10. Химические реакторы. Классификация. Типы реакторов по степени перемешивания реагирующих смесей, уравнения скоростей процесса в реакторах рив и рис. К-рис. Выбор типа реактора.

ХИМ. РЕАКТОРЫ – основной аппарат химико-технологической системы, в котором протекают химич. реакции и диффузионные процессы массопередачи.

ТРЕБОВАНИЯ К РЕАКТОРАМ: 1Высокая селективность процесса. 2Высок. интен-ть реактора. (Интен-ть аппарата – производ-ть аппарата, отнесенная к его размерам (V или S), измер-ся в (кг/м³ч) или (кг/м²ч)). 3Достижение миним. энергозатрат на нагрев и транспор-ку реагентов и макс-но полной утилизации тепла экзотермических процессов. 4Надежность и стабил-ть в работе, возможность полностью автоматизировать технолог.процесс. 5Низкая стоимость реактора

Несмотря на различное назначение и конструкцию реакторы имеют ОБЩИЕ УЗЛЫ:

1.Устройства для ввода исходных реагентов и вывода продуктов. 2.Реакционная зона

3.Устройства для смешения технологических потоков и разделения гетерогенных фаз. 4.Устройства теплообмена.

КЛАССИФИКАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ

По Фазовому Принципу:

- реак-ры для проведения гомогенных процессов (для окисления NO в NO₂)

- реак-ры для проведения гетерогенных процессов (печь для обжига серного колчедана)

- реак-ры для гомогенных реакция, протекающ. в присут-и гетерогенного кат-ра (р-р для окисления SO₂ в SO₃)

По Организации Движения Потоков Реагентов:

- реак-ры периодич. действия

- реак-ры непрерывн. действия

- полунепрерывн. действия – сочетаются непрерывн. и периодич. процессы – пример – доменная печь.

По Взаимному Направлению Движения Взаимодействующих Потоков:

- прямоточные реак-ры – два технологических потока со смешением или без него движутся по реактору в одном направ-и. Самый неэффективн. вариант. Его можно применять только при очень высок. скорос-ях реакций и диффузионных процессов массопередачи.

- противоточные реакторы - два технологических взаимнонесмешивающихся потока движутся по реактору противотоком. Для увеличения скорости массообмена необходимы технологическ. устр-ва (тарельчатые или насадочные колонны).

- реакторы со сложным движением потоков. Угол пересечения направлений потоков отличен от 180. (напр. Тарельчатые химические реакторы – пример – в производстве азотн. к-ты).

По Методу Организации Теплообмена:

- с встроенными теплообменниками – азотн.к-та

- с выносными теплообменниками – серн. к-та

По Температурному Режиму:

- изотермическ. реакторы – в любой точке реак-ра температура одинакова и не мен-ся с теч-ем времени. Изотермический режим позволяет приблизиться к оптимальной температуре процесса и облегчает автоматизацию работы реактора.

- адиабатические реак-ры – реак-ры при спокойном (без перемеш-я) течении потока реагентов и без теплообмена с окружающ. средой (снабжены хорошей тепловой изоляцией). Вся теплота реак-и аккумулируется потоком реагирующих в-в.

- политермическ. – реак-ры, в которых теплота реак-и лишь частично компенс-ся за счет отвода (подвода) теплоты. К политермическ. аппар-м относят реак-ры с малой степенью смешения реагирующ. веществ и теплообмен-ми, помещен-ми внутри реак-го объема, (трубчатые контактные аппараты как реак-р для конверсии метана водян. паром).

ПО ГИДРОДИНАМИЧЕСКОМУ РЕЖИМУ ДВИЖЕНИЯ РЕАГИРУЮЩИХ МАСС различают два предельных типа реак-ров непрерывного действия: идеальн. вытеснения и идеальн. смешения.

РИВ(реак-р идеальн.вытеснения)- работает по принципу поршневого режима – вновь поступ-щие порции сырья идеально выжимают ранее поступившие. В РИВ отсутствует перемеш-е продольн.направл-и, но имеется идеальное перемеш-е в поперечн. сечении. Для обеспечения режима РИВ необходимо чтобы

-L/D было большим 10-20 (L-длина прохождения, D –диаметр по котор.проходит в-во)

-линейная скор-ть движения потока была высокой для обеспеч-я турбулентн. режима движ-я потока и обеспеч-я хорошего перемеш-я в поперечн. сечении.

Для РИВ характерна стационарность – постоянство концентр-й, температур и др. технологич.параметров данной точке реактора в любой момент времени в течении всего процесса.

Зависимость концентрации реагирующих веществ во времени выражается в зависимости от длины или высоты реактора.(обратн.зав-ть)

По принципу РИВ работают многие каталитич. реак-ры: газогенераторы, известково-обжигательные печи, домны и др. При экзотермических процессах температурный режим реак-ра адиабатический.

Для эндотермическ. катал-ких процессов, например в производстве синтез-газа конверсией метана с водяным паром используется РИВ работающий в политермическом режиме.

РИС (реак-р идеальн. смешения) исходн. реаг-ты, мгновенно смешивается со всем содержимым реактора, за счет интенсивного перемешивания. Концентр. всех веществ и степень превращения во всем объеме такого реактора одинакова и равна конечной.

Достаточное приближение к полному смешению достигается в реакторах с перемешивающими устройствами в жидкой фазе, в суспензиях твердых веществ в жидкостях и в реакторах с кипящим слоем. Такие реакторы широко применяются во многих областях промышленности: химической, нефтехимической, пищевой, а также в производстве цветных металлов, строительных материалов и т. д.