18.2. Непрерывно-действующие реакторы

Наибольшее распространение получили непрерывно действующие реакторы. Это объясняется стационарностью параметров их работы, более простым обслуживанием и управлением, лучшей возможностью автоматизации и следовательно более высокой производительностью труда.

Сравним удельные производительности реакторов полного смешения и идеального вытеснения:

;

Подставим в это соотношение значения V_РПС и V_РИВ из уравнений (18-3) и (18-5) получим:

;

Для реакции нулевого порядка |r_A| = _Ak и соотношение удельных производительностей оказывается равным единице.

Для реакций первого и второго порядка при  = 0 получим:

;

;

В обоих случаях при X_A > 0 отношение удельных производительностей этих реакторов меньше единицы (рис.18.2). Отсюда следует, что для всех реакций с суммарным порядком > 0, реакторы вытеснения более производительны, чем реакторы полного смешения (РПС).

Рис.18.2. Относительная эффективность аппаратов полного смешивания и идеального вытеснения для реакций нулевого (1), первого (2) и второго (3) порядка.

Реакторы полного смешения особенно невыгодны при проведении процессов до высокой степени конверсии. Следовательно, с точки зрения удельной производительности предпочтительны реакторы, близкие к модели идеального вытеснения.

18.3. Реакторы идеального вытеснения

Типы промышленных реакторов, близких к модели РИВ приводятся на рис. 18.3:

Рис. 18.3. Типы реакторов, близких к модели идеального вытеснения:

а -змеекововый; б - трубчатый ; в – аппарат с насадкой.

Таковыми являются змеевиковые аппараты с охлаждением или нагреванием по типу теплообменников «труба в трубе», либо погружных; реакторы типа кожухотрубчатых теплообменников и аппараты с насадкой при условиях турбулентного движения потока и значительном отношении их длины к гидравлическому диаметру.

Реакторы типа «а»,«б»,«в» используются для гомогенных процессов в газовой или жидкой фазе, а реакторы «б» и «в» используются также для гетерофазных реакций в системах газ – жидкость или жидкость – жидкость и для гетерогеннокаталитических процессов. В последнем случае трубы кожухотрубного реактора заполняют гетерогенным катализатором. Практическая область применения реакторов «a-в» ограничена сравнительно быстрыми реакциями с временем контакта менее 12 мин.

Трубчатые реакторы «a» применяют, например, при пиролизе, гидролизе, альдольной конденсации, полимеризации этилена и др. реакциях.

Кожухотрубчатые «б» и шахтные «в» применяются для гетерогеннокаталитических реакций со стационарным слоем катализатора, например, процессы риформинга, дегидрирования, парофазного гидрирования, окисления, гидратации, дегидратации и др.

18.4.Реакторы полного смешения

Типы реакторов, близких к модели полного смешения, приводятся на рис. 18.4:

Рис. 18.4 Типы реакторов, близких к модели полного смешения: а – аппарат с мешалкой и внутренним теплообменном; б – проточно-циркуляционный реактор с выносным теплообменом.

Реакторы полного смешения, которые применяют в виде аппаратов с мешалкой или проточно-циркуляционных установок наименее производительны, особенно при высокой степени конверсии сырья. Однако РПС имеют преимущества при проведении очень быстрых и сильно экзотермических реакций. В этом случае при значительной концентрации реагентов на входе в реактор вытеснения выделяется слишком много тепла, и возможен перегрев смеси или даже взрыв. В РПС происходит моментальное разбавление реагентов в большом объеме реакционной смеси, и процесс идет при низкой концентрации реагентов в безопасных условиях.

РПС выгодно использовать для проведения газофазных реакций за пределами взрывоопасных концентраций.

Примерами использования РПС в технологии органических веществ являются процессы разложения гидроперекисей (производство фенола и ацетона), процессы окисления азотной кислотой (производство адипиновой кислоты), хлорирование, фторирование.