Типы химических реакторов реферат

Обновлено: 05.07.2024

1. Введение. Классификация реакторов. Элементы теории химических реакторов.

2. Аппараты для гомогенных реакций. Реакторы для проведения гомогенных жидкостных и эмульсионных реакций. Конструктивное оформление, условия их работы.

3. Перемешивающие устройства.

4. Конструкции теплообменных устройств в зависимости от объема реактора и величины теплового эффекта.

5. Аппараты для высокотемпературных некаталитических газовых реакций.

1. Введение. Классификация реакторов. Элементы теории химических реакторов

Химическими реакторами или реакционными аппаратами называют устройства для проведения химических реакций с целью получения определенных веществ.

Промышленные химические реакторы отличаются большим конструктивным разнообразием. На конструкцию химического реактора и связанного с ним оборудования для физических процессов решающим образом влияет характер проводимой в нем реакции. Приведем примеры:

1) реакция протекает с достаточной скоростью лишь при высоких температуре и давлении – реактор в виде цилиндра с толстыми стенками, в технологическую схему включаются машины и аппараты для сжатия и нагревания газовой реакционной смеси;

2) реакция протекает на катализаторе – применяются аппараты для тщательной очистки реакционной смеси от веществ, отравляющих катализатор;

3) реакция обратима и, следовательно, протекает не полностью – применяется аппаратура для непрерывного выделения продукта из циркулирующей в системе реакционной смеси и возвращения непрореагировавших веществ в реактор (например, синтез аммиака).

Однако это не означает, что конструкция реактора целиком определяется характером реакции и свойствами реагирующих веществ. Одну и ту же реакцию можно проводить в реакторах различных конструкций. Во многих случаях применение нового более совершенного реактора позволяет провести реакцию быстрее, с большим выходом целевого продукта и меньшим выходом побочных продуктов, например созданием лучшего температурного или гидравлического режима в аппарате, более высокого давления. Это, в свою очередь, отражается на работе и конструктивных особенностях обслуживающего реактор тепло- и массообменного оборудования.

В зависимости от формы реактора, наличия или отсутствия перемешивающих устройств, вязкости и плотности реакционной смеси в реакторе могут создаваться различные гидравлические условия, от которых существенно зависит течение реакции.

Используют два типа проточных, т. е. непрерывного действия, реакторов с существенно различными гидравлическими условиями – кубовый (реактор смешения) и трубчатый (реактор вытеснения). Кубовый реактор представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд высотой, как правило, 1–2 диаметра, снабженный вращающейся мешалкой, установленной на вертикальном валу, и штуцерами для подвода реагентов и отвода продуктов реакции. Такой аппарат используют для проведения реакций в жидкой среде. При интенсивной работе мешалки условия в нем близки к идеальному (или полному) смешению и характеризуются постоянством концентраций реагирующих веществ и температуры по всему объему реактора.

Трубчатые проточные реакторы, в отличие от кубовых, не имеют перемешивающих устройств, в них перемешивание среды сведено к минимуму. Приближенной теоретической моделью такого аппарата является реактор идеального вытеснения, в котором среда движется с постоянной скоростью подобно поршню. Отсутствие перемешивания и поступательное (поршневое) течение среды определяют одинаковое время пребывания различных частиц или элементарных объемов реакционной смеси в таком аппарате. Концентрация веществ, участвующих в реакции, плавно изменяется по длине аппарата, и это изменение обусловлено только реакцией. В таком аппарате не происходит разбавления поступающих в него исходных веществ продуктами реакции.

Конструкция реактора зависит еще от многих факторов, таких как агрегатное состояние реагирующих и образующих веществ, теплового эффекта и интенсивности теплообмена, химических свойств перерабатывающих веществ, наличия катализатора и его состояния. Поскольку один и тот же реактор может попасть в разные квалификационные группы, нет четкой классификации реакторов. Поэтому часто используют классификацию реакторов по смешанным признакам. Так, при рассмотрении конструкций реакторов удобна классификация по двум признакам – агрегатному состоянию реагентов и наличию катализатора. При таком подходе все химические реакторы можно подразделить на следующие большие группы:

- аппараты для жидкостных реакций;

- аппараты для проведения реакций между газом и твердым телом;

- аппараты для проведения газовых реакций на твердом катализаторе;

Газожидкостные реакторы

Для протекания газожидкостной реакции необходим контакт газа и жидкости. В большинстве случаев реакция протекает в жидкой фазе, в которую должен вводиться реагирующий компонент газовой смеси; поэтому газожидкостные реакции всегда сопровождаются межфазным массообменом. В некоторых случаях одни стадии процесса протекают в жидкой фазе, другие – в газовой, например в производстве азотной кислоты. В абсорбционно-окислительной колонне происходит следующая цепочка процессов: абсорбция диоксида азота жидкостью – реакция диоксида азота с водой с образованием азотной и азотистой кислот – разложение азотистой кислоты с образованием моноксида азота – десорбция моноксида азота в газовую фазу – окисление моноксида азота в диоксид, причем окисление моноксида азота происходит в газовой фазе, остальные реакции – в жидкой; необходимые стадии процесса также абсорбция и десорбция. Все эти процессы проводят одновременно в одном аппарате.

Газожидкостные реакторы конструктивно сходны с абсорберами в связи с необходимостью межфазного массопереноса. Как и при абсорбции, применяют, например, насадочные колонны и аппараты с барботажными тарелками. Однако реакции сопровождаются значительно большим тепловым эффектом, чем физическая абсорбция, поэтому реакторы, в отличие от абсорберов, всегда снабжают теплообменными элементами. Кроме того, при малой скорости реакции объем жидкости, находящейся в аппарате, должен быть значительно больше, чем для абсорбции, при которой важна лишь площадь межфазной поверхности. Объем аппарата должен обеспечивать достаточное время проведения реакции, необходимое для достижения заданной степени превращения.

Для интенсификации медленных и быстрых реакций различные методы. При проведении быстрых реакций, течение которых лимитирует массообменная стадия, производительность аппарата можно увеличить обеспечением хороших условий массопередачи: увеличением межфазной поверхности, интенсивности перемешивания или относительной скорости фаз. При проведении медленных реакций, лимитируемых реакционной способностью веществ, достаточно ускорить воздействием на кинетические факторы, например увеличением концентраций реагирующих веществ, повышением температуры или применением более активного катализатора. Концентрации веществ в газовой фазе можно увеличить, например, повышением давления в аппарате.

Реакции с участием газа и твердого вещества также сопровождаются массопереносом, но он происходит в пределах одной газовой фазы и заключается в подводе реагирующих веществ из ядра потока газа к поверхности твердого вещества, на которой протекает реакция, и отводе продуктов реакции в обратном направлении. Твердое вещество может быть либо одним из реагентов, либо катализатором. В обоих случаях на скорость процесса существенно влияет площадь поверхности частиц (гранул) твердого вещества. Для ее увеличения твердое вещество либо дробят на мелкие частицы, либо используют в виде мелкопористых гранул.

В качестве примеров газожидкостных реакции можно привести производство уксусного альдегида гидратацией ацетилена, алкилирование бензола пропиленом, окисление изопропилбензола кислородом воздуха. Главные требования к газожидкостным реакторам – создание условий для их межфазного контакта и оптимального теплового режима процесса, так как газожидкостные реакции всегда сопровождаются межфазным массообменном, а скорость их зависит от температуры.

Реакторы с мешалками обычного типа для проведения процессов с участием газа и жидкости применяют довольно редко объясняется тем, что при использовании мешалок обычного типа в таких аппаратах не достигается достаточный контакт газа с жидкостью, затрудняются условия для теплообмена, а также организация непрерывного процесса. Следует отметить, что наличие движущихся частей в аппаратах, работающих с газом или aгpecсивными жидкостями, весьма нежелательно.

Реакторы с механической мешалкой используют главным образом для процессов получения аэрозолей или для абсорбции отходящих промышленных газов с очень небольшой концентрацией абсорбируемого вещества (например, моноксида азота).

В качестве примера можно привести весьма оригинальную конструкцию реактора-турбоабсорбера (рис. 2.1).

Рисунок 2.1 – Реактор-турбоабсорбер

Газ поступает через входной патрубок 2 в трубу 1, снабженную в нижней части неподвижным диском 5 с концентрическими кольцами. На валу 7 установлен вращающийся диск 4, образующий с диском 5 лабиринтный канал. Под действием центробежных сил возникает радиальный поток газожидкостной смеси, направленный к периферии аппарата. Затем этот поток расслаивается в отстойной части 3 аппарата. Прореагировавший газ удаляется из верхней части аппарата, а жидкость постоянно циркулирует внутри нeгo. Теплообмен обеспечивают встроенные теплообменные элементы 6 (трубки Фильда).

Реакторы с механическим распылением жидкости. Развитую поверхность контакта между газом и жидкостью можно получить распылением жидкости различными распылителями, форсунками или вращающимися дисками. На рис. 2.2 приведена схема реактора с механическим распылением жидкости, применяемого в производстве этилового спирта сернокислотным методом.

Рисунок 2.2 – Реактор с вращающимися дисками

Реактор представляет собой горизонтальный цилиндрический корпус 1, по оси которого установлен ротор, состоящий из вала 2 с дисками 3. Аппарат примерно на одну треть заполнен жидкостью, которая при быстром вращении дисков дробится на мельчайшие капли; последние образуют густой туман, заполняющий весь объем реактора. Через этот туман проходит газ. Создаваемая в реакторе развитая межфазная поверхность и энергичное перемешивание способствуют интенсивному массообмену между газом и жидкостью.

В аппарате создаются хорошие условия для быстрых реакций, протекающих в диффузионной области. Благоприятны также и условия теплоотдачи от реагирующих веществ к стенкам реактора, через которые отводится (или подводится) теплота с помощью рубашки 4. Чаще такие реакторы выполняют периодически действующими. К недостаткам этого аппарата можно отнести наличие сальников (набивка которых быстро разрушается, особенно при работе с коррозионными веществами), движущихся частей, требующих ухода и ремонта, значительный расход энергии.

Для медленных реакций, протекающих обычно в кинетической области, аппараты этого типа использовать нецелесообразно.

Реакционные аппараты колонного типа с насадкой или тарелками. В качестве газожидкостных реакторов часто применяют насадочные или тарельчатые колонны, используемые для процессов абсорбции. Если жидкость является катализатором, эти аппараты отличаются от абсорберов тем, что жидкость циркулирует в системе по замкнутому контуру. Насадочные колонны просты по устройству. И обеспечивают большую поверхность контакта реагирующих газа и жидкости даже в небольшом объеме. Жидкость стекает по поверхности насадки в виде тонкой пленки, а газ движется противотоком. Их гидравлическое сопротивление невелико и, следовательно, расход энергии на перемещение газов незначителен. Колонны изготовляют обычно из стали с дополнительным покрытием из материала, стойкого к коррозионному действию рабочей среды. Применяют также колонны из чугуна, керамики (в производстве серной кислоты), футерованные графитом или кислотоупорным кирпичом.

Насадочные колонные аппараты, как и механические, мало пригодны для проведения процессов, протекающих в кинетической области, поскольку одновременно используется не весь объем жидкого peaгeнтa или катализатора, а лишь сравнительно небольшая его часть. Основная часть находится в системе циркуляции и в сборнике. В этом отношении предпочтительнее тарельчатые колонны, так как в них нет циркуляции основной массы жидкости. Необходимый объем жидкости в реакторе можно обеспечить регулированием уровня жидкости на тарелках реактора, например, переливными устройствами. При этом достигается хороший контакт газа с жидкостью.

Тарельчатая колонна-реактор для проведения медленных реакций существенно отличается от колонны-абсорбера тем, что толщина слоя жидкости на тарелке значительно больше. Примером может служить колонна для окисления изопропилбензола (рис. 2.3). Колонна имеет тарелки 1 с капсульными колпачками 2, снабженные переливными устройствами 3, которые обеспечивают толщину слоя жидкости на тарелке около 1 м. Для отвода теплоты реакции в жидкость погружены теплообменные элементы 4 из U-образных труб. Жидкость поступает в колонну сверху, движется по переливным устройствам 3 с тарелки на тарелку и удаляется из нижней части колонны. Газ поступает в нижнюю часть колонны, последовательно проходит противотоком к жидкости через тарелки и удаляется из верхней части аппарата.

Рис. 2.3 - Колонна для окисления изопропилбензола

Реакционные аппараты барботажноrо типа – простые и распространенные аппараты для газожидкостных реакций. В них газ проходит пузырьками через слой жидкости. В большинстве случаев такой реактор представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд или колонну, заполненные жидкостью и имеющие в нижней части барботер. Последний часто выполняют в виде согнутой в кольцо трубы, снабженной мелкими отверстиями. Газ подается внутрь трубы и, выходя из отверстий в виде пузырьков, поднимается в слое жидкости. В пространстве над поверхностью жидкости (в отстойной камере) газ перед выходом из аппарата освобождается от брызг и капель. Для более полного их отделения отстойную камеру часто выполняют расширенной или дополнительно устанавливают выносную отстойную камеру. Для поддержания заданной температуры в большинстве случаев аппарат снабжают рубашкой, реже используют встроенные или выносные теплообменники.

Такие аппараты особенно пригодны для проведения медленных реакций, протекающих в кинетической области, т.е. для большей части реакций между органическими веществами. В них обеспечивается хороший контакт фаз и достаточное перемешивание, необходимое для равномерного течения реакции в объеме. Недостатки – большое гидравлическое сопротивление и необходимость нагрева больших масс жидкости при пуске аппарата.

Рис. 2.4 - Барботажный кожухотрубчатый реактор

На рис. 2.4 показан барботажный кожухотрубчатый реактор для проведения реакций с большим тепловым эффектом. По конструкции он представляет собой кожухотрубчатый теплообменник с центральной циркуляционной трубой 3. Удлиненные нижние концы трубок 4, Haходящиеся под трубной решеткой 5, имеют боковые отверстия а, расположенные во всех трубах на одном уровне. Трубное пространство аппарата заполнено жидкостью до уровня сливного штуцера 2 в верхней крышке. Жидкость непрерывно подается в нижнюю крышку через штуцер 7. Газ поступает в реактор по штуцеру 8 и по кольцевому каналу, образованному стен кой нижней крышки и кольцевой перегородкой 6, распределяется по периметру аппарата. Слой газа под нижней трубной решеткой нарастает до тех пор, пока не достигнет уровня отверстий в трубках. Сквозь них газ поступает в трубки 4, образуя пузырьки, поднимающиеся вверх и увлекающие за собой жидкость (по принципу газлифта).

Газ отводится из верхней крышки реактора через штуцер 1, а жидкость возвращается вниз по циркуляционной трубе. Постепенно часть жидкости сливается из реактора через штуцер 2. В межтрубное пространство реактора в зависимости от теплового эффекта реакции подается теплоноситель или хладагент. Реактор отличается значительной равномерностью распределения газа в жидкости, большим отношением теплопередающей поверхности к объему реагирующих веществ и достаточно высокими коэффициентами теплоотдачи. Для использования преимуществ секционирования и противотока ряд таких аппаратов можно объединить в одну колонну.

Пенные аппараты. В отличие от реакторов барботажного типа в пенных аппаратах пузырьки газа поступают в жидкость с большой скоростью. В результате реакционная масса интенсивно перемешивается и образуется динамическая пена. Такая пенная система характеризуется малым диффузионным сопротивлением. В связи с этим пенные аппараты эффективны лишь для проведения быстрых реакций. Для медленных реакций, протекающих в жидкой фазе, они непригодны из-за крайне малого объема жидкости в аппарате.

Рис. 2.5 - Схема трехполочного пенного аппарата

На рис. 2.5 дана схема трехполочного пенного аппарата. Аппарат состоит из металлического корпуса 1 прямоугольного или круглого сечения, внутри которого на равных расстояниях расположены перфорированные тарелки-решетки 4, снабженные сливными порогами 2. С тарелки на тарелку жидкость переливается через переливные устройства 3, которые должны иметь достаточную площадь сечения, чтобы быстро выделяющийся из разрушающейся пены газ не создавал газовых пробок и не препятствовал переливу. Газ поступает в аппарат снизу и проходит последовательно через все решетки, по которым сверху вниз перемещается жидкость, подаваемая на верхнюю решетку. Слой жидкости на тарелках зависит от высоты порогов 2.

Для проведения реакций, протекающих в диффузионной области, используют также реакторы типа газлифта, предназначенные для подъема жидкостей. Реакторы этого типа применяют, например, для хлорирования этилена.

На рис. 2.6 показан промышленный реактор (для жидкофазного окисления алкилбензолов) типа газлифта с циркуляционным контуром. Подъемные трубы 5 расположены вокруг центральной циркуляционной трубы 4 по окружности.

Рисунок 2.6 – Реактор с циркуляционным контуром

В каждую подъемную трубу через барботер 7 подается газ. Всплывая в жидкости, заполняющей трубу, пузырьки газа увлекают жидкость вверх. Это обеспечивает циркуляцию жидкости (как в рассмотренном барботажном кожухотрубчатом реакторе). Для отвода (или подвода) теплоты на подъемных трубах предусмотрены теплообменные элементы в виде рубашек 6. Аппарат работает непрерывно. Штуцер 2 для выхода продукта располагается выше штуцера 3 для ввода сырья. Разделение газа и жидкости происходит в сепараторе 1.

Человечество давно пользуется искусственными химическими веществами и материалами, для получения которых применяют специальные аппараты и оборудование. Конструкции химических реакторов весьма разнообразны и должны отвечать определенным требованиям для того, чтобы продукт получался с максимальной производительностью, высокого качества, минимальными затратами исходных веществ, энергии и труда.

Для создания реактора оптимальной конструкции необходимы, как говорят, исходные данные. В первую очередь следует знать кинетику химической реакции, то есть информацию об основной реакции, приводящей к целевому продукту, и о побочных процессах, приводящих к нерациональному расходу сырья и образованию ненужных, а иногда и вредных веществ (кинетика — наука о скоростях химических реакций). Далее требуются данные о теплоте, выделяющейся или поглощаемой в ходе реакции, и о предельной, возможной степени превращения исходных веществ в продукты. На эти вопросы отвечает химическая термодинамика. Поскольку для осуществления реакции молекулы исходных реагентов должны встретиться друг с другом, реакционную систему необходимо хорошо перемешивать. Эффективность смешения зависит от вязкостей компонентов, взаимной растворимости исходных веществ и продуктов, скоростей потоков, геометрии реактора и различного рода устройств ввода реагентов. Этими вопросами занимается наука, называемая гидродинамикой. Протекание химической реакции также влияет на смешение. Это изучает химическая гидродинамика. Наконец, температурный режим в реакторе следует поддерживать в соответствии с требованиями кинетики, чтобы оптимизировать скорости реакции и выход целевого и побочных продуктов. Наука, которая занимается описанием химических реакций с учетом процессов массо- и теплопереноса, получила название макрокинетика (макроскопическая кинетика). Этот термин предложил известный отечественный ученый Д.А. Франк-Каменецкий.

Таким образом, в общем виде задача расчета химического реактора чрезвычайно сложна. Однако проблему можно значительно упростить, используя некоторые предельные модели.

Основные модели химических реакторов

Реактор идеального смешения периодического действия (РИСПД). Кастрюля с борщом, стоящая на огне, — пример химического реактора идеального смешения периодического действия. Хороший повар знает, сколько времени варить борщ, чтобы он был вкусным. Одна из важнейших характеристик процесса — время пребывания реакционной смеси в реакторе, которое должно быть согласовано с кинетикой основной химической реакции. Если время меньше необходимого, будет мал выход продукта. Если время пребывания слишком велико, могут пойти нежелательные побочные реакции. Предположим, что интересующий нас целевой продукт является промежуточным в серии последовательных реакций. Например, получим монохлорбензол, используя в качестве исходных реагентов бензол и хлор. Схематически реакцию можно представить в виде

C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCl,

C6H5Cl + Cl2 → C6H4Cl2 + HCl,

C6H4Cl2 + Cl2 → C6H3Cl3 + HCl

В этом случае количество монохлорбензола (целевой продукт) проходит через максимум от времени, и время пребывания должно соответствовать этому максимуму.

Вторая важная характеристика такого реактора — эффективность смешения. В промышленности существуют различные методы смешения реагентов и перемешивания реакционной смеси. Чаще всего для этих целей используют вращающиеся мешалки различной конфигурации. Каждый реактор со своим перемешивающим устройством можно охарактеризовать некоторым средним временем смешения τсм. Измерить τсм можно следующим образом. В какое-то место реактора вводится окрашенное вещество (индикатор). Затем, отбирая пробы в разных точках, определяют, за какое время весь объем реактора станет равномерно окрашенным. Реактор идеального смешения — это такой реактор, в котором выполняется условие

Химический реактор – основной элемент аппаратурного оформления любой технологической схемы. В нем протекают как химические, так и физические процессы; вместе с тем при его расчете и конструировании необходимо учитывать механические факторы. Поэтому искусство проектирования, конструирования и экономичного управления реактором сводится к синтезу принципов химии, физики, механики и экономики.

Содержание

Введение 3
1 Химические реакторы 5
1.1 Классификация химических реакторов и режимов их работы 5
2 Реактор идеального смешения непрерывного действия 12
3 Реактор идеального вытеснения 15
4 Реакторы идеального смешения периодического действия 18
5 Последовательные и параллельные схемы реакторов 20
5.1 Каскад реакторов 20
5.2 Графический метод расчета 24
5.3 Аналитический метод расчета 26
6 Сравнение эффективности проточных реакторов идеального смешения и идеального вытеснения 28
Выводы 31
Список использованных источников

Работа содержит 1 файл

Реакторы.doc

Федеральное агентство по образованию

Тверской государственный технический университет

Кафедра общей химической технологии

Реферат по общей химической технологии

Выполнила: Светогорова Д. А.

Проверил: Смирнов Ю.Н.

1 Химические реакторы 5

1.1 Классификация химических реакторов и режимов их работы 5

2 Реактор идеального смешения непрерывного действия 12

3 Реактор идеального вытеснения 15

4 Реакторы идеального смешения периодического действия 18

5 Последовательные и параллельные схемы реакторов 20

5.1 Каскад реакторов 20

5.2 Графический метод расчета 24

5.3 Аналитический метод расчета 26

6 Сравнение эффективности проточных реакторов идеального смешения и идеального вытеснения 28

Список использованных источников 32

Физические процессы достаточно полно охватываются сложившимися разделами химической технологии; в отличие от систематизации химических реакторов, систематизация физических процессов близка к совершенству. Классификация процессов по чисто химическим признакам (окисление, гидрирование и т.п.) имеет некоторые преимущества для технологии органических веществ. Она, однако, неудобна для систематического изучения химических реакторов, поскольку другие факторы, такие, как тепловые эффекты и условия перемешивания и диспергирования, в равной степени определяют работу реактора.

Для процесса, который предстоит внедрить в промышленность или усовершенствовать в ходе эксплуатации, химические исследования дают информацию об условиях равновесия, скоростях основных и побочных реакций, влиянии тепла и примесей на результат процесса, поведении катализаторов и т.п. Когда такие сведения уже собраны в более или менее полной форме, инженеру необходимо получить ответ на следующие вопросы:

1. Какой способ производства следует принять?

2. Какой тип реактора наиболее удобен?

3. Каковы должны быть размеры реактора?

процессы с учетом движения потоков в реакторах, тепловых эффектов реакции, условий перемешивания реакционной смеси и экономических требований. Вместе с тем, для проектирования или усовершенствования промышленного реактора необходимо получить дополнительную информацию более конкретного характера. Речь идет не только о химических и физико-химических данных, но и о данных по конструкционным материалам: их коррозии, прочности и стоимости [1].

1 Химические реакторы

Химическим реактором называется аппарат, в котором осуществляются химико-технологические процессы, сочетающие химические реакции с массопереносом.

Основные требования к промышленным реакторам:

– максимальная производительность и интенсивность работы;

– высокий выход продукта и наибольшая селективность процесса;

– минимальные энергетические затраты на перемешивание и транспортировку материалов через реактор;

– легкая управляемость, устойчивость режима и безопасность работы;

– низкая стоимость изготовления реактора и ремонта его.

Наиболее важными характеристиками работы любого химического реактора являются способ подвода и отвода реагентов, гидродинамическая обстановка и перемешивание реагентов, температурный режим [1].

1.1 Классификация химических реакторов и режимов их работы

Химические реакторы для проведения различных процессов отличаются друг от друга по конструктивным особенностям, размеру, внешнему виду. Однако несмотря на существующие различия можно выделить общие признаки классификации реакторов, облегчающие систематизацию сведений о них, составление математического описания и выбор метода расчета.

Наиболее употребимы следующие признаки классификации химических реакторов и режимов их работы: 1) режим движения реакционной среды (гидродинамическая обстановка в реакторе); 2) условия теплообмена в реакторе;
3) фазовый состав реакционной смеси; 4) способ организации процесса; 5) характер изменения параметров процесса во времени; 6) конструктивные характеристики.

Классификация реакторов по гидродинамической обстановке. В зависимости от гидродинамической обстановки можно разделить все реакторы на реакторы смешения и вытеснения.

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

Реакторы вытеснения – трубчатые аппараты, имеющие вид удлиненного канала. В трубчатых реакторах перемешивание имеет локальный характер и вызывается неравномерностью распределения скорости потока и ее флуктуациями, а также завихрениями.

В теории химических реакторов обычно сначала рассматривают два идеальных аппарата – реактор идеального, или полного, смешения и реактор идеального, или полного, вытеснения.

Для идеального смешения характерно абсолютно полное выравнивание всех характеризующих реакцию параметров по объему реактора.

Идеальное вытеснение предполагает, что любое количество реагентов и продуктов через реактор перемещается как твердый поршень, и по длине реактора (в пространстве) в соответствии с особенностями реакции и сопровождающих ее физических явлений устанавливается определенное распределение концентраций участников реакции, температуры и других параметров.

Реальные реакторы в большей или меньшей степени приближаются к модели идеального вытеснения или идеального смещения. Внесение определенных поправок на неидеальность позволяет использовать модели идеальных аппаратов в качестве исходных для описания реальных реакторов.

Классификация по условиям теплообмена. Протекающие в реакторах химические реакции сопровождаются тепловыми эффектами (это тепловые эффекты химических реакций и сопровождающих их физических явлений, таких, например, как процессы растворения, кристаллизации, испарения и т.п.). Вследствие выделения или поглощения теплоты изменяется температура и возникает разность температур между реактором и окружающей средой, а в определенных случаях – температурный градиент внутри реактора. Разность температур ΔТ является движущей силой теплообмена.

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. Обычно стремятся к тому, чтобы химические реакторы, особенно применяемые в крупнотоннажных производствах, были автотермическими.

Классификация 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. Особо следует выделить реакторы для проведения гетерогенно-каталитических процессов.

Классификация по способу организации процесса. По способу организации процесса (способу подвода реагентов и отвода продуктов) реакторы подразделяют на периодические, непрерывнодействующие и полунепрерывные (полупериодические).

В реакторе периодического действия все отдельные стадии протекают последовательно, в разное время. Все реагенты вводят в аппарат до начала реакции, а смесь продуктов отводят после окончания процесса. Продолжительность реакции можно измерить непосредственно, так как время реакции и время пребывания реагентов в реакционном объеме одинаковы. Параметры технологического процесса в периодически действующем реакторе изменяются во времени.

Между отдельными реакционными циклами в периодическом реакторе необходимо осуществить вспомогательные операции – загрузку реагентов и выгрузку продуктов. Поскольку во время этих вспомогательных операций не может быть получено дополнительное количество продукта, их наличие обусловливает снижение производительности периодического реактора.

В реакторе непрерывного действия (проточном) все отдельные стадии процесса химического превращения вещества (подача реагирующих веществ, химическая реакция, вывод готового продукта) осуществляются параллельно, одновременно и, следовательно, непроизводительные затраты времени на операции загрузки и выгрузки отсутствуют. Поэтому на современных крупнотоннажных химических производствах, где требуется высокая производительность реакционного оборудования, большинство химических реакций осуществляют в непрерывнодействующих реакторах.

Время пребывания отдельных частиц потока в непрерывнодейст-вующем реакторе, в общем случае, – случайная величина. Так как от времени, в течение которого происходит реакция, зависит глубина химического превращения, то она будет разной для частиц с разным временем пребывания в реакторе. Средняя глубина превращения определяется видом функции распределения времени пребывания отдельных частиц, зависящим, в свою очередь, от характера перемешивания, структуры потоков в аппарате и для каждого гидродинамического типа реактора индивидуальным.

Реактор полунепрерывного (полупериодического) действия характеризуется тем, что один из реагентов поступает в него непрерывно, а другой – периодически. Возможны варианты, когда реагенты поступают в реактор периодически, а продукты реакции выводятся непрерывно или наоборот.

Классификация по характеру изменения параметров процесса во времени. В зависимости от характера изменения параметров процесса во времени одни и те же реакторы могут работать в стационарном и нестационарном режимах.

Рассмотрим некоторую произвольную точку, находящуюся внутри химического реактора. Режим работы реактора называют стационарным, если протекание химической реакции в произвольно выбранной точке характеризуется одинаковыми значениями концентраций реагентов или продуктов, температуры, скорости и других параметров процесса в любой момент времени. В стационарном режиме параметры потока на выходе из реактора не зависят от времени. Обычно это постоянство выходных параметров обеспечивается постоянством во времени параметров на входе в реактор.

Если в произвольно выбранной точке происходят изменения параметров химического процесса во времени по тому или иному закону, режим работы реактора называют нестационарным. Нестационарный режим является более общим. Стационарный режим возможен для непрерывнодействующих проточных реакторов. Но даже эти реакторы работают в нестационарном режиме в моменты их пуска и остановки. Нестационарными являются все периодические процессы.

Нестационарные реакторы характеризуются положительным или отрицательным накоплением вещества или энергии в реакторе. Например, для периодического реактора характерно положительное накопление продуктов реакции и отрицательное накопление (убыль) исходных реагентов. При протекании в таком реакторе экзотермической реакции в отсутствие теплообмена с окружающей средой будет иметь место накопление теплоты (энергии), которое приведет к росту температуры.

Стационарные проточные реакторы проще для моделирования (описываются более простыми уравнениями): протекающие в них процессы легче автоматизировать.

Классификация химических реакторов и режимов их работы.
Классификация реакторов по гидродинамической обстановке.
Классификация по условиям теплообмена.
Классификация по фазовому составу реакционной смеси.
Классификация по способу организации процесса.
Классификация по характеру изменения параметров процесса во времени.
Классификация по конструктивным характеристикам.

Гендин Д.В., Янчуковская Е.В. Аппараты химической технологии

формат pdf
размер 6.97 МБ
добавлен 29 июня 2011 г.

Учебное пособие. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2005. – 40 с. Одной из важнейших задач, стоящих перед студентами химико-металлургического факультета при изучении ими ряда дисциплин, является ознакомление с принципами действия и конструкцией различных промышленных аппаратов, в которых проводятся основные технологические процессы. Несмотря на разнообразие аппаратов на предприятиях, для проведения этих процессов в большинстве случаев применяют сходные по.

Геррман Х. Шнековые машины в технологии

формат djvu
размер 4.19 МБ
добавлен 27 ноября 2009 г.

"Химия", 1975г., под ред. Л. М. Фридмана, 232 стр. Настоящая книга является первым и единственным на сегодняшний день обобщающим описанием всех типов современных промышленных шнековых машин(дозирующие и отжимные шнеки, шнековые смесители, пластификаторы, сушилки, реакторы), используемых для выполнения разнообразных технологических задач. Книга предназначена для инженерно-технических работников химической промышленности и других отраслей народного.

Дигуров Н.Г., Макаров М.Г. Расчет реакторов для гетерогенных и гетерофазных процессов

формат djvu
размер 1.08 МБ
добавлен 03 июля 2011 г.

Учебное пособие. М.: МХТИ им. Менделеева, 1983. – 49 стр. Настоящее пособие предназначено для студентов, специальности 0807, которым в восьмом семестре читается курс "Теория технологических процессов и химических реакторов". Оно написано в соответствии с программой курса, утвержденной ученым советом института, и является естественным продолжением книги Н.Н. Лебедева, М.Н. Манакова, В.Ф.Швеца "Теория технологических процессов ОО и НХС", В пособии.

Дигуров Н.Г., Макаров М.Г. Расчет реакторов для гомогенных процессов

формат djvu
размер 1.73 МБ
добавлен 03 июля 2011 г.

Учебное пособие. М.: МХТИ им. Менделеева, 1983. – 80 стр. Настоящее пособие предназначено для студентов, специальности 0807, которым в восьмом семестре читается курс "Теория технологических процессов и химических реакторов". Оно написано в соответствии с программой курса, утвержденной ученым советом института, и является естественным продолжением книги Н.Н. Лебедева, М.Н. Манакова, В.Ф.Швеца "Теория технологических процессов ОО и НХС", В пособии.

Крамерс Х., Вестертерп К. Химические реакторы

формат djvu
размер 6.95 МБ
добавлен 29 ноября 2011 г.

М.: Химия, 1967. - 264 с. В книге собраны и подробно изложены основные сведения, необходимые для оптимального проектирования химических реакторов и управления ими. В ней приведены основы расчёта и оптимизации химических реакторов; рассмотрен вопрос о распределении времени контактирования и перемешивании в непрерывных проточных реакторах, описаны химические реакции в гетерогенных системах. Книга предназначена для широкого круга инженеров и научн.

Крамерс Х., Вестертерп К. Химические реакторы

формат jpg
размер 228.32 МБ
добавлен 13 ноября 2011 г.

Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности

формат pdf
размер 13.73 МБ
добавлен 26 марта 2010 г.

Химические реакторы

формат djvu
размер 1.49 МБ
добавлен 07 октября 2010 г.

Пособие включает лабораторные работы, относящиеся к исследованию химических реакторов различных моделей и сопоставлению эффективности их работы. Работы отражают основные этапы разработки промышленного реактора, осуществляемые с проведением эксперимента: изучение кинетики химической реакции, исследование гидродинамической обстановки в реакторе, построение математической модели реактора, расчет реактора по полученной модели и проверка адекватности.

Холланд Ф., Чапман Ф. Химические реакторы и смесители для жидкофазных процессов

формат djvu
размер 3.16 МБ
добавлен 03 сентября 2011 г.

Пер. с англ. под ред. Ю. М. Жорова, М., Химия, 1974- 208 с; 13 табл. ; 126 рис.; список литературы 155 ссылок. В книге известных американских специалистов в области химической технологии рассмотрены вопросы проектирования, расчета и эксплуатации реакционных аппаратов с мешалками и смесительных устройств. Впервые в зарубежной монографической литературе освещены проблемы масштабирования таких аппаратов и управления ими. Достоинством книги является.

Холланд Ф., Чапман Ф. Химические реакторы и смесители для жидкофазных процессов

формат tif
размер 16.04 МБ
добавлен 09 августа 2010 г.

Читайте также: