1.4 Апарати ідеального витіснення, ідеального змішування і проміжного типу
Реактори ідеального витіснення (рис. 2). Реактор ідеального витіснення характеризується змінною концентрацією реагуючих речовин по довжині апарату, найбільшою різницею концентрацій на вході і виході з реактора і, отже, найбільшою середньою рушійною силою процесу.
а) однотрубний реактор; б) багатотрубний реактор.
Рис. 2 - Реактори ідеального витіснення.
Зміна концентрації в реакційному об'ємі носить плавний характер, оскільки подальші реакційні об'єми реагуючих речовин не змішуються з попереднім, а повністю витісняються.
Практично до режиму ідеального витіснення можна наблизитися в реакторі з малим діаметром і великою довжиною при високих швидкостях руху реагуючих речовин. Реактори ідеального витіснення знаходять широке застосування для проведення як гомогенних, так і гетерогенних каталітичних процесів (наприклад, окислення NO в NO2, SO2 в SO3, синтезу аміаку і метилового спирту, хлорування етилену, сульфування пропилену і бутилену і так далі).
Реактори ідеального змішування (рис. 3). Реактор повного змішування зазвичай забезпечений перемішуючим пристроєм і характеризується постійністю концентрації реагуючих речовин у всьому об'ємі реактора в даний момент часу, внаслідок практично миттєвого змішування реагуючих речовин в реакційному об'ємі.
Тому зміна концентрації реагуючих речовин на вході в реактор носить стрибкоподібний характер. Середня рушійна сила процесу в такому апараті буде менша, ніж в апараті повного витіснення.
Реактори цього типу найширше застосовуються для проведення таких процесів, як нітрування, сульфування, полімеризація і так далі
В деяких випадках процес хімічного перетворення речовини проводиться не в одному апараті змішування, а в декількох таких апаратах, сполучених|з'єднаних| послідовно. Така система, що складається в деяких випадках з 20 і більш апаратів, отримала|одержувала| назву каскаду реакторів (рис. 3 д|). У каскаді реакторів зміна концентрації реагуючих речовин носить ступінчастий|східчастий| характер|вдача|, оскільки|тому що| продукт реакції попереднього апарату є|з'являється| початковою|вихідною| реагуючою речовиною в подальшому|наступному| апараті.
а) одноступінчатий апарат; б) характер зміни концентрації в одноступінчатому апараті; в) багатосекційний горизонтальний апарат; г) вертикальний багатоступінчатий апарат; д) батарея апаратів змішування; е) характер зміни концентрації в багатоступінчатому апараті.
Рис. 3 - Реактори ідеального змішування.
Гідродинамічний режим роботи каскаду реакторів є проміжним і залежить від числа апаратів; із збільшенням числа реакторів в каскаді він наближається до режиму витіснення, а при зменшенні до режиму змішування.
У каскаді збільшується час перебуванняя реагуючих речовин в порівнянні з одним реактором змішування, а також зростає вихід продукту реакції в порівнянні з реактором витіснення.
Реактор проміжного типу. У реакторі проміжного типу не можна здійснювати повністю жоден з перерахованих вище гідродинамічних режимів руху реагуючих речовин. Середня рушійна сила процесу в такому апараті більша, ніж в апараті повного змішування, але менше, ніж в апараті повного витіснення. Слід зазначити, що значна частина реакційної хімічної апаратури працює саме в цьому гідродинамічному режимі.
Реактори проміжного типу застосовують в тих випадках, коли процес хімічного перетворення речовини супроводжується великим тепловим ефектом або протікає при високих концентраціях реагуючих речовин, а також у разі, коли одна з реагуючих речовин має низьку швидкість розчинення в реакційній суміші.