Реакторы для проведения гомогенных процессов

Лекция №4 ОХТ. Химические реакторы и их математические модели.

Химические реакторы являются основным элементом химико-технологической системы, от эффективности работы которого зависит экономическая эффективность всего химического производства. При выборе типа и конструкции реактора необходимо принимать во внимание различные факторы и в первую очередь иметь информацию о скоростях протекающих реакций, а также о скоростях  массо- и теплопередачи.

Наиболее важным показателем, отражающим совершенство химического реактора, является интенсивность протекающего в нем процесса. Но интенсивность тем выше, чем меньше время, затрачиваемое на получение единиц заданного продукта.

Поэтому главной задачей при изучении химических процессов, протекающих в реакторах любого типа, является установление функциональной зависимости времени пребывания реагентов в реакторе от различных факторов. Эту зависимость можно выразить в виде уравнения

,

(4.1)

где τ – время пребывания реагентов в реакторе; х – степень конверсии реагента; С₀ – начальная концентрация реагента; r – скорость химической реакции.

Уравнение, связывающее эти параметры, является математическим описанием модели реактора.

Далее слайд 4.1:

Главной задачей при изучении химических процессов, протекающих в реакторах любого типа, является установление функциональной зависимости времени пребывания реагентов в реакторе от различных факторов. Эту зависимость можно выразить в виде уравнения

,

(4.1)

где τ – время пребывания реагентов в реакторе; х – степень конверсии реагента; С₀ – начальная концентрация реагента; r – скорость химической реакции.

 

 

Основные типы химических реакторов.

Применяемые в промышленности реакторы по своему устройству могут быть самыми разнообразными: простой резервуар и емкость с мешалкой, и полая или с насадкой колонна, и сложный аппарат с катализатором и многие другие.

Рассмотрим устройство различных типов реакторов для проведения гомогенных, гетерогенных и гетерогенно-каталитических процессов. При этом будут учтены наиболее важные показатели: гидродинамический режим и тепловая обстановка в реакторе.

Реакторы для проведения гомогенных процессов

Периодические гомогенные процессы проводят в резервуарах, кубах или автоклавах в которых реакционную смесь перемешивают каким-либо способом. Примером такого реактора может служить реактор полного смешения периодического действия (рис. 4.1. б). Для непрерывных процессов используются реакторы полного вытеснения или полного смешения непрерывного действия (рис. 4.1, д, е, ж или а, г). К наиболее распространенным непрерывным реакторам для проведения гомогенных реакций относится охлаждаемый трубчатый реактор (рис. 4.1, ж), представляющий собой видоизменный вариант реактора полного вытеснения, представленного на рис. 4.1, е, который изготовлен в виде змеевика, подогреваемого снаружи, например, топочными газами. Большая поверхность труб обеспечивает интенсивный повод тепла в тех случаях, когда тепловой эффект реакции очень мал.

Каскад реакторов смешения, приведенный на рис. 4.1, г в промышленности, в основном, используется для увеличения равновесной степени конверсии обратимых экзотермических реакций путем понижения температуры во втором реакторе относительно первого.

Слайд 4.1 до далее слайд 4.2:

 

Рис. 4.1. Основные типы реакторов для проведения гомогенных реакций:

а – кубовый реактор непрерывного действия с перемешиванием; б – реактор периодического действия с перемешиванием; в – реактор полупериодического действия с перемешиванием; г – каскад кубовых реакторов непрерывного действия; д –трубчатый реактор непрерывного действия; е – охлаждаемый (подогреваемый) однотрубный реактор; ж – многотрубный реактор с теплообменом; Т₁ и Т₂ – температура теплового агента (теплоносителя или хладагента).

Слайд 4.2 до далее слайд 4.3: