ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Конструктивные типы реакторов из "Процессы и аппараты химической промышленности" Рассматривая все многообразие реакторных устройств, применяемых в настоящее время в химической промышленности, можно сделать следующий вывод. Во всех реакторах происходят определенные физические процессы (гидродинамические, тепловые и диффузионные), с помощью которых создаются оптимальные условия проведения собственно химического превращения вещества (химической реакции). Для осуществления этих процессов в структуре реакторов есть типовые конструктивные элементы, широко применяемые в аппаратах для проведения собственно физических процессов (мешалки, контактные устройства, теплообменники и т. д.). Поэтому все химические реакторы можно рассматривать как комплексные аппараты, состоящие из известных конструктивных элементов, большинство из которых отдельно используется для проведения технологических операций, не сопровождающихся химическим превращением перерабатываемых веществ. Число таких конструктивных сочетаний, а значит, и типов реакторов очень велико, что объясняется многообразием и сложностью протекающих в них процессов химического превращения веществ [12—14]. [c.475] Однако для всех реакторов существуют общие принципы, на основе которых можно найти связь между конструкцией аппарата и основными закономерностями протекающего в нем химического процесса. [c.475] Критериями, по которым классифицируют реакционную аппаратуру, являются периодичность или непрерывность процесса, его гидродинамический и тепловой режимы, физические свойства взаимодействующих веществ. В зависимости от этих критериев химические реакторы делят на типы, которые рассматриваются ниже. [c.475] По организации процесса реакторы подразделяются на следующие три группы. [c.475] В реакторе периодического действия (рис. 17.1) все отдельные стадии процесса протекают последовательно, в разное время. Характер изменения концентрации реагирующих веществ одинаков во всех точках реакционного объема, но различен во времени для одной и той же точки объема. В таком аппарате продолжительность реакции можно измерить непосредственно, поскольку время реакции и время пребывания реагентов в реакционном объеме одинаковы. Параметры технологического процесса в периодическидействующем реакторе изменяются во времени. [c.475] Реакторы периодического действия малопроизводительны и плохо поддаются автоматическому контролю и регулированию. [c.476] В реакторе непрерывного действия (рис. 17.2) все отдельные стадии процесса химического превращения вещества (подача реагирующих веществ, химическая реакция, вывод готового продукта) осуществляются параллельно, одновременно. Характер изменения концентраций реагирующих веществ в реакционном объеме различен в каждый момент времени в разных точках объема аппарата, но постоянен во времени для одной и той же точки объема. Однако продолжительность реакции в реакторах непрерывного действия нельзя измерить непосредственно. В аппаратах непрерывного действия время реакции не может совпадать с временем пребывания реагентов, так как каждая элементарная частица вещества находится в реакционном объеме разное время и, следовательно, общее время пребывания зависит от характера распределения времени пребывания отдельных частиц. В общем случае оно зависит от интенсивности перемешивания, структуры потоков в аппарате и для каждого гидродинамического типа реактора индивидуально. [c.476] В непрерывнодействующих реакторах осуществляется большинство химических реакций на современных крупнотоннажных производствах. Эти реакторы высокопроизводительны, легко поддаются механизации обслуживания и автоматическому контролю и регулированию при управлении, в том числе с применением быстродействующих электронно-вычислительных машин. [c.477] Реакторы полупериодического действия используются на малотоннажных производствах, когда изменение скорости подачи реагентов позволяет регулировать скорость процесса, например при проведении экзотермических реакций. [c.477] По гидродинамическому режиму (или виду перемешивания) реакторы делят на три группы. [c.477] Реакторы идеального смешения (полного перемешивания)— аппараты, в которых потоки реагентов мгновенно и равномерно перемешиваются во всем реакционном объеме. Это значит, что состав и температуру реакционной смеси в таком аппарате можно считать одинаковыми во всем его объеме. Практически к реакторам этого типа могут быть отнесены аппараты небольшого объема с мешалками (при малой вязкости среды), проточно-циркуляционные аппараты при большой кратности циркуляции, аппараты с кипящим слоем и др. (рис. 17.4, 17.5). [c.477] Очень широко распространены реакторы с промежуточным гидродинамическим режимом. Наиболее часто отклонение от идеального режима перемешивания в реакционном объеме наблюдается, например, в аппаратах большого объема при небольшой скорости вращения мешалки, наличии внутренних теплообменных устройств, большой скорости подачи реагентов в аппарат непрерывного действия и т. д. В этих случаях возникают застойные зоны (объемы с малым перемешиванием или вообще без перемешивания), байпасные потоки в аппарате, а такжэ проскок потока без смешения через аппарат. [c.479] В химических реакторах изменение концентрации взаимодействующих веществ связано с продолжительностью химического процесса и временем пребывания реагирующих веществ в зоне реакции. Оно зависит от гидродинамического типа реактора и определяется в значительной степени его конструкцией. Поэтому в большинстве химических реакторов время пребывания отдельных элементов потока в реакционном объеме неодинаково. В связи с этим для расчета реактора не достаточно знания истинного времени химической реакции, полученного из ее кинетического уравнения. Для нахождения степени превращения при осуществлении химического процесса в реакторе требуется определение распределения времени пребывания реагирующих веществ в реакционном объеме и условий перемешивания в нем. [c.480] Величина /(х) йх будет иметь тот же физический смысл, что и йГ(х). [c.481] Функции распределения времени пребывания в реакторах с различным гидродинамическим режимом приведены в табл. 17.1. [c.481] Примером реакторов, работающих в адиабатическом тепловом режиме, могут служить реакторы для проведения процессов прямой гидратации этилена, дегидрирования бутиленов, пиролиза углеводородов. [c.483] В политропическом реакторе происходит внешний теплообмен, но не пропорционально тепловому эффекту реакции. Поэтому тепловой режим (изменение температуры в реакционном объеме) определяется не талько собственно тепловым эффектом процесса химического превращения вещества, но и в не меньшей степени теплотехническими и конструктивными факторами реакционной аппаратуры. [c.483] Подача теплоты может осуществляться через стенку, разделяющую охлаждающийся или нагревающийся потоки, или непосредственным их смешением. Схема теплообмена в реакторе может быть непрерывной (с размещением теплообменников внутри реакционного аппарата) или ступенчатой (теплообменные устройства выносятся из зоны реакции). [c.483] Г—газовая фаза Ж —жидкая фаза Т —твердая фаза. [c.485] В отдельную группу можно выделить реакторы для проведения контактно-каталитических процессов. [c.486] Вернуться к основной статье