Гетерогенных процессов

В настоящее время насчитывается большое число гетерогенных некаталитических процессов и десятки тысяч гетерогенно-каталитических процессов, осуществляемых в различных реакторах.

Конструкция реакторов для проведения этих процессов приведена на рис. 4.3.

В полочной печи для обжига твердого сырья (рис. 4.3, а) организованно смешанное движение потоков, работающих в режиме вытеснения, но с перемешиванием твердой фазы.

На рис. 4.3, г показан реактор, представляющий собой вращающийся барабан. Здесь также создается режим вытеснения, но при прямом токе реагентов. К недостаткам реакторов вытеснения в которых протекают процессы в системе газ-твердое тело относится либо незначительное перемешивание фаз (рис. 4.3, а), либо полное отсутствие обновления поверхности контакта фаз (рис. 4.3, б). Такие реакторы невыгодно применять в тех случаях, когда процесс протекает в области внешней диффузии; рациональнее использовать реакторы, в которых твердый реагент находится в режиме смешения.

Примером реактора с псевдоожиженным слоем является аппарат, представленный на рис. 4.3, в. Псевдоожиженный слой твердых частиц образуется при продувании газа снизу вверх сквозь слой твердого зернистого материала с такой скоростью, при которой частицы как бы взвешиваются, плавают и пульсируют в потоке газа.

При применении реактора с псевдоожиженным слоем твердый материал подается на решетку, а снизу поступает газ. Продукт реакции или зола непрерывно выводится из реактора. В таких реакторах твердый зернистый материал находится в режиме смешения, а газ – между режимом смешения и вытеснения. Достоинством аппаратов с псевдоожиженным (кипящим) слоем состоит в том, что при высоких скоростях газового потока снижается внешнедиффузионное сопротивление газовой фазы в десятки раз и, соответственно, увеличивается скорость процесса.

Слайд 4.5 до далее слайд 4.6:

Рис. 4.3. Принципиальные схемы реакторов для проведения химических некаталитических и каталитических гетерогенных процессов:

а – аппарат со смешанной организацией потока, работающий в режиме вытеснения (с механической мешалкой); б – полупериодический реактор, газ – в режиме вытеснения; в – аппарат с псевдоожиженным слоем, твердая фаза – в режиме смешения, газ – в промежуточном режиме; г – аппатарат с параллельным током, работающий в режиме вытеснения; д – реактор с одним неподвижным слоем катализатора; е – аппарат с одним псевдоожиженным слоем катализатора и регенератором катализатора; ж – полочный аппарат (катализатор находится на полках) с промежуточным охлаждением (нагреванием) реагентов; з - трубчатый реактор с охлаждением (нагреванием) реагентов; Т – температура теплоносителя (хладагента); 1 – реактор; 2 – регенератор; 3 – катализаторопровод.

Слайд 4.6 до далее слайд 4.7:

Математические модели химических реакторов.

Общие сведения

Химические реакторы – аппараты, в которых осуществляется химическое превращение с целью получения определенного вещества в рамках одного технологического процесса.

Основанием для получения проектного уравнения любого типа реактора является материальный баланс, составленный по одному из компонентов реакционной смеси.

Далее слайд 4.5:

В общем виде уравнение материального баланса, например, для реакции А + В → R, можно записать так

для реакции А + В → R справедливо:

,

(4.2)

где m_A,(х.р.) – масса реагента А, вступившего в реакционном объеме в химическую реакцию в единицу времени; m_A,(ст) –сток реагента А, т.е. масса реагента А, выходящего из реакционного объема в единицу времени; m_A,(нак) – накопление реагента А, т.е. масса реагента А остающегося в реакционном объеме в неизменном виде в единицу времени; m_{A,(расх.)} – масса реагента А, расходуемого в единицу времени в реакционном объеме.