aider au mélange ou au transfert de chaleur. Les bobines ajoutent de la distance pour que les produits chimiques se déplacent dans la section de réaction, ce qui laisse plus de temps au processus chimique pour se produire. Les liquides de chauffage ou de refroidissement peuvent également être à l’intérieur des serpentins, avec les réactifs à l’extérieur, pour un meilleur contrôle de la température. La taille du tube, qui modifie le diamètre interne ou la section transversale, peut être modifiée pour modifier les débits de réactif.
Les tubes peuvent être emballés avec divers matériaux en fonction des réactions nécessaires. Certains produits chimiques nécessitent un catalyseur, un matériau qui accélère les réactions sans être utilisé dans le processus. Les catalyseurs peuvent être ajoutés aux billes de verre céramique ou à d’autres matériaux et conditionnés dans les tubes. Un garnissage sans catalyseur peut également être utilisé pour aider à mélanger les réactifs, ce qui est souvent nécessaire si de la chaleur ou un refroidissement est appliqué à l’extérieur des tubes. Sans mélange, le matériau le plus proche des parois du tube sera trop chaud ou trop froid, ce qui affectera la qualité du produit.
Les chicanes peuvent varier considérablement dans leur conception, mais toutes aident au mélange en créant des tourbillons ou des tourbillons de turbulence à l’intérieur du tube. Il peut s’agir de couches de treillis installées dans les tubes ou de rainures usinées dans les parois des tubes. Les catalyseurs peuvent également être appliqués sur les surfaces des chicanes, ce qui permet de contrôler la réaction en plus du mélange.
La conception du réacteur à flux prend également en compte la vitesse de réaction des produits chimiques. Le mouvement des produits chimiques à travers tous les tubes doit être le même, ou la qualité du produit fini peut être différente de chaque tube. La conception des débits pour obtenir des conditions d’écoulement piston garantit un produit cohérent. L’écoulement piston est une caractéristique de la conception du tube et du contrôle du débit où le temps que les réactifs passent dans le réacteur est le même quel que soit le tube observé.