Основные размеры реакционных аппаратов

Реактор должен удовлетворять следующим требованиям: иметь необходимый реакционный объем; обеспечивать заданную производительность и гидродинамический режим движения реагирующих веществ, создать требуемую поверхность контакта фаз, поддерживать необходимый теплообмен, уровень активности катализатора и т.д.

Конструкцию реакционного аппарата определяют ряд факторов:

Температура, давление, требуемая интенсивность теплообмена, консистенция обрабатываемых материалов, агрегатное состояние материалов, наличие или отсутствие катализаторов, заданная производительность аппарата, химический характер перерабатываемых материалов и другие специфические условия производства.

Расчет реакторов является основной частью технологического расчета производства. Этот расчет сводится к определению основных конструкционных размеров аппаратов и их числа. Размеры и число аппаратов как периодического так и непрерывного действия определяются их производительностью.

Производительность реакционного аппарата или установки – количество целевого продукта (кг, т, м³), получаемого в единицу времени (с, ч, сутки, год). Зафиксированная производительность аппарата (установки) называется мощностью.

Объем реакционной зоны (объем рабочей части) аппаратов непрерывного действия определяют по уравнению:

;

где V_c – объемный расход, м³/с;

τ – время, необходимое для проведения процесса.

Площадь поперечного сечения аппарата составляет (м²):

;

где w – линейная скорость движения среды в аппарате, м/с.

Определив площадь сечения, легко найти диаметр аппарата (м):

;

Высота (длина) реакционной зоны аппарата равна (м):

;

Для аппаратов, заполненных катализатором, объем рабочей части принимают равным объему катализатора Vк (м³), который определяют исходя из объемной скорости газа (жидкости) или производительности катализатора.

Объемная скорость – объем газовой смеси (жидкости), проходящей через единицу объема катализатора в единицу времени (м³/(м^3.ч) или ч^-1):

;

Откуда;

Для периодических процессов общий реакционный объем аппаратов равен (в м3):

;

где V_сут – суточный объем перерабатываемых веществ,

τ_ц – время технологического цикла,

φ – коэффициент заполнения аппарата (принимается от 0,4 до 0,9).

Выбор конструкции реактора также зависит от скорости протекания химических реакций (времени пребывания реакционной массы в реакционной зоне аппарата).

В общем виде скорость химико-технологического процесса можно выразить уравнением:

;

где r – скорость процесса,

k – константа скорости,

∆c – движущая сила процесса (изменение концентрации).

Достижение максимального выхода продукта определяется временем пребывания реагирующих веществ в реакционной зоне.

Необходимая вместимость реакционного аппарата, его производительность и интенсивность работы зависят от скорости протекания процесса.

Время пребывания реагирующих веществ в реакционной зоне τ определяют из кинетических уравнений первого, второго и третьего порядков. В реакциях первого порядка стехиометрический коэффициент прямой реакции равен единице, в реакциях второго порядка – двум, третьего - трем

Примером реакции первого порядка может служить реакция разложения диметилового эфира: