5. Низька вартість виготовлення і ремонту реактора.

Це досягається простотою конструкції і застосуванням дешевих конструкційних матеріалів: чорних металів, кераміки, пластмас тощо.

Потрібно зауважити, що всі ці вимоги до ХР взаємозв’язані і значною мірою суперечливі. Зазвичай не вдається реалізувати процес у реакторі так, щоб задовольнити одночасно всі висунуті до нього вимоги через їх суперечність. У кожному конкретному випадку доводиться порівнювати умови підтримання оптимальних значень основних параметрів процесу: тривалості реакції, температури, тиску, ступеня перемішування реакційної маси тощо з виконанням окремих вимог до ХР, щоб зрештою забезпечити найбільш економічно вигідний процес.

3.1.2. Структурні елементи хімічного реактора

Б удь-який ХР складається з таких структурних елементів: реакційного об’єму, в якому власне і відбуваються хімічні реакції; пристроїв для введення і виведення матеріальних та енергетичних потоків; пристроїв для змішування і розподілу реаґентів та перемішування реакційної маси; теплообмінні елементи для відведення теплоти екзотермічних реакцій і підведення теплоти для здійснення ендотермічних реакцій. На рис. 3.1 показано найважливіші структурні елементи типового ХР на прикладі простого і досить розповсюдже­ного в хімічній промисловості реактора з механічною мішалкою і теплообмінною оболонкою.

Рис. 3.1. Структурні елементи реактора: 1 – реакційний об’єм; 2 – пристрій для перемішування – механічна пропелерна мішалка; 3 –– теплообмінна оболонка; 4, 6 – пристрої для введення потоків (5 – штуцер для виведення продуктів реакції; 7 – штуцер для виведення конденсату водяної пари)

3.1.3. Класифікація хімічних реакторів

Хімічні реактори класифікують на підставі таких основних ознак:

1) за схемою руху потоків через реактор – реактори з прямотечійним, протитечійним і перехресним рухом;

2) за структурою перемішування потоків у реакційній зоні – реактори повного (ідеального) змішування і реактори ідеального витіснення;

3) за тепловим режимом – реактори адіабатичні, ізотермічні і політермічні;

4) за характером перебігу процесу в часі – реактори періодичної, напів­періодичної і безперервної дії;

5) за усталеністю параметрів роботи реактора в часі або в кожній точці його об’єму – реактори стаціонарні (з усталеним режимом) і нестаціонарні (з неусталеним режимом).

3.1.4. Загальні та диференціальні матеріальні і теплові баланси реакторів різного типу

Підставою для одержання характеристичного рівняння реактора будь-якого типу є матеріальний баланс, який складається за одним з компонентів реакційної суміші.

Для простої необоротної реакції А  R рівняння матеріального балансу за реаґентом А записується так

, (3.4)

де – кількість реаґенту А, що приходить за одиницю часу в той реакційний об’єм, для якого складається матеріальний баланс; – кількість реаґенту А, що витрачається за одиницю часу в реакційному об’ємі.

Враховуючи те, що реаґент А, який надійшов в реакційний об’єм за одиницю часу , витрачається за трьома статтями і його можна записати так:

, (3.5)

де , , – відповідно кількість реаґенту А, який вступив в хімічну реакцію; виходить з реакційного об’єму непрореагованим; накопичується в реакційному об’ємі.

Підставивши рівняння (3.5) в рівняння (3.4), одержимо

. (3.6)

Різниця між і являє собою кількість реаґенту А, що протікає через реактор, .

Маючи це на увазі, можемо записати

. (3.7)

Баланс може складатися для одиниці об’єму реакційної маси, для нескінченно малого (елементарного) об’єму реактора або для реактора в цілому. При цьому можна розраховувати матеріальні потоки, які проходять через об’єм за одиницю часу, або віднести ці потоки до одиниці маси початкового реаґенту чи одержаного продукту.

І, нарешті, складова u_A показує зміну концентрації реаґенту А в часі в елементарному об’ємі внаслідок хімічної реакції. Їй у рівнянні (3.7) відповідає величина .

Залежно від типу реактора і режиму його роботи загальний вигляд диференціального рівняння матеріального балансу (3.8) може спрощуватися, що полегшує його розв’язування.

У тому випадку, коли параметри процесу є сталими в усьому об’ємі реактора і в часі, режим роботи реактора є стаціонарним і відпадає потреба складати рівняння матеріального балансу в диференціальній формі. Баланс складають у кінцевих величинах, взявши різницю значень параметрів на вході в реактор і на виході з нього. У такому реакторі накопичення речовини відсутнє і похідна від концентрації в часі дорівнює нулю:

. (3.9)

Якщо ж режим роботи реактора нестаціонарний, то параметри змінюються в часі або в усіх точках об’єму і завжди відбувається накопичення речовини:

(3.10)