6.2.4. Комбинация реактора смешения с реактором вытеснения

В этом разделе будут рассмотрены обстоятельства, благоприятствующие использованию определенных типов комбинированных реакторов, а именно:

1. одноступенчатого РСНД, соединенного последовательно с РВНД;

2. РВНД, соединенного с одноступенчатым или многоступенчатым реактором смешения.

Такая компоновка может оказаться полезной не только по кинетическим соображениям. Например, первая схема соединения реакторов целесообразна в тех случаях, когда важно добиться хорошей степени перемешивания двух или более реагентов в начале реакции. В этом частном случае реактор смешения является не столько реактором, сколько смесителем.

Вторая схема (рис. 6.9, б) целесообразна тогда, когда реактор вытеснения является оптимальным с точки зрения химической кинетики, причем применение одного или более аппаратов с мешалкой, позволяющих проводить реакцию полнее, дает возможность сократить капиталовложения по сравнению с затратами, связанными с созданием реактора вытеснения эквивалентного объема.

Таблица 6.2. Влияние кинетики процесса на относительный объем реактора при конверсии, равной 90 %

Тип реактора	Порядок реакции по мономеру	Объем реактора
РВНД	1	1
РСНД		4
РВПД	2	1
РСПД		10
Каскад из 2-х РСНД	2	3

Примером более желательного использования первой схемы по кинетическим соображениям является реакция нитрования гексамина. В этом случае мгновенный выход проходит через максимум. Таким образом, оптимальный вариант для данной реакции (и, действительно, лучший, чем любой другой из рассмотренных ранее) сводится к использованию одноступенчатого реактора смешения, работающего при постоянном составе реагентов, определяющем максимальный выход целевого продукта, к которому последовательно присоединяется реактор вытеснения, доводящий реакционную смесь до требуемого отношения ₁ путем монотонного, а не ступенчатого перемещения направо вниз по кривой. Интересно сравнить относительные объемы реакторов рассматриваемых типов для получения полимеров. При одинаковых производительности, расходе реагентов и температурах соответствующие данные приведены в табл. 6.2.

Различие в объемах растет с увеличением конверсии и порядка реакции по мономеру. Из данных, приведенных в табл. 6.2, следует, что применение каскада реакторов смешения позволяет уменьшить суммарный реакционный объем. В пределе бесконечности последовательность реакторов смешения превращается в РВНД.

При расчете числа ступеней в каскаде следует учитывать эконо­мические факторы. На практике при некотором числе ступеней капитальные затраты проходят через минимум и снова начинают возрастать. Поэтому при проектировании каскада обычно сравнивают затраты при различном числе степеней.

6.3. Эскизная конструктивная разработка основной химической аппаратуры

6.3.1. Общие положения

Химическое оборудование условно разделяется на две основные группы: не стандартизованную аппаратуру, представляющую собой главным образом конструкции котельно-сварного типа, и стандартизованное оборудование – компрессоры, насосы, центрифуги, фильтры, машины для переработки пластмасс и т. д.

При подборе оборудования для оснащения нового производства следует стремиться к максимальному использованию типового, стандарти­зованного, серийно выпускаемого оборудования.

Большое разнообразие химических процессов, различные условия их протекания, разная производительность проектируемых установок делают целесообразной разработку аппаратов, специально приспособленных для работы в конкретном производстве. К такому оборудованию в основном относятся: емкостная аппаратура, реакторы, некоторые теплообменники, колонные аппараты.

Рабочие чертежи этих аппаратов и оснастка для их изготовления разрабатываются в конструкторских бюро машиностроительных заводов, получивших заказ на изготовление оборудования. Основанием для разработки служит технический проект аппаратов, предлагаемых для заказа и состоящих из расчетов и чертежей общего вида и наиболее ответственных узлов.

Технический проект нестандартизованного аппарата выпускается либо конструкторским отделом института, разрабатывающего проект всего производства, либо специализированной проектной организацией. Основанием для разработки технического проекта служит задание соответствующего механо-технологического отдела.

Задание состоит из эскиза общего вида аппарата и его краткой технической характеристики. В процессе эскизной проработки конструкции аппарата механики совместно с технологами выполняют следующую работу:

 разрабатывают мероприятия, обеспечивающие заданный технологический режим;

 определяют материал аппарата и его отдельных узлов;

 выясняют возможность применения типовых узлов и целых агрегатов;

 проверяют соответствие основных размеров аппаратов, определенных в процессе технологического расчета, действующим ГОСТ и стандартам;

 разрабатывают детали и приспособления, облегчающие транспортировку аппарата, его монтаж, обслуживание в процессе эксплуатации и демонтаж;

 разрабатывают мероприятия по безопасной эксплуатации проектируемого оборудования.

До начала эскизного проектирования механик-проектировщик должен получить полное представление о месте разрабатываемого аппарата в технологической схеме производства и его назначении, а также определить его местоположение в производственном помещении, т. е. ознакомиться с расположением оборудования. Затем следует собрать все исходные данные, в число которых входят:

 рабочие параметры процесса (давление и температура);

 физические и химические свойства перерабатываемых веществ, особенно агрессивность при рабочих условиях;

 максимальные расходы через различные элементы аппарата;

 основные размеры аппарата, определяемые в процессе технологического расчета оборудования (например, диаметр ректификационной колонны, количество тарелок, расстояние между ними и т. п.);

 характеристика помещения в соответствии с правилами устройства электропривода;

 сведения о характере технологического процесса (непрерывный или периодический);

 способы эксплуатации аппарата;

 опыт эксплуатации аналогичных аппаратов;

 особенности строительных конструкций, на которых предполагается установить аппарат.

Рассмотрим теперь особенности эскизного конструирования различных групп аппаратов.