40. Химический реактор как основной аппарат химического производства

Химический реактор — агрегат для проведения химических реакций объёмом от нескольких миллилитров до десятков кубометров. В зависимости от условий протекания реакций и технологических требований реакторы делятся: реакторы для реакций в гомогенных системах и в гетерогенных системах; реакторы низкого, среднего и высокого давления; реакторы низкотемпературные и высокотемпературные; реакторы периодического, полунепрерывного и непрерывного действия.

Цель работы реактора – выработка конечного продукта из исходных компонентов при соблюдении требований максимальной эффективности процесса:

Создание устойчивого и стабильного режима проведения реакции;

высокие энергетические показатели;

минимальная стоимость реактора;

простота работы и ремонта.

Существует две основные модели протекания реакций в реакторах: - Реактор идеального смешения - Реактор идеального вытеснения

Одной из задач разработки промышленного химико-технологического процесса является выбор типа, конструкции и расчет химического реактора — центрального аппарата в любой химико-технологической схеме, включающей целый ряд машин и аппаратов, соединенных меж­ду собой различными связями.

В технологической схеме химический реактор сопряжен с аппаратами подготовки сырья и аппаратами разделения реакционной смеси и очистки целевого продукта. Конструкция и режим работы химического реактора определяет эффективность и экономичность всего химико-технологического процесса.

Выбор конструкции и размеров химического реактора определяется скоростями протекающих в них процессов массо- и теплообмена и химических реакций. При этом задаются производительность установки, элементом которой является химический реактор, и степень превращения сырья.

Основным показателем работы реактора, свидетельствующим о его совершенстве и соответствии заданной цели, является интенсивность его.

41.Основные показатели работы хим.Реактора

Хим.реактор – аппарат, в кот протекает хим.процесс

Основ.показатели:

1)производительность – кол-во продукта,

2) интенсивность (J) = П/V

3) энергетические затраты на транспортировку материала и их перемешивание

4) управляемость и безопасность

5) стоимость изготовления реактора и его ремонта

6) устойчивость

42. Классификация химических реакторов и режимов их работы

Классификация реакторов:

по гидродинамической обстановке.

Реакторы смешения - это емкостные аппараты с перемешиванием механической мешалкой или циркуляционным насосом.

Реакторы вытеснения - трубчатые аппараты, имеющие вид удлиненного канала.

по условиям теплообмена.

При отсутствии теплообмена с окружающей средой химический ре­актор является адиабатическим. В нем вся теплота, выделя­ющаяся или поглощающаяся в результате химических процессов, расходуется на «внутренний» теплообмен на нагрев или охлажде­ние реакционной смеси.

Реактор называется изотермическим, если за счет тепло­обмена с окружающей средой в нем обеспечивается постоянство темпе­ратуры. В этом случае в любой точке реактора за счет теплообмена полностью компенсируется выделение или поглощение теплоты.

В реакторах с промежуточным тепловым режимом тепловой эффект химической реакции частично компенсируется за счет теплообмена с окружающей средой, а частично вызывает изме­нение температуры реакционной смеси.

Особо следует выделить автотермические реакторы, в которых поддержание необходимой температуры процесса осуществ­ляется только за счет теплоты химического процесса без использова­ния внешних источников энергии.

по фазовому составу реакционной смеси. Реакто­ры для проведения гомогенных процессов подразделяют на аппараты для газофазных и жидкофазных реакций. Аппараты для проведения гетерогенных процессов, в свою очередь, подразделяют на газожидко­стные реакторы, реакторы для процессов в системах газ – твердое вещество, жидкость - твердое вещество и др.

по способу организации процесса. По способу подвода реагентов и отвода продуктов реакторы подразделяют на периодические, непрерывно действующие и полупериодические.

В периодическом реакторе все стадии протекают последовательно, в разное время.

В проточном реакторе все стадии процесса химического превращения вещества осуществляются одновременно. Время пребывания отдельных частиц потока в непрерывнодействующем реакторе - случайная величина.

Реактор полупериодического действия характеризуется тем, что один из реагентов поступает в него непрерывно, а другой — периодически.

по характеру изменения параметров процесса во времени. Реакторы могут работать в стационарном и нестационарном режимах.

Рассмотрим некоторую точку, находящуюся внутри химического реактора. Режим работы реактора называют стационарным, если протекание химической реакции в выбранной точке характеризуется одинаковыми значениями кон­центраций реагентов или продуктов в любой момент времени.

Если в произвольно выбранной точке происходят изменения параметров химического процесса во времени по тому или иному закону режим работы реактора называют нестационарным.

по конструктивным характеристикам. По этому принципу можно выделить такие типы реакторов: емкостные реакторы; колонные реакторы; реакторы типа теплообменника; реакторы типа реакционной печи

43.Реакторы периодического и непрерывного действия. НЕПРЕРЫВНЫЕ И ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ в химической технологии. При периодич. процессах все стадии осуществляются последовательно в одном аппарате, при непрерывных процессах - одновременно в разных аппаратах. Известны также комбинир. процессы. К ним относятся непрерывные процессы, отдельные стадии к-рых проводятся периодически (полунепрерывные процессы), либо периодические процессы, когда нек-рые стадии протекают непрерывно (полупериодич. процессы). Т. наз. степень непрерывности процесса определяется отношением t/Dt, где t-время, необходимое для завершения всех стадий процесса от момента загрузки исходных материалов до выгрузки готовых продуктов; Dt-период процесса, т.е. время от начала загрузки исходных материалов данной партии до начала загрузки исходных материалов след. партии. Для периодических процессов Dt > 0, t/Dt < 1; для непрерывных процессов Dt  0, t/Dt . Движущая сила любого процесса -разность между предельным числовым значением к.-л. параметра и действительным его значением, напр. для хим. процессов-разность между равновесной а и рабочей х концентрациями к.-л.реагента.

Непрерывно действующие аппараты в зависимости от характера изменения параметров подразделяют на аппараты идеального вытеснения, идеального смешения и промежут. типа (осн. группа реально функционирующих пром. аппаратов). В аппаратах первого типа в ходе процесса концентрация реагента (а следовательно, и движущая сила) монотонно снижается (рис. 1,a); одновременно уменьшается скорость процесса, а также производительность аппарата; средняя движущая сила определяется как средняя логариф-мич. величина.

В аппарате идеального смешения концентрация изменяется практически мгновенно и движущая сила на протяжении всего процесса остается постоянной и равной своему конечному и, значит, наименьшему значению (рис. 1,б). В аппаратах периодич. действия движущая сила процесса и, следовательно, его скорость монотонно падают. Характер изменения концентрации в аппарате обусловливает не только скорость процесса и производительность единицы объема аппарата, но и селективность процесса. Так, если в результате взаимод. компонентов получается целевой продукт X, к-рый далее может превращаться в нежелат. продукты Y и Z, то кол-во X будет тем меньше, чем больше отличается характер изменения движущей силы в данном аппарате от характера ее изменения в аппаратах идеального вытеснения и периодич. действия. Осуществление процессов в аппаратах идеального смешения и промежут. типа (рис. 1,в) способствует образованию Y и Z и, т. обр., определяет в целом более низкую селективность, чем в аппаратах идеального вытеснения.