8 Общие сведения о химических реакторах. Реакторы идеального смешения
Химический реактор – это аппарат, в котором осуществляется типовой ХТП, сопровождающийся массо- и теплообменом.
К химическим реакторам применяются следующие требования:
- реактор должен обеспечивать максимальную производительность и интенсивность;
- реактор должен обеспечивать максимальную степень превращения и максимальную селективность;
- реактор должен иметь минимальные затраты на перемешивание и транспортирование реагентов и продуктов;
- в реакторе в максимальной степени должна использоваться теплота химической реакции;
- реакторы должны быть надежными, максимально автоматизированными и механизированными;
- реакторы должны быть дешевыми и простыми.
Реакторы отличаются друг от друга, но есть общие признаки, которые позволяют их классифицировать. Классификация позволяет получить математическое описание, ввести поправочные коэффициенты и получить модель реального аппарата (рисунки 8.1, 8.2. 8.3, 8.4, 8.5, 8.6, 8.7).
Рисунок 8.2 – Классификация химических реакторов
по режиму движения реакционной смеси
реакторы смешения
(реактор идеального смешения (РИС))
реакторы вытеснения
(реактор идеального вытеснения (РИВ))
Реактор
смешения – это емкостный аппарат, где
осуществляется циркуляционное
перемешивание или перемешивание
механическими мешалками.
Предельной структурой является РИС, где в результате интенсивного перемешивания в данный момент времени все параметры, характеризующие процесс, выравнены по объему.
Реакторы вытеснения – это трубчатые аппараты, имеющие вид удлиненного канала.
В РИВ элемент потока вытесняет предшествующие элементы, не перемешиваясь с впереди и сзади идущими элементами.
В РИС перемешивание имеет глобальный характер, а в РИВ – локальный.
Рисунок 8.3 – Классификация химических реакторов
по условиям теплообмена
Изотермические реакторы – это реакторы, где постоянная температура реакционной смеси поддерживается за счет теплообмена с окружающей средой с помощью промежуточного теплоносителя.
Адиабатические реакторы – без теплообмена с окружающей средой.
Поддержание двух режимов, изотермического и адиабатического, достаточно сложно, поэтому реакторы работают в промежуточном режиме, т.е. часть тепла затрачивается на нагрев реакционной смеси, а часть отводится с помощью промежуточного хладоагента.
Автотермические реакторы – это реакторы, в которых поддержание оптимального температурного режима осуществляется за счет теплоты химической реакции без использования внешних источников энергии.
исунок
8.4 – Классификация химических реакторов
по фазовому составу реакционной смеси
Классификация химических реакторов
по способу организации процесса
периодические
непрерывно -
действующие
полунепрерывные
Рисунок 8.5 – Классификация химических реакторов по способу
организации процесса
Периодический реактор – это реактор, где реагенты загружаются и проводится ХТП; периодически в процессе реакции ничего не добавляется и не забирается из реактора.
Непрерывнодействующий реактор – это реактор, в который непрерывно подводят реагенты и из которого отводятся продукты.
Полунепрерывные реактор – это реакторы, сочетающие первые два варианта, причем сочетания могут быть различными.
К
лассификация
химических реакторов
по характеру изменения параметров процесса во времени
Рисунок 8.6 – Классификация химических реакторов по характеру изменения параметров процесса во времени
Рисунок 8.7 – Классификация химических реакторов по
конструктивным особенностям