По организационной структуре

Рис. 2. Аппарат для периодического процесса: 1 – мешалка; 2 – водяная рубашка; 3 – паровой змеевик; ТН – теплоноситель; ХА – хладагент

В реакторе периодического действия реагенты загружаются одновременно в начале операции, после достижения заданной степени превращения продукт выгружают. Все отдельные стадии процесса протекают последовательно, в разное время (Рис. 2). Реактор работает в нестационарном режиме. Основные параметры химического процесса (состав, температура, давление) изменяются во времени. Продолжительность реакции можно измерить непосредственно.

В реакторе полупериодического действия один из реагентов вводится непрерывно, а другой периодически (Рис. 3).

Рис. 3. Полупериодический реактор окисления: 1 – пароводяная рубашка; 2 –барботёр для диспергирования воздуха; ТН – теплоноситель, ХА хладагент

В реакторе входящие и выходящие потоки не равны, вследствие чего изменяется общая масса реагирующих веществ. Параметры процесса изменяются во времени. Реактор работает в нестационарном режиме.

Реакторы непрерывного действия имеют непрерывное питание и непрерывный отвод продуктов (Рис. 4). Все отдельные стадии технологического процесса (подача сырья, химическая реакция, вывод готового продукта) осуществляются параллельно и одновременно. Реактор работает в стационарном режиме, его можно легко автоматизировать и механизировать, качество продукта высокое. В этих реакторах нельзя измерить непосредственно производительность. Вводится термин «время пребывания в зоне реакции», которое определяется как отношение объёма реактора к объёмному расходу реагентов (объёмная скорость):

Рис. 4. Непрерывный реактор окисления: 1 – барботёр для диспергирования воздуха; 2 – змеевики для нагревания-охлаждения; 3 – непровальные ситчатые тарелки, разделяющие реактор на V секций

По тепловому режиму

По тепловому режиму реакторы подразделяются на изотермические, адиабатические и политропические.

Изотермические реакторы имеют одинаковую и постоянную температуру во всех точках реакционного пространства; скорость реакции зависит только от состава. На практике такой тепловой режим работы реактора может быть достигнут в условиях полного перемешивания реагирующих веществ. Постоянство температуры обеспечивается за счёт подвода или отвода тепла. Есть теплообмен с окружающей средой. В изотермическом режиме проводят реакции:

· с малым тепловым эффектом;

· протекающие с низкой скоростью.

Изотермический режим работы реактора используется более широко, чем адиабатический.

Адиабатический режим – это когда в реакторе отсутствует теплообмен с окружающей средой. Процесс проводят без подвода и отвода тепла, тепло вводится в реактор или выводится из реактора с входящими и выходящими потоками. Частный случай адиабатического режима – автотермический режим, когда реакция осуществляется за счёт собственного выделяющегося тепла.

Конструкция этих реакторов проста, так как для осуществления адиабатического режима достаточно иметь хорошую изоляцию.

В адиабатическом режиме проводят реакции:

· не требующие строгого регулирования процесса;

· экзотермические реакции с большим тепловым эффектом при малой конверсии;

· эндотермические тепловые реакции с малым тепловым эффектом;

· процессы, в которых есть возможность регулирования параметров входа и выхода;

· если смесь реагентов и продуктов реакции обладает высокой теплоёмкостью и она может унести значительное количество тепла с выходящим потоком, не допуская перегрева реактора.

Изотермический и адиабатический режимы реакторов представляют собой идеальный случай, который на практике не наблюдается, однако режим многих производственных процессов приближается к этим моделям. Промышленные реакторы рассчитывают по уравнениям, полученным для изотермического и адиабатического режимов.

Наиболее близким к промышленным реакторам по температурному режиму является политропический режим – часть тепла отводится из реактора, а часть тепла остаётся в реакторе. Тепловое регулирование осуществляется как изотермическим, так и адиабатическим путём.