11

Программа дисциплины «Химические реакторы»

1. Реакционный узел в химическом производстве.

Химико-технологический процесс (ХТП) и химико-технологическая система (ХТС). Химический реактор (ХР). Явные и скрытые ХР. Специализированные и приспособленные ХР. Сопряжение элементов ХТС. Конструкция и режим работы ХР – важнейшие факторы эффективности ХТП. Выбор конструкции и определяющих размеров ХР – функция закономерностей химических реакций и процессов обмена массы и тепла. Исходные данные (технологический регламент) – исчерпывающий источник данных для проектирования и эксплуатации ХТС. Производительность ХР. Удельная производительность ХР. Объем реактора и время пребывания (время реакции). Влияние на производительность концентраций реактантов.

Предельные значения степени превращения сырья, выхода и селективности образования целевого продукта для ХТС по сравнению с ХР.

Расчет химического реактора. Направление химического процесса, условия равновесия. Начальные и конечные значения параметров. Материальный и тепловой баланс ХР. Рекомендуемые и реальные рабочие условия реакции. Рабочие и равновесные (конечные) условия реакции. Скорость превращения фактическая и теоретическая.

Определение основных размеров реактора: объем, площадь поперечного сечения, длина, поверхность теплообмена, поверхность контакта фаз, высота элементов, сечения труб и т.п.

2. Химические реакторы и их классификация по различным признакам.

Режим движения реакционной среды в реакторе (гидродинамическая обстановка). Реакторы смешения. Реакторы вытеснения. Перемешивание радиальное и осевое. Идеальные реакторы. Реальные реакторы. Степень идеальности. Модели идеальных аппаратов как фрагменты описания реальных реакторов.

Условия теплообмена в реакторе. Тепловые эффекты химических и физических процессов. Поля температур. Теплообмен. Тепловые режимы ХР: адиабатический, изотермический, с теплообменом.

Способ организации теплообмена в реакторе. Реакторы с внешним, внутренним и комбинированным теплообменом. Автотермические реакторы.

Фазовый состав реакционной смеси. Реакторы для газофазных и жидкофазных гомогенных процессов. ХР для гетерогенных процессов: газ – жидкость, газ – твердое вещество, жидкость – твердое вещество, для трехфазных систем и т.п.

Наличие катализа и способ введения катализатора.Гетерогенно-каталитические и гомогенно-каталитические процессы. Неподвижные и подвижные (флюидные) катализаторы.

Способ организации процесса. Способ и режим подвода реагентов и отвода продуктов. Периодические, непрерывные и непрерывно-циклические процессы.

Периодические. Загрузка, реакция, выгрузка. Производительность периодического реактора. Нестационарный режим.

Непрерывные (проточные).Время пребывания частиц потока в реакторе и степень превращения сырья. Зависимость степени превращения от функции распределения по времени пребывания отдельных частиц. Зависимость от характера перемешивания и структуры потоков. Разные типы потоков в одном реакторе.

Непрерывно-циклические. Причины такого построения ХТС. Вариантность.

Характер изменения параметров процесса во времени. Стационарный и нестационарный режим. Пуск и остановка. Параллельные реакторы. Стационарность как средство упрощения моделирования, автоматизации и управления. Нестационарные режимы как средство приближения к оптимальности.

Конструктивные характеристики. Емкостные реакторы (автоклавы, камеры, вертикальные и горизонтальные цилиндрические конверторы и т.п.). Колонные реакторы (колонны насадочного и тарельчатого типа; каталитические реакторы с неподвижным, движущимся и псевдоожиженным слоем катализатора; полочные реакторы). Реакторы-теплообменники. Реакторы – печи (шахтные, полочные, камерные, вращающиеся и т. д.).