6. Классификация процессов и реакторов по режиму протекания процесса.

Для протекания каталитической реакции необходим подогрев поступающих в реактор газов до температуры зажигания катализатора, при которой начинается каталитическая реакция. В этот момент скорость реакции возрастает, возрастает и количество выделяемой или поглощаемой теплоты. В случае выделения тепла возможен так называемый автотермичный процесс, т.е. поддержание температуры в реакторе за счет теплового эффекта реакции. При поглощении теплоты поступающие газы необходимо нагревать так, чтобы компенсировать эндотермический эффект, потери теплоты и вывести газы из реактора с температурой, превышающей температуру зажигания катализатора.

По гидродинамическому режиму различают два случая перемешивания реагирующих компонентов с продуктами реакции.

Полное смешение представляет собой режим, при котором турбулизация столь сильна, что концентрация реагентов в проточном реакторе одинакова во всем объеме аппарата от ввода исходной смеси до места вывода продукционной смеси.

При идеальном вытеснении исходная смесь не перемешивается с продуктами реакции, а проходит ламинарным потоком по всей длине или высоте аппарата. В таких реакторах происходит плавное изменение концентраций в направлении потока реагентов, тогда как в реакционном объеме полного смешения нет градиента концентраций. В промышленных проточных реакторах степень перемешивания всегда меньше, чем в аппаратах полного смешения, и больше, чем в аппаратах идеального вытеснения. В некоторых типах реакторов режим перемешивания близок к одному из предельных случаев.

По температурному режиму процессы и соответствующие им реакторы делят на адиабатические, изотермические и политермические.

Адиабатические процессы происходят без отвода (или подвода) теплоты из слоя катализатора при ламинарном потоке газа, текущего по принципу идеального вытеснения. В результате температура по высоте слоя изменяется пропорционально тепловому эффекту реакции, концентрации основного исходного реагента в газовой смеси и степени его превращения.

Изотермические процессы протекают при постоянной температуре во всем слое катализатора. Более или менее полное приближение к изотермичности слоя катализатора может быть достигнуто при: а) непрерывной компенсации теплового эффекта реакции; 6) малых тепловых эффектах реакции, концентрации исходного вещества или степени превращения, когда температура в слое может выравниваться за счет теплопроводности катализатора; в) перемешивании газа и катализатора.

Политермические процессы, в которых тепловой эффект реакции частично компенсируется за счет подвода или отвода теплоты, осуществляются в трубчатых контактных аппаратах, при этом катализатор может быть расположен в трубах или в межтрубном пространстве. Сравнение температурных режимов показывает, что политермический процесс в одном слое катализатора дает возможность повышать выход по сравнению с адиабатическим. При полной компенсации теплового эффекта реакции за счет отвода или подвода теплоты политермический процесс переходит в изотермический, и достигаются наивысшие степени превращения.