18.Каскад реакторов.

Каскад представляет собой несколько последовательно соединенных проточных реакторов идеального смешения.

Для каскада реакторов ИС должны выполняться следующие допущения об идеальности:

1)в каждой секции каскада выполн-ся условие реактора РИС, т.е. мгновенное выравнивание параметров процесса, равенство параметров во всех точках секции и в потоке, выходящем из нее.

2)отсутствие обратного влияния, т.е. каждый последующий реактор не влияет на предыдущий

В каскаде реакторов состав исходной смеси изм-ся при переходе от одного реактора к другому и при этом на каждой ступени каскада, как это характерно для РИС параметры будут постоянны по всему объему реактора.

Если вместо одного реактора идеального смешения непрерывного действия взять несколько реакторов гораздо меньших по объему и соединить их последовательно, то падение конц-ции в каждом из них будет гораздо меньше, чем в одном большом реакторе. В каждом единичном реакторе, входящим в состав каскада конц-ция будет более высокой, чем в реакторе большего объема, поэтому скорость процесса будет больше также как и суммарное время пребывание реагентов в реакторах. Для расчета числа ступеней каскада необходимо для достижения требуемой степени превращения применяют 2 метода:

1)аналитический

2)графический.

Аналитический метод расчета.

Данный метод применяется для расчета при протекании реакции первого порядка. При этом составляется мат.баланс для каждой ступени каскада и выражается концентрация на выходе с каждой ступени.

Для первой ступени:

∙𝛖= ∙𝛖+ ∙𝛖

=k∙

∙𝛖= ∙𝛖+ k∙ ∙𝛖

= = ={ =τ} → =

Для второй ступени:

∙𝛖= ∙𝛖+k∙ ∙𝛖

=

Расчет числа ступеней каскада:

=

= → n=

= =1-

; = → n=-

Графический метод расчета.

Этот метод расчета применяется для р-ий 2-го и 3-го порядка и при этом кинетическая модель р-ии должна быть известна.

1)решают графически ур-ие для 1 секции

Τ= = или τ=

Строим 2 графика: 1- график ф-ии =f( ); 2- прямая ( )= - ∙

Находим точку пересечения с графиком ф-ии, если необходимо рассчитать число ступеней секций n, необходимо для заданной степени превращения, то графическое построение продолжается до тех пор, пока абсцисса точки пересечения прямой и графической ф-ии не будет удовлетворять следующему условию: ≤ ∙( ; ( )= - ∙

19.Реакторы гомогенных процессов.

Для проведения гомогенных процессов применяются все основные типы реакторов; устр-во реакторов для гомогенных процессов проще чем устр-во реакторов для гетерогенных процессов ввиду легкости перемешивания. Все реальные аппараты занимают промежуточное положение между аппаратами идеального вытеснения и идеального смешения.

Для газовых гомогенных процессов в основном применяются камерные и трубчатые реакторы. Для смешения газов применяют сравнительно несложное устр-во. Это могут быть сопло, центробежный, лабиринтный или каскадные смесители, эжекторы.

1.камерные реакторы с эжекторными смесителями паров и газов.(печь для синтеза хлороводорода или печь для термоокислительного крекинга метана).

Схема горелки печи для синтеза хлороводорода:

1-трубка для ввода хлора; 2- трубка для ввода водорода; 3- наконечник горелки; 4- камера печи; 5- запальный люк; 6- смотровой штуцер.

2.камерный реактор с центробежным перемешиванием газовой смеси. По режиму близок к идеальному смешению и яв-ся изотермическим.

3.трубчатый реактор с теплообменом между 2-мя газами, по режиму близок к идеальному вытеснению и яв-ся политермическим.

1-кожух с 2-мя днищами; 2- трубная решетка; 3- трубки.

4.реакторы типа труба в трубе с водяным или жидкостным охлаждением или нагревом. Работают по принципу идеального вытеснения, такие реакторы политермичны и обычно используются для р-ий, протекающих с большим тепловым эффектом.

1-внутренняя труба; 2-внешняя труба(рубашка); 3-колено.

Для жидкофазных гомогенных процессов применяются различные реакторы с перемешивающими устр-вами механического и пневматического типа. Для повышения кпд используют прямоточные реакторы большой длины, батареи из нескольких реакторов, а также многосекционные аппараты в которых степень превращения возрастает с увеличением числа секций. Реакционные аппараты снабжены теплообменниками(змеевики, рубашки); также широко применяются реакторы с различными механическими мешалками и другими типами перемешивающих устр-в, которые обеспечивают режим, близкий к полному смешению.

Реактор с пропеллерной мешалкой. Реакторы с пневматическим перемешиванием и со струйно-эжекторным перемешиванием. В установках со струйно-эжекторным смешением теплообменник может служить холодильником или подогревателем. Вследствии перемешивания эти реакторы изотермичны. Для повышения кпд используют каскад реакторов с мешалками или секционированные реакторы с мешалками или без мешалок.

А)с пропеллерной мешалкой: 1-вал; 2-мешалка;3-водяная рубашка

Б)реактор с пневматическим перемешиванием:

1-выход воздуха и загрузка ж-ти; 2- барботер; 3-вывод продукта.

В)со струйно-циркуляционным смешением: 1-реактор струйно-эжекторного смешения; 2- приемник; 3- теплообменник.

Колонные реакторы обычно представляют собой высокие цилиндры в которых могут быть установлены теплообменные элементы. Полые колонны работают по принципу идеального вытеснения. Для перемешивания реакционной смеси и выравнивания температуры, часто применяют насадку, не редко колонны секционируют перфорированными решетками или разделяют перегородками.

Непрерывно-действующие реакторы проточного типа работают по принципу идеального вытеснения подобно реакторам гомогенно-газовых процессов. Например, непрерывно-действующий реактор для гидролиза дихлорэтана имеет длину труб около 1км. Только при такой длине обеспечивается необходимое взаимодействие реакционной смеси и должная теплоотдача.

Реактор с перегородками.