Теория химического реактора

Химический реактор – это основной аппарат технологической схемы, в котором осуществляется химическая реакция и сопутствующие ей физические процессы.

Современный химический реактор – сложный аппарат, имеющий множество устройств и механизмов, которые выполняют различные операции по проведению, ускорению и контролю протекающих химических и физических процессов. Любой химический реактор имеет загрузочно-разгрузочное устройство, теплообменные устройства для поддержания теплового режима процесса, перемешивающее или иное устройство для обеспечения массообмена. Систему контрольно-измерительных приборов и другие приспособления.

Реактор характеризуют набором габаритных и технологических параметров. Габаритные параметры – это объем, диаметр, высота реактора, число трубок, тарелок и т.п. Технологические параметры – это состав, температура, скорость потока и т.п. реагентов (параметры входа) и продуктов (параметры выхода), а также параметры тепло- и хладоагентов.

Различают стационарный (установившийся) и нестационарный режимы работы реактора. При стационарном режиме в реакторе не происходит накопления вещества или тепла, то есть производные концентрации реагентов и температуры во времени равны нулю.

При нестационарном режиме в реакторе накапливается вещество или тепло. Стационарный режим характерен для реакторов, работающих в непрерывном режиме; нестационарный – для периодических реакторов или для непрерывных реакторов в стадии пуска или остановки.

Каждый работающий реактор имеет определенный концентрационный и температурный режим. Концентрационный режим – поддержание оптимальной концентрации реагентов по объему (длине) реактора или во времени. Температурный режим - это поддержание оптимальной температуры по объему (длине) реактора или во времени.

Основные требования к промышленным реакторам:

- высокая производительность

- высокая селективность

- низкие энергетические затраты

- надежность регулирования и установки технологического режима

- простота обслуживания

- безопасность работы

- низкая стоимость.

Эффективность работы реактора зависит от его конструкции и режима осуществления в нем процесса. Работу реактора оценивают по следующим показателям:

- производительность

- интенсивность (средняя скорость, удельная производительность)

- пропускная способность

- коэффициент полезного действия – отношение объема, реактора, работающего в оптимальном режиме, к фактическому объему реактора.