Классификация реакторов и факторы, влияющие на их конструкцию. Особенности применения реакторов смешения и вытеснения.

Химические реакторы можно классифицировать по одному из следующих признаков:

1) по организации процесса (непрерывно действующие, периодические, полунепрерывные);

2) по гидродинамическому режиму движения реагентов в реакционном объеме (реакторы полного вытеснения, в ктр реакцион-я масса дв-я в реакторе без продольного перемешивания частиц; реакторы полного смешения, в ктр происходит мгновенное смешение вновь поступивших в реактор частиц с уже им-я там частицами; реакторы промежуточного типа);

3) по тепловому режиму работы реактора (изотермические-температура постоянна; адиабатические, в ктр отсут-т с окр-й средой);

4) по агрегатному состоянию реагентов (реаторы газофазных процессов, реакторы жидкофазных процессов, р-ры газожидкостных процессов, реакторы для хим-го превращения ТВ. в-в);

5) по наличию катал-ра (р-ры кат-х проц-в, р-ры некат-х проц-в);

6) по конструктивному признаку (колонные потолочные, трубчатые, пластинчатые и т.п.)

7) по состоянию кат-ра (р-ры с непожвиж-м слоем кат-ра, р-ры с псевдоожиженным слоем кат-ра).

Классиф-ю по 1-ым 3 признакам исп-т в основном при расчетах, а по остальным 4-м – при рассмотрении их конструкций.

При рассмотрении конструкций реаторов исп-т классиф-ю по 2-м признакам: агрегатному состоянию реагентов и наличию кат-раю исп-т след-е гр.:

1)р-ры кат-х газофазных проц-в;2) р-ры некат-х газофазных проц-в;3) р-ры жидкофазных проц-в;4) р-ры для хим-го превращения ТВ. в-в.

Аппараты, в которых проводят химические реакции, называют реакторами. Конструкция реактора зависит от следующих основных факторов:

1) агрегатного состояния реагирующих и образующихся веществ;2) температуры и давления в реакционной зоне; З) теплового эффекта и интенсивности теплообмена;4) химических свойств перерабатываемых веществ;5) интенсивности перемешивания реагирующих веществ;6) непрерывности или периодичности ведения процесса; 7) наличия катализатора и его состояния.

температура и давление относятся к важнейшим побудитёлям химических процессов. Оба эти фактора заметно влияют на конструкцию реактора. В зависимости от температуры ведения процесса приходится применять те или иные теплоносители или хладагентьт. Тип теплоносителя оказывает большое влияние на конструкцию реактора.

давление среды определяет форму и габаритные размеры аппарата, его материал, конструкцию перемешивающих устройств и сальников. Аппаратам, работающим под высоким давлением, обычно придают цилиндрическую или шаровую форму. Чем выше давление среды, тем меньше диаметр корпуса аппарата.

Тепловой эффект реакции определяет необходимость теплообменной поверхности реактора, ее размеры. Иногда интенсивность тепловыделений бывает на столько большой, что имеющихся способов отвода тепла не хватает для поддержания заданной температуры реакции. В этом случае приходится соответствующими методами снижать скорость реакции.

Большинство химических процессов протекает значительно эффективнее при перемешивании реагирующих веществ.

РИС имеют перемешивающее устройства: механическая либо циркуляционные насосы (турбулентный режим) для жидкофазных процессов. В каждой точке раствора концентрация кат. РИВ не имеют перемешивающее устройство, это трубчатые аппараты. В них ламинарный режим для газофазных процессов. Время пребывания всех частиц в растворе одинаково. Концентрация в РИВ меняется плавно, а РИС скачкообразно в каждый момент времени. В РИВ движущая сила больше чем в РИС (из-за концентрации) и РИВ продуктивны.

Реактор идеального вытеснения характеризуется переменной концентрацией реагирующих веществ по длине аппарата, наибольшей разницей концентраций на входе и выходе из реактора и, следовательно, наибольшей средней движущей силой процесса.

а) однотрубный реактор; б) многотрубный реактор.

Реакторы идеального вытеснения.

Реактор полного смещения обычно снабжен каким либо перемешивающим устройством и характеризуется постоянством концентрации реагирующих веществ во всем объеме реактора в данный момент времени, вследствие практически мгновенного смещения реагирующих веществ в реакционном объеме.

а) одноступенчатый аппарат; б) характер изменения концентрации в одноступенчатом аппарате; в) вертикальный многоступенчатый аппарат; г) многосекционный горизонтальный аппарат; д) батарея аппаратов смешения; е) характер изменения концентрации в многоступенчатом аппарате.

Реакторы идеального смешения.

16. Реакторы каталитических газофазных процессов. Реакторы с неподвижным слоем катализатора – реакторы с катализаторными решетками. Тепловой баланс адиабатического реактора.

В тех случаях, когда реакция протекает практически мгновенно, при контакте с поверхностью катализатор удобно использовать реакторы с катализаторными сет­ками. В реакторе этого типа проводят, например, окисле­ние аммиака в азотную кислоту. Конструктивно он вы­полнен весьма просто. В цилиндрической части корпуса аппарата закреп­лена платиновая сетка, служащая в этом про­цессе катализатором. Ре­акционные газы подаются сверху, их температура доведена до необходимой для реакции в специаль­ном теплообменнике. В мо­менты пуска реактора сетка разогревается до температуры реакции гре­ющим электрическим эле­ментом. Большинство химиче­ских реакций, осущест­вленных в промышленно­сти, протекают во времени, поэтому в реакторе необ­ходимо создать такие ус­ловия, при которых реагирующие друг с другом газы находились бы в контакте с катализатором в течение времени, близ­кого к необходимому.