Модели идеальных реакторов

Химические реакторы.

Химическим реактором называется аппарат, в котором осуществляются химические процессы, сочетающие химические реакции с массо- и теплопереносом. Типичные реакторы – промышленные печи, контактные аппараты, реакторы с механическим или струйным перемешиванием, варочные котлы и др. От правильности выбора реактора и его совершенства зависит эффективность всего технологического процесса.

Основные требования к промышленным реакторам:

1. максимальная производительность и интенсивность работы;
2. высокий выход продукта и наибольшая селективность процесса. Они обеспечиваются оптимальным режимом работы реактора:(температурой, давлением, концентрацией исходных веществ; для каталитических процессов – эффективным применением катализатора);
3. минимальные энергетические затраты на перемешивание и транспортировку материалов через реактор, а также наилучшее использование теплоты экзотермических реакций или теплоты, подводимой в реактор для нагрева реагирующих веществ до оптимальных температур (затраты снижаются уменьшением скоростей потоков, числом оборотов мешалки, но при этом, уменьшается и интенсивность работы реактора, степень превращения);
4. легкая управляемость и безопасность работы обеспечивается конструкцией реактора и малыми колебаниями параметров технологического режима, позволяющими легко автоматизировать работу реактора;
5. низкая стоимость изготовления реактора и ремонта его (простота конструкции и применение дешевых конструкционных материалов);
6. устойчивость работы при значительных изменениях основных параметров режима (концентрации, температуры, давления и др.).

При проектировании реактора необходимы сведения о кинетических закономерностях химической реакции и производительности. Разрабатывая схему реактора, технолог решает – будет реактор работать непрерывно или периодически, определяет модель реактора и указывает способы подвода и отвода тепла.

Методы технологического расчета и подбора параметров значительно отличаются для различных типов реакторов. Поскольку гидродинамическая обстановка и температурный режим в основном определяют кинетику процесса, протекающего в реакторе, в основу классификации реакторов положены предельные гидродинамические режимы: идеального вытеснения и полного (идеального) смешения в изотермических, адиабатических или политермических условиях. Эта идеализация позволяет исключить из рассмотрения второстепенные черты процесса и использовать те, которые определяют поведение системы.

Расчет промышленного реактора в большей степени базируется на экспериментальных данных и идеализированные модели служат лишь отправной точкой для наиболее полного использования опытных данных для определения основных размеров реактора. При исследовании работы реакторов составляется математическое описание (математическая модель) реактора. Уравнения математической модели выводятся на основании балансов веществ теплоты и количества движения для реактора в целом или для его бесконечно малого объема в зависимости от его режима работы.

Модели идеальных реакторов.

На режим работы реактора непосредственно влияет степень перемешивания реагирующих масс. Полное смешение обеспечивает постоянство параметров во всем реакционном объеме (например, температуры), а при идеальном вытеснении температура, как правило, изменяется по высоте реакционного объема. В результате в реакторах вытеснения меняется константа скорости реакции и соответственно скорость процесса.