Выбор типа реактора
Широко применяется также последовательное сочетание реакторов смешения и вытеснения.
Применение такой комбинации имеет особый смысл для относительно быстрых и сильно экзотермических процессов, когда самый интенсивный (и взрывоопасный) период превращения осуществляется в условиях смешения, а заключительный – в трубчатом реакторе вытеснения, позволяющем наиболее эффективно достичь высокой степени превращения сырья.
Такая последовательность сочетания реакторов может использоваться также при осуществлении реакций, имеющих индукционный период.
Выбор типа реактора
Реактор – устройство, в котором происходит осложненное тепло- и массообменными явлениями химическое превращение – химический процесс. Реактор является основным элементом любого химического производства.
Современные промышленные химические реакторы являются объектами значительных масштабов и различаются большим разнообразием форм и конструкций: емкостные, колонные, трубчатые – типа теплообменников, вращающиеся цилиндры, реакционные печи и т.д.
На практике их называют исходя из внешнего вида: реактор, башня, автоклав, камера, печь, контактный аппарат и др., иногда по типу протекающих реакций: полимеризатор, алкилатор, окислитель, дожигатель и т.д.
Требования, предъявляемые к реакторам
1. Получение заданных технологических
результатов и производительность.
Параметры функционирования реактора определяются параметрами протекающего в нем химического процесса и технологические результаты оцениваются показателями химического процесса (степень превращения сырья, селективность и скорость процесса).
Производительность реактора – количество целевого продукта, полученное в единицу времени. Иногда производительность оценивают по количеству пропускаемой реакционной смеси. Максимальная производительность реактора называется мощностью.
Требования, предъявляемые к реакторам
2. Высокая интенсивность протекания процесса.
Интенсивность – производительность, отнесенная к величине, характеризующей размер реактора (объем, высота, площадь сечения и т.д.).
При оценке работы реактора для каталитических процессов производительность часто относят к единице объема или массы катализатора в реакторе. Количество продукта, полученное с единицы объема или массы катализатора, называют производительностью катализатора.
Требования, предъявляемые к реакторам
Интенсивность работы реактора достигается: а) улучшением его конструкции;
б) совершенствованием условий протекания химического процесса (подбором катализатора, оптимизацией параметров, интенсификацией массо- и теплообмена и т.д.).
Интенсивность характеризует совершенство организации химического процесса в реакторе и является оценочным показателем при сравнении эффективности реакторов.
Требования, предъявляемые к реакторам
3. Легкая управляемость и возможность устойчивого поддержания заданного технологического режима. Легкая управляемость зависит от параметрической чувствительности реактора.
Параметрическая чувствительность реактора –
реакция (отклик) выходных параметров процесса (степень превращения, конечная температура, время реакции и т.д.) на изменение регулирующих параметров (объемная скорость, соотношение реагентов, начальная температура и т.д.).
Чем выше параметрическая чувствительность, тем четче реагирует процесс на управляющие воздействия и изменение технологического режима.
Требования, предъявляемые к реакторам
Устойчивость работы реактора – способность сохранять постоянство выходных параметров при заданном технологическом режиме – определяется откликом управляющих параметров на кратковременные колебания неуправляемых выходных и возмущающих параметров (состава сырья, температуры, теплоносителя, активности катализатора и т.д.).
При стационарном (установившемся) технологическом режиме все параметры, характеризующие работу реактора, не изменяются во времени.
Однако, всегда возможны небольшие изменения (возмущения) неуправляемых параметров, которые могут повлиять на стационарность режима.
Требования, предъявляемые к реакторам
Работа реактора является устойчивой, если после снятия наложенного возмущения режимные параметры реактора возвращаются в прежнее состояние.
Неустойчивость стационарных режимов иногда является следствием ошибок при масштабном переходе от лабораторных исследований к промышленному реактору.
Вследствие больших тепловых потерь, вызванных малым масштабом лабораторного реактора, температуру приходится поддерживать искусственно, при этом практически любой режим является устойчивым.
Однако, в промышленном масштабе режим, подобранный по лабораторным испытаниям, по этой причине может быть нереализуем.
Требования, предъявляемые к реакторам
4. Потребление минимума энергии для функционирования.
Затраты энергии при эксплуатации реактора определяются его гидравлическим сопротивлением, необходимостью перемешивать реакционную смесь, теплоносителями и т.д.
Снижение энергопотребления реактора достигается совершенствованием его конструкции.
Энергетическую эффективность реактора можно повысить максимальным использованием теплоты реакции для нагрева входящих потоков, выработки водяного пара и т.д.
Требования, предъявляемые к реакторам
5. Безопасность и надежность при эксплуатации. Безопасность реактора определяется совершенством его конструкции и рациональным подбором конструкционных материалов (защита от коррозии, жаропрочность и т.д.).
В реакционной зоне не должны быть застойные зоны, в которых могут протекать нежелательные реакции (осмоление, коксование, разложение продуктов и т.д.), приводящие к созданию аварийных ситуаций.
Особенно опасны такие зоны при работе с ацетиленом – соединением, склонным к разложению и взрыву.