15.Промышленные химические реакторы.

Хим-им реактором назыв-ся аппарат предназначенный для проведения хим-их процессов сопровождающихся тепло- и массо-обменными процессами. От правильности выбора реактора и его селективности зависит эффек-ть всего технологического процесса.

Основные требования, предъявляемые к промышленным реакторам:

1)максимальная производительность и интенсивность процесса

2)высокий выход продукта и наибольшая селективность процесса

3)минимальные энергетические затраты на перемещение и транспортировку материалов через реактор и использование теплоты экзотермических р-ий.

4)легкая управляемость и безопасность работы

5)низкая стоимость изготовления и ремонта реактора

6)устойчивость работы реактора при значительных изменениях основных параметров процесса.

Факторы, влияющие на конструкцию реактора:

1.физ-ие св-ва и агрегатное состояние реагентов и продуктов р-ии.

2.требуемая интенсивность перемешивания

3.тепловой эффект хим-ой р-ии и требуемая интенсивность теплообмена

4.температура и давление процесса

5.агрессивность и токсичность реакционной массы

6.взрыво- и пожароопасность производства.

Классификация реакторов и режимов их работы.

1)по характеру смешения и вытеснения участвующих в процессе в-в.

Реакторы делятся на:

-реакторы идеального смешения;

-реакторы идеального вытеснения;

-противоточного типа;

-комбинированного типа.

1.реактор идеального смешения: представляет собой емкостной аппарат с механич-им перемешиванием мешалкой или циркуляционным насосом.

2.реактор идеального вытеснения: это трубчатый аппарат, имеющий вид удлиненного канала через который реакционная смесь движется в поршневом режиме.

3.реактор противоточного типа. Использ-ся в тех случаях, когда р-ая смесь яв-ся 2-х фазной: либо Ж-Г, либо Ж-Ж. недостатком этих аппаратов яв-ся недостаточно-интенсивное контактирование фаз.

4.реактор комбинированного типа. Сочетает в себе зоны идеального вытеснения с зонами перемешивания. На рис. Представлен реактор с внутренней рециркуляцией реакционной массы. Реактор выполнен кожухотрубчатого аппарата в межтрубном пространстве которого при проведении экзотермической р-ии поступает хлад агент, а при проведении эндотермической греющий агент или теплоагент(теплоноситель).

Ф-ии разных трубок различные; исходное сырье подают в крайние трубки с помощью патрубков, входящих частично в нижнюю часть трубок. В трубках смесь движется снизу вверх. Р-ая смесь, выходящая сверху трубок объединяется и часть переливается вниз по центральным трубкам. Такая конструкция реактора позволяет увеличить скорость движения смеси в трубках, что способствует улучшению ее перемешивания.

2) по условиям теплообмена:

-адиабатического типа

-изотермического типа

-комбинированного типа

При отсутствии теплообмена с окружающей средой химический реактор назыв-ся адиабатическим. В нем вся теплота, выделяющаяся или поглощающаяся в ходе хим-ой р-ии расходуется на нагрев или охлаждение реакционной массы.

Реактор наз-ся изотермическим, если вследствие теплообмена с окружающей средой в нем обеспечивается постоянство температуры. В этом случае, в любой точке реактора в результате теплообмена полностью компенсируется выделение или поглощение теплоты.

В реакторах комбинированного типа тепловой эффект хим-ой р-ии частично компенсируется теплообменом с окружающей средой, а частично вызывает изменения температуры реакционной массы.

3)по способу теплоподвода и теплоотвода из реакционной массы.

Различают 2 типа:

1.реакторы с теплообменом через стенки реакционной зоны

2.реакторы с непосредственным введением хлад или теплоагента в реакционную зону.

Наиболее распространенными яв-ся реакторы с теплоподводом или теплоотводом через стенку реактора:

А –смесительного типа с рубашкой

Б-типа «труба в трубе»

В-кожухотрубчатый

Реакторы смесительного типа имеют рубашку, в которой в зависимости от протекания экзо- или эндо-термических р-ий подают соотв-но тепло- или хлад-агент.

Реактор типа «труба в трубе» имеет внутреннюю трубу, в которой происходит химическое превращение. Во внешнюю трубу подают хлад- или тепло-агент.

Также широко распространены кожухотрубчатые реакторы, в трубках которых происходит химическое превращение, а в межтрубное пространство подается теплоноситель. Наиболее эффективным яв-ся прямой теплообмен, когда греющий или охлаждающий агент вводят непосредственно в реакционную зону, но это можно делать не всегда: во-первых, вводимый хлад или теплоагент может существенно влиять на р-ию и кат-р, во-вторых, возникает необходимость отделения агента от реакционной массы.

4)по фазовому составу реакционной смеси. Реакторы для проведения гомогенных процессов подразделяются на аппараты для газофазных и жидкофазных р-ий. Аппараты для проведения гетерогенных р-ий подразделяются на газожидкостные реакторы и реакторы для процессов в системе газ – тведое вещество и жидкость – твердое вещество.

5)по способу организации процесса:

-периодические

-непрерывно-действующие

-полупериодические

В реакторах периодического действия все отдельные стадии протекают последовательно в разное время

В реакторах непрерывного действия все отдельные стадии процесса осущ-ся параллельно, одновременно и не произвольной затратой времени на операции загрузки и выгрузки отсутствует.

В реакторах полупериодического действия один из реагентов поступает в него непрерывно, а другой периодически.

5)в зависимости от характера изменения параметров во времени: могут работать в стационарном и нестационарном режиме.

7)по конструктивным характеристикам:

-емкостные(автоклавы; реакторы-камеры; вертикальные и горизонтальные цилиндрические конверторы и т.д.)

-колонные реакторы(реакторы колонны насадочного и тарельчатого типа)

-каталитические реакторы с неподвижным, движущимся и псевдоожижженным слоем кат-ра;полочные р-ры)

-реакторы теплообменники

-реакторы типа реакционной печи(шахтные, полочные, камерные, вращающиеся печи).

Для расчетов реакторов применяют принцип моделирования, при котором исследование проводят на модели, а результаты количественно распространяют на оригинал. По гидродинамическому режиму или степени перемешивания различают следующие модели: реакторы идеального вытеснения и реакторы идеального смешения.