14. Общие положения, понятие о химических реакторах, классификация химических реакторов: периодические, непрерывнодействующие и полупериодические реакторы.
Под химическим реактором подразумевают аппарат, в котором осуществляют химическую реакцию. Конструкция реактора и химический процесс, протекающий в нем оказывают важное влияние на технологию производства целевого продукта, прежде всего на стадии выделения целевого продукта.
Химические реакторы классифицируют по:
Тепловому режиму:
- изотермический режим (температура на входе, выходе и в самом реакторе одинакова);
- адиабатический режим (отсутствует теплообмен с окружающей средой);
- политропический режим.
В изотермическом реакторе поддерживается постоянная температура за счет циркуляции хладагента (теплоносителя), за счет испарения веществ, находящихся в реакторе.
В адиабатическом реакторе тепло выделяющееся или поглощающееся в результате химической реакции идет на нагрев (охлаждение) реакционной массы.
В политропическом режиме (смешанный тепловой режим) существуют зоны, где реализуется изотермический режим и зоны в адиабатическом режиме.
По гидродинамическому режиму (реакторы смешения, реакторы вытеснения).
Реакторы смешения – за счет эффективного перемешивания выравниваются концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции во всех точках объема реакционной массы.
Реакторы вытеснения называют также проточными реакторами. При эффективном перемешивающем устройстве и небольшом объеме реактора можно создать в нем режим идеального смешения.
По способу подвода исходных реагентов и отвода продуктов классифицируют:
1. Реакторы периодического действия - подвод и отвод осуществляется периодически.
2. Реакторы непрерывного действия – подвод и отвод осуществляется непрерывно.
3. Реакторы полунепрерывного действия - подвод осуществляется периодически, а отвод продуктов непрерывно.
4. Реакторы полупериодического действия – подвод сырья осуществляется непрерывно, а отвод продуктов периодически.
4) По конструкции: (аппараты емкостного типа, шахтного типа, колонного типа, типа котел (автоклав) и т. д.).
5) По стационарности процесса: (реактора стационарного типа, нестационарного типа).
В стационарных реакторах отсутствует градиент параметров во времени (реактора изотермического типа непрерывного действия).
К нестационарным реакторам относят реактора периодического действия.
Для гетерогенно-каталитических и топохимических процессов реактора классифицируют по движению твердой фазы (катализатора):
- с неподвижной твердой фазой;
- с движущейся твердой фазой (прямоток, противоток);
- реактора с кипящей твердой фазой (псевдоожиженный режим).
При расчете любого химического реактора используют уравнение материального баланса записанного в виде мольного потока i-го исходного реагента:
-
количество i-го
исходного реагента, поступающего в
элементарный объем реактора в единицу
времени;
-
количество вещества, выходящего из
элементарного объема реактора в единицу
времени;
-
количество i-го
исходного реагента накапливаемого в
элементарном объеме реактора;
-
количество i-го
исходного реагента, вступившего в
реакцию.