Тема 2.3. Основные характеристики реакторов

Студент должен:

знать:

- классификацию реакторов по периодичности и непрерывности действия, режиму движения реагентов, тепловому и температурному режимам;

уметь:

- выполнять упрощенную схему реактора.

Для проведения процессов химического превращения веществ используются различные реакционные аппараты (реакторы), различающиеся по характеру смешения и вытеснения веществ, участвующих в процессе, по способу размещения и удержания в них катализатора, по наличию или отсутствию подвода либо отвода теплоты, а также по способам теплопровода или теплоотвода.

По характеру смешивания и вытеснения участвующих в процессе веществ реакторы подразделяются на следующие типы: идеального или почти идеального смешивания; идеального или почти идеального вытеснения; противоточного типа; комбинированного типа.

Реакторами идеального смешивания обычно служат емкостные аппараты с механическим перемешиванием мешалкой или циркуляционным насосом (рис 3.1).

Достоинством этих аппаратов является хорошее перемешивание реагентов и катализатора (если таковой используется). Недостатком их при непрерывной работе, т.е. при непрерывной подаче исходных веществ и непрерывном выводе реакционной смеси, является прямое попадание части молекул исходных веществ в выводимую реакционную смесь без их достаточно длительного пребывания в реакционной зоне.

Реакторами идеального вытеснения служат трубчатые аппараты или колонны, длина или высота которых значительно превосходит диаметр.

На рис. 3.2 показан вертикальный аппарат с движением сверху вниз. Реактор идеального вытеснения может иметь горизонтальную, вертикальную или наклонную форму, форму змеевика и т.п. Достоинство аппаратов идеального вытеснения – отсутствие возможности непосредственного попадания исходных реагентов в выводимую реакционную смесь. Недостатком реакторов вытеснения является трудность достижения хорошего перемешивания в каждой из последовательных зон аппарата. Для преодоления этого недостатка стремятся проводить процесс при высокой скорости, что способствует турбулизации потока. Нередко реакторы снабжают различными устройствами или насадкой, которые способствуют перемешиванию в сечениях без нарушения общего принципа вытеснения.

Реакторы противоточного типа (ри.3.3) часто используют в тех случаях, когда реакционная смесь является двухфазной, либо жидкость – газ (пар), либо жидкость – жидкость. Их достоинства – возможность обеспечить существенное преобладание количества одного (первого) из реагентов над количеством другого (второго) реагента на одном конце аппарата и наоборот, преобладание второго реагента над первым на противоположном конце аппарата. Это способствует более полной конверсии реагентов. В сущности, в таких аппаратах каждый из встречных потоков (каждая фаза) работает в режиме вытеснения в определенном направлении. Проблемой в работе таких аппаратов является обеспечение достаточно интенсивного контактирования одна из фаз используется как «сплошная», а другую тонко измельчают на микрочастицы (пузырьки, капли), проходящие сквозь «сплошную» фазу. На конечных участках аппаратов (или вне их) осуществляют сепарирование фаз путем отстаивания.