Лекция № 1
Теория химического реактора
Основное содержание химической технологии составляют процессы химического превращения вещества. Они осуществляются в специальных аппаратах, которые называются химическими реакторами. Химический реактор – аппарат, в котором осуществляется химическая реакция с получением целевого продукта. Реактор является главным аппаратом технологической установки, самым сложным по конструкции и самым дорогим по стоимости. От эффективности работы реактора зависит экономическая рентабельность всего технологического процесса.
В реакторе протекают как химические, так и физические процессы. Физические процессы создают условия протекания химической реакции. Поэтому химический реактор должен иметь специальные устройства:
· загрузочно-разгрузочное устройство;
· теплообменное устройство для поддержания теплового режима;
· перемешивающее устройство для ускорения массообмена.
Современный хим. реактор – это аппарат, имеющий множество устройств и механизмов, выполняющих различные операции по ускорению производства целевых продуктов. Он оборудован сложной системой контрольно-измерительных приборов, которые осуществляют контроль и регулирование температуры, давления, состава, расхода компонентов и других параметров.
|
|
Работу реактора характеризуют следующие показатели:
· Производительность – это количество готового продукта фактически вырабатываемого реактором в единицу времени;
· Мощность – максимальная производительность реактора;
· Интенсивность (средняя скорость технологического процесса, удельная производительность) – количество продукта, получаемого в единицу времени с единицы объёма или единицы поверхности реактора;
· Пропускная способность (производительность по сырью) – объёмный или весовой поток сырья, проходящий через реактор в единицу времени;
· Коэффициент полезного действия (КПД) – отношение объёма реактора, работающего в оптимальном режиме, к фактическому объёму.
Параметры реактора:
1. Конструктивные;
2. Технологические.
1. Конструктивные параметры – габаритные размеры реактора (объём, высота, диаметр, объём катализатора, высота слоя катализатора, количество труб и их размеры и т.д.).
2. Технологические параметры – параметры входа и параметры выхода.
– Параметры входа – параметры потока сырья на входе в реактор: состав, температура, давление, скорость подачи сырья (кг/ч, м3/ч).
– Параметры выхода – параметры потока продуктов на выходе из реактора: состав, температура, давление, скорость отвода продуктов (кг/м2 · ч).
– Параметры потока катализатора: состав катализатора, скорость подачи катализатора.
|
|
– Параметры теплоносителя или хладагента: температура, давление, скорость потока на входе и на выходе.
Основные требования, предъявляемые к реакторам
a. Высокая производительность с единицы реакционного объёма;
b. Высокая селективность для сложных реакций;
c. Низкие энергетические затраты;
d. Простота в обслуживании, дешевизна в изготовлении, высокие требования к технике безопасности;
e. Надёжность регулирования и устойчивость технологического режима;
f. Экономическая целесообразность.
Режим работы реактора
Режим работы хим. реактора подразделяют на стационарный или установившийся режим, и нестационарный – неустановившийся режим. Для стационарного режима характерно отсутствие зависимости параметров процесса от времени, т.е. характерно постоянство параметров реактора во времени. Производная концентрации, температуры, давления по времени равна нулю:
Стационарный режим характерен для непрерывно работающих реакторов.
При нестационарном режиме характерно непостоянство параметров во времени, происходит накопление тепла, веществ, давления. Нестационарный режим характерен для периодических реакторов и непрерывных реакторов в период пуска и остановки реактора. Нестационарный режим трудно автоматизировать и механизировать, качество получаемых продуктов невысокое.