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.

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.

1) 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 теории химических реакторов обычно сначала рассматривают два идеальных аппарата — реактор идеального, или полного, смешения и реактор идеального, или полного, вытеснения.

Для идеальногосмешения 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.

2)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.).

При отсутствии теплообмена 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 теплоносителем 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.

3)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.

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

5)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.

6)Класссификация по конструктивным характеристикам.Химиче­ские реакторы отличаются друг от друга и по ряду конструктивных ха­рактеристик, оказывающих влияние на расчет и изготовление аппара­тов. По этому принципу классификации можно выделить такие типы реакторов: емкостные реакторы (автоклавы; реакторы-камеры; вер­тикальные и горизонтальные цилиндрические конверторы и т.п.); колонные реакторы (реакторы-колонны насадочного и тарельчатого типа; каталитические реакторы с неподвижным, движущимся и псевдоожиженным слоем катализатора; полочные реакторы); реакторы ти­па теплообменника; реакторы типа реакционной печи (шахтные, полочные, камерные, вращающиеся печи и т.п.).