18.6. Сочетания реакторов

Кроме каскадов РПС используются другие сочетания различных идеальных реакторов. Наибольшее значение имеют каскады РИВ  РИВ, РИВ  РПС, РПС  РИВ, представленные на рис. 18.8.

Рис 18.8. Примеры сочетаний реакторов.

a) сочетание 2-х РИВ с промежуточным теплообменом;

б) РИВ с промежуточным введением компонентов;

в) сочетание РИВ  РПС;

г) сочетание РПС  РИВ.

Первую схему применяют при необходимости промежуточного подогрева или охлаждения реакционной смеси. Схему (б) применяют при введении в реакционную смесь дополнительных компонентов, например процессы оксосинтеза. Последовательность РИВ  РПС применяют редко. По удельной производительности эта схема уступает единичному РИВ с тем же объемом. Большее значение имеет сочетание аппаратов РПС  РИВ. Эта комбинация реакторов часто применяется в промышленности. Для оценки возможностей такого сочетания используют графический метод, основанный на изображении кинетических данных в координатах |r_А|^–1 – X_A (рис. 18.9).

Рис. 18.9. Графический способ оценки удельной производительности реакторов и их сочетаний – реакция с падающей кривой скорости по степени конверсии.

В соответствии с уравнением (18-5) для РИВ величина V/F_A,0 равна площади, ограниченной кривой обратной скорости, осью абсцисс и ординатами начальной и конечной степени конверсии. Для РПС величина V/F_A,0 равна площади, прямоугольника, стороны которого ограничены начальной и конечной степенью конверсии, осью абсцисс и значением обратной скорости конечной степени конверсии. Очевидно, что при прочих равных условиях, чем меньше эти площади, тем выше удельная производительность аппаратов или их последовательностей. Как видно из рис.18.9 для обычных реакций с падающей кривой скорости и соответственно растущей кривой обратной скорости удельная производительность системы РПС  РИВ меньше, чем для РИВ, но больше чем для РПС. Применение таких комбинаций реакторов имеет смысл:

1. Для быстрых и сильно экзотермических реакций, когда первый, самый интенсивный (или взрывоопасный) период реакции проводится в условиях смешения (РПС), или на проточно-циркуляционной установке, а заключительный в трубчатом реакторе вытеснения. РИВ позволяет эффективно достичь высокой степени конверсии.

2. Для реакций имеющих индукционный период, который проходит в условиях смешения (РПС). Например, для автокаталитических реакций, кривая обратной скорости имеет вид, изображенный на рис. 18.10.

Рис. 18.10. Графический способ оценки удельной производительности реакторов и их сочетаний – автокаталитическая реакция.

Здесь начальный участок снижения обратной скорости (увеличения скорости) обусловлен накоплением продукта, автокатализирующего реакцию, а конечный – снижением концентрации реагентов. Причем, в некоторой точке достигается минимум обратной скорости (максимум скорости). Из рис. 18.10 (заштрихованная площадь) следует, что наименьший реакционный объем (или максимальная удельная производительность) для такого процесса достигается при осуществлении первого его периода (до минимума обратной скорости) в РПС и последующего периода в РИВ. При этом точку минимума легко найти из производной d|r_A| / dX_A, приравнивая её к нулю.

Известен другой способ интенсификации реакций, имеющих индукционный период разного происхождения. Этот способ состоит в добавлении в исходную смесь продуктов, ускоряющих процесс, например гидроперекиси при окислении кумола.