Шнековые реакторы
Такие реакторы состоят из обогреваемого теплоизоляционного корпуса, шнека, привода его вращения. Эти реакторы используют для сред с вязкостью до 10Па·с при рабочей температуре 300 °С. На рис. 7 показана схема горизонтального двухшнекового реактора.
Рис. 7 Схема горизонтального двухшнекового реактора:
1 – корпус; 2 – шнеки; 3 – горизонтальный загрузочный шнек; 4 – штуцер для
дегазации; 5 – разгрузочный штуцер
Реактор состоит из корпуса с рубашкой 1, в котором вращаются два шнека 2, вертикального шнека-разгрузчика 3, дегазационного 4 и разгрузочного штуцера 5. Расплав форконденсата подается через загрузочное устройство в корпус реактора. Уровень расплава ниже диаметра шнека, поэтому нитки шнека постоянно выступают над его поверхностью, обеспечивая вакуумирование тонких слоев расплава. В
корпусе поддерживается глубокий вакуум, способствующий удалению низкомолекулярного вещества в процессе поликонденсации. Время пребывания реакционной массы в реакторе от 1 до 2,5 ч, средняя частота вращения шнеков 0,15…0,2 с, производительность реактора до 400 кг/ч.
Из других типов реакторов следует назвать реакторы, в которых проводится полимеризация в форме, в тонких слоях под действием радиационного и фотоизлучения, отверждение и вулканизация. Все эти процессы протекают без перемешивания в массе материала. Для них характерно фронтальное распределение зоны реакции по объему. Помимо основного оборудования в технике используются такие аппараты, как теплообменники, ректификационные колонны, центрифуги, сушилки, насосы, компрессоры и т. п., сведения о которых можно найти в книгах по процессам и аппаратам химической технологии.
Трубчатые турбулентные аппараты
К настоящему времени кинетические и гидродинамические методы анализа и расчетов промышленных реакторов развиты достаточно хорошо. Широко используются методы компьютерного расчета и моделирования. При этом, зная кинетические и гидродинамические параметры процессов и принципиальные особенности работы реакторов, можно рассчитать практически все характеристики процесса, предсказать эффективность работы аппаратов и потребительские свойства химической продукции.
Этот принцип достаточно хорошо описывает химические превращения, протекающие с низкими и средними скоростями, когда в аппаратах можно создавать поля, однородные по концентрации реагентов, и изотермические условия. В этом случае легко рассчитывать и воспроизводить в реальных условиях все характеристики химического процесса и управлять им.
Совершенно иная катртина имеет место при проведении быстрых процессов, протекающих с высокими скоростями (характериное сремя химической реакции составляет порядка 0,001-0,1 с) и значительно меньше времени, необходимого для гомогенизации реакционной смеси на микро- и макроуровнях. В этом случае процесс протекает в диффузионной области, лимитируемой скоростью подвода реагентов зону реакции, что требует спецефического подхода к аппаратурному оформлению технологической схемы в каждом конкретном случае. Значительные сложности возникают с отводом большого количества теплоты реакции, выделяемой при проведении экзотермических реакций. Такие процессы в современных производствах, где обычно используются стандартные объемные реакторы смешения, плохо управляемы, протекают в условиях, далеких от изотермических, и характеризуютя неоправданно высоким временем пребыванием реагентов в зоне реакции, заметным снижением общего выхода конечного продукта, повышенным содержанием побочных веществ, ухудшенным теплосъемом, а при полимеризации - нежелательными изменениями в молекулярной структуре полиме-ров с ухудшением эксплуатационных качеств продуктов на их основе. Неконтроли-руемый температурный режим реакции с мгновенным выделением общего коли-чества теплоты реакции в локальной области, имеющей существенно малые раз-меры, может приводить к непредсказуемым явлениям (мощным гидро- и пневмо-ударам, выбросам, тепловым взрывам и т.д.).
По этой причине используемые в промышленности для проведения быстрых про-цессов в жидкой фазе объемные реакторы непрерывного действия объемом 2-30м3 с интенсивным перемешиванием и развитой системой теплосьема нельзя приз-нать удачным и оптимальным решением указанных проблем. Значительное повыше-ние габаритов реактора по сравнению с размерами зоны реакции определяет много-кратное завышение времени пребывания реагентов в аппарате по сравнению с раз-мерами зоны реакции определяет многократное завышение времени пребывания реагентов в аппарате по сравнению с периодом протиекания химического процесса до требуемой конверсии исходных реагентов. В этом случае создаются предпосылки для протекания побочных реакций, что снижает селективность по отношению к основному процессу.
Использование реакторов идеального вытеснения непрерывного действия для этих целей также малоэффективно, поскольку, как правило, даже в относительно медленных химических реакциях реализовать изотермический режим в реакторах такого типа невозможно. Пактически все реакторы, используемые в промышлен-ности при технологическом оформлении быстрых химических процессов неэффек-тивны в работе. Качество получаемых продуктов далеко от оптимального, а процес-сы в целом несовершенны.
Характерными примерами быстрых химических реакций, реализованных в промышленности, являются катионная полимеризация изобутилена, его сополимеризация с изопреном, стирола, ионная полимеризация формальдегида, хлорирование олефинов и бутилкаучука и др.