3. Основні типи хімічних реакторів.

Хімічні перетворення здійснюють у реакторах, конструкція яких розрахована на проведення процесів певного типу при параметрах, близьких до оптимальних.

Хімічний реактор – технологічний апарат, в якому здійснюють хіміко-технологічні процеси, що поєднують хімічні реакції з масопереносом (дифузією).

В реакторах здійснюються складні хімічні і фізичні процеси, тому вони повинні відповідати певним вимогам:

- забезпечувати найбільшу продуктивність;

- бути простими за конструкцією і недорогими;

- найповніше використовувати тепло;

- бути надійними в роботі при повній механізації та автоматичному регулюванні процесів.

Реактори відрізняються як конструктивно, так і за режимами роботи.

Класифікація хімічних реакторів здійснюється за такими критеріями:

1) конструктивними особливостями (циліндри, тарільчатого типу, шахтні, обертові) ;

2) умовами теплообміну в реакторі (ізотермічні, адіабатичні, автотермічні);

3) фазовим складом реагуючої суміші (рідинно-твердофазні, газотвердофазні, газорідинні, газові);

4) способом організації процесу (періодичні, безперервної дії).

4. Поняття про матеріальний і енергетичний баланс виробництва та їх роль у економічних і технологічних розрахунках.

Удосконалення технологічних процесів можливе лише на основі їхнього глибокого і всебічного техніко-економічного аналізу. Останній відображає всі поетапні затрати виробництва, що визначають собівартість продукції – один із найважливіших показників.

Технологічний баланс, що зіставляє матеріальні та енергетичні затрати з фактичним випуском продукції, характеризує економічну ефективність виробництва.

Основна роль технологічного балансу полягає в тому, що собівартість продукції повинна бути врівноважена з її ціною та ринковим попитом на неї, забезпечуючи при цьому рентабельність виробництва.

Технологічний баланс – це зведена інформація у вигляді діаграм, таблиць чи рівнянь про надходження та витрати, результати зіставлення введених та отриманих у виробничому процесі матеріалів та енергії.

Складовими технологічного балансу є матеріальний та енергетичний баланси, ґрунтовані на законах збереження матерії та енергії відповідно.

Матеріальний баланс (МБ) – це застосований для конкретного процесу чи реакції закон збереження маси речовини, згідно з яким у замкнутій системі маса речовин, що вступають у взаємодію, дорівнює масі речовин, що утворились внаслідок цієї взаємодії. Рівняння матеріального балансу має вигляд:

m_А + m_Б + m_С = m_R + m_s , (1)

де m_А, m_Б, m_С - вхідні речовини; m_R, m_s – відповідно цільовий і побічний продукти.

Матеріальний баланс найчастіше складають на одиницю маси продукту, тобто розраховують, які маси вихідних речовин необхідні для отримання одиниць маси цільового продукту m_R, а також скільки при цьому отримують побічного продукту m_s.

Із рівняння (1) отримаєм масу цільового продукту:

m_R = m_А + m_Б + m_С - m_s. (2)

Якщо вихідним матеріалом є одна речовина, то рівняння (2) буде мати вид:

m_R = m_А - m_s

Найзручніше маси речовин на вході та виході системи визначати окремо для твердої, рідкої та газjподібної фази , а матеріальний баланс розраховувати за формулою:

m_t + m_p + m_г = m_t^’ + m_p^’ + m_г^’ ,

де m_t, m_p та m_г – відповідно маси твердих, рідких, та газоподібних речовин на вході системи, а m_t^’ , m_p^’ та m_г^’ - маси відповідних речовин на на виході.

Для випадку неповноти реакції МБ розраховують за формулою:

m_А + m_Б = m_c + m_д + m_АА + m_АВ + … + m_Е + m_F + m_T , (3)

де m_А і m_Б – маси вхідних речовин; m_c і m_д – маси основних продуктів взаємодії; m_АА і m_АВ – маси залишків вихідних речовин, що не прореагували; m_Е і m_F – маси побічних продуктів реакції; m_T – маса відходів.

Для розрахунку МБ необхідно знати хімсклад і деякі властивості сировинних компонентів, основних і побічних продуктів та відходів, а також хімічні рівняння основних перетворень у системі. Отримані на основі розрахунків результати зводять у таблицю із двох частин: доходної і розхідної, що полегшує аналіз даних і практичного їх використання.

Енергетичний баланс (ЕБ) – це застосований для конкретного процесу чи реакції закон збереження енергії, згідно з яким кількість енергії (теплоти), внесеної в зону взаємодії речовин, дорівнює кількості енергії (теплоти), винесеної з цієї зони.

Рівняння енергетичного балансу (ЕБ) можна записати в такому вигляді:

Q_ФР + Q_МФН + Q_TH = Q^’_ФР + Q^’ _BT, (4)

де Q_ФР – фізична теплота, введена в процес з вхідними речовинами; Q_МФН – теплота міжфазних переходів-розчинення, каналізації, випаровування, конденсації, плавлення; Q_TH - теплота, введена з теплоносіями – водою, газами, паливом; Q^’_ФР – фізична теплота виведена із процесу з продуктами реакції; Q^’ _BT – втрати теплоти в навколишнє середовище.

Складові енергетичного балансу розраховуються на основі фізичних і термохімічних даних. Наприклад, введену з вхідними речовинами теплоту розраховують за формулою Q_ФР = m х с х t, де m, c і t – маса, теплоємність і температура речовини відповідно. При неможливості розрахунків за термохімічними формулами Q^’ _BT визначають як різницю між сумами енергій на воді і виході системи.

На основі розрахунків матеріального і енергетичного балансів розраховують витрати і втрати сировини, палива та інших матеріалів, фактичний вихід продукції, коефіцієнти використання енергії, приймають організаційні та технічні рішення по оптимізації параметрів роботи обладнання, максимальному використанню матеріальних і енергетичних ресурсів. Аналіз даних технологічних балансів широко використовують для вдосконалення роботи діючих і проектування нових підприємств.