Классификация химических реакторов
1) По организационной структуре процесса (по способу подвода сырья и отвода продуктов):
реакторы непрерывного действия
реакторы периодического действия
реакторы полупериодического или полунепрерывного действия.
Периодические реакторы характеризуются единством места завершения всех стадий процесса. Исходное сырье загружают в реактор и через определенное время выгружают продукты реакции, затем все операции повторяют. Реактор работает циклически. Время одного цикла равно
τцикла = τхим.р. + τвспомог. операций.
Так как режим работы периодических реакторов нестационарный, качество продукции изменяется от партии к партии. Реакторы периодического действия обладает низкой производительностью, высокой материало- и энергоемкостью, их трудно автоматизировать. Достоинствами этих реакторов является низкая стоимость и большая экономическая гибкость. Реакторы такого типа незаменимы при малотоннажном производстве продуктов широкого ассортимента, а также для отработки режимов процессов и исследования кинетических закономерностей.
Реакторы непрерывного действия (проточный)– это реакторы, в которых непрерывно загружается сырье и также непрерывно выгружаются продукты; все стадии процесса осуществляются параллельно и одновременно. В этих реакторах невозможно непосредственно изменить время реакции, поэтому пользуются понятием условного времени пребывания реагентов в реакторе.
,
где Vp – объем реактора (м3);
vоб. – объемная скорость подачи сырья (м3/ч)
Проточные реакторы характеризуются высокой производительностью, стационарностью работы, качеством продукции, позволяют рационально использовать энергию, легко автоматизировать процесс. Их недостатками является трудность запуска и установки, поэтому проточные реакторы используются в случае крупнотоннажных производств.
Реакторы полунепрерывного и полупериодического действия - это различные комбинации непрерывной и периодической организации работы реактора.
По гидродинамическому режиму:
реакторы смешения
реакторы вытеснения.
В ректорах смешения конвективный перенос реагентов происходит путем интенсивного перемешивания, например, механической мешалкой или циркуляционным насосом.
В реакторах вытеснения перемешивания нет, а конвективный перенос реагентов осуществляется путем направленного движения потока реакционной смеси вдоль оси реактора.
В первом случае интенсивность конвективного переноса определяется скоростью вращения мешалки, во втором – линейной скоростью движения потока.
По тепловому режиму:
адиабатические
изотермические
политропические
В адиабатических реакторах отсутствует теплообмен с окружающей средой и весь тепловой эффект реакции расходуется на изменение температуры реакционной смеси. Это идеальный реактор; такой тепловой режим практически нереализуем.
В изотермических реакторах обеспечивается такой теплообмен с окружающей средой, который компенсирует полностью тепловой эффект реакции. В результате температура реакционной смеси остается строго постоянной. Это тоже идеальный реактор; на практике такое осуществить очень трудно. Близко к изотермическому режиму работают реакторы, в которых проводят процессы с очень малыми тепловыми эффектами или очень малой скоростью реакции, а также процессы, протекающие в растворе, где концентрация реагентов небольшая и тепло аккумулируется большим объемом растворителя.
Ближе к реальным условиям работы относится модель политропического реактора, в котором тепловой эффект химической реакции частично компенсируется за счет теплообмена с окружающей средой, а частично – за счет изменения температуры реакционной смеси.
По фазовому составу реакционной смеси:
реакторы для проведения гомогенных процессов (газофазных и жидкофазных)
реакторы для проведения гетерогенных процессов
реакторы для проведения гетерогенно-каталитических процессов (контактные аппараты).
По конструктивным характеристикам:
емкостные реакторы
колонны
трубчатые реакторы
печи (реакторы для высокотемпературных процессов)
и другие.