Слайд 1Прикладная химия
Химический реактор
Слайд 2Химический реактор
Химический реактор – это основной аппарат технологической схемы, в котором
осуществляется химическая реакция и сопутствующие ей физические процессы.
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.
Слайд 3Характеристики химического реактора
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.
Слайд 4Режимы работы химических реакторов
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.
Слайд 5Режимы работы химических реакторов
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.
Слайд 6Классификации химических реакторов
Классифицировать химические реакторы можно по следующим принципам:
По организационной
структуре процесса.
По гидродинамическому режиму.
По тепловому режиму.
По фазовому составу реакционной смеси.
По
конструктивным характеристикам.
Слайд 7Классификация химических реакторов
По организационной структуре процесса (по способу подвода сырья и
отвода продуктов):
Реакторы непрерывного действия
Реакторы периодического действия
Реакторы полупериодического или полунепрерывного действия.
Слайд 8Реакторы непрерывного действия
Реакторы непрерывного действия (проточный) – это реакторы, в которых непрерывно
загружается сырье и также непрерывно выгружаются продукты; все стадии процесса
осуществляются параллельно и одновременно.
Проточные реакторы характеризуются высокой производительностью, стационарностью работы, качеством продукции, позволяют рационально использовать энергию, легко автоматизировать процесс.
Их недостатками является трудность запуска и установки, поэтому проточные реакторы используются в случае крупнотоннажных производств.
Слайд 9Реактор непрерывного действия
Слайд 10Время пребывания реагентов в реакторе
В реакторах непрерывного действия невозможно непосредственно
изменить время реакции, поэтому пользуются понятием условного времени пребывания реагентов
в реакторе:
где Vp – объем реактора (м3); vоб. – объемная скорость подачи сырья (м3/ч)
Слайд 11Реакторы периодического действия
Периодические реакторы характеризуются единством места завершения всех стадий процесса.
Исходное сырье загружают в реактор и через определенное время выгружают
продукты реакции, затем все операции повторяют. Реактор работает циклически. Так как режим работы периодических реакторов нестационарный, качество продукции изменяется от партии к партии.
Реакторы периодического действия обладает низкой производительностью, высокой материало- и энергоемкостью, их трудно автоматизировать.
Достоинствами этих реакторов является низкая стоимость и большая экономическая гибкость. Реакторы такого типа незаменимы при малотоннажном производстве продуктов широкого ассортимента, а также для отработки режимов процессов и исследования кинетических закономерностей.
Время одного цикла составляет: τцикла = τхим.р. + τвспомог. операций.
Слайд 13Реакторы полупериодического действия
Реакторы полунепрерывного( полупериодического) действия - это различные комбинации непрерывной
и периодической организации работы реактора.
Примером такого реактора может служить доменная
печь. В неё постоянно загружаются реагенты, а выпуск продукта производится периодически.
Слайд 14Классификация по гидродинамическому режиму
По гидродинамическому (законам гидродинамики подчиняется не только
движение жидкостей, но и газов) режиму реакторы делятся на реакторы
смешения и реакторы вытеснения:
В реакторах смешения перенос реагентов происходит путем интенсивного перемешивания, например, механической мешалкой или циркуляционным насосом.
В реакторах вытеснения перемешивания нет, а перенос реагентов осуществляется путем направленного движения потока реакционной смеси вдоль оси реактора.
Слайд 16Классификация по тепловому режиму
По тепловому режиму ректоры классифицируются на:
адиабатические
изотермические
политропические
В адиабатических реакторах отсутствует
теплообмен с окружающей средой и весь тепловой эффект реакции расходуется
на изменение температуры реакционной смеси. Это идеальный реактор; такой тепловой режим практически нереализуем.
Слайд 17Классификация по тепловому режиму
В изотермических реакторах обеспечивается такой теплообмен с окружающей средой,
который компенсирует полностью тепловой эффект реакции. В результате температура реакционной
смеси остается строго постоянной. Это тоже идеальный реактор; на практике такое осуществить очень трудно. Близко к изотермическому режиму работают реакторы, в которых проводят процессы с очень малыми тепловыми эффектами или очень малой скоростью реакции.
Ближе к реальным условиям работы относится модель политропического реактора, в котором тепловой эффект химической реакции частично компенсируется за счет теплообмена с окружающей средой, а частично – за счет изменения температуры реакционной смеси.
Слайд 18Классификация химических реакторов
По фазовому составу реакционной смеси:
реакторы для проведения гомогенных процессов
(газофазных и жидкофазных)
реакторы для проведения гетерогенных процессов
реакторы для проведения гетерогенно-каталитических
процессов (контактные аппараты).
По конструктивным характеристикам:
емкостные реакторы
колонны
трубчатые реакторы
печи (реакторы для высокотемпературных процессов)
и другие.