Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
В основу классификации химических реакторов положены три принципа: организационно-техническая структура операций, осуществляемых в реакторе, характер теплового режима и режима движения компонентов.
8.1.1. По организационно-технической структуре операций реакторы делят на реакторы периодического и непрерывного действия.
Для реакторов периодического действия характерно падение движущей силы процесса во времени вследствие уменьшения концентрации реагентов в ходе процесса. Это приводит к тому, что режим работы реакторов периодического действия нестационарен во времени и требует изменения параметров процесса (температуры, давления и т.д.) для компенсации этого падения и поддержания скорости процесса на заданном уровне (рис.8.1).
сА, Т, Р
сА,0
сА
сА, Т, Р
Рис. 8.1. Режим работы реактора периодического действия
сА,0, сА, – концентрации реагента А начальная и в момент ;
Т, Р – температура и давление в реакторе.
Для реакторов непрерывного действия характерно постоянство движущей силы процесса во времени вследствие постоянства концентраций реагентов в ходе процесса. Поэтому режим работы таких реакторов стационарен во времени и не требует корректировки параметров процесса (рис. 8.2).
сА,, Т, Р
сА,0 сА,
Т
Р
Рис. 8.2. Режим работы реактора непрерывного действия
В общем виде производительность реактора рассчитывают по формуле:
П = , (8.1)
где т – масса продукта, полученного за время цикла работы реактора;
– время химического процесса, загрузки компонентов и выгрузки продуктов, соответственно.
Так как в непрерывном процессе , то производительность реакторов непрерывного действия выше, чем реакторов периодического действия при прочих равных условиях.
Реакторы классифицируют также по температурному режиму и степени перемешивания. По температуре процесса реакторы делят на высокотемпературные и низкотемпературные, по давлению – на реакторы, работающие при высоком, повышенном, нормальном и низком (под вакуумом) давлении. По типу процесса реакторы классифицируют на гомогенные и гетерогенные.
8.1.2. По температурному режиму реакторы и проводимые в них процессы разделяют на адиабатические, изотермические и политермические.
Адиабатические реакторы при спокойном (без перемешивания) течении потока реагентов не имеют теплообмена с окружающей средой, т.е. имеют хорошую теплоизоляцию. При этом все тепло экзотермической реакции аккумулируется потоком реагирующих веществ. Температурный режим в любой точке по фронту реактора описывается уравнением:
T k = T н х, (8.2)
где: T k, T н – конечная и начальная температуры системы;
Qp / – тепловой эффект процесса при полном переходе основного компонента из одного состояния в другое;
G – масса реакционной смеси;
с – средняя теплоемкость смеси в интервале температур Т н– Т к;
х – степень превращения.
Если обозначить Q p/ / G c = , то вышеприведенное уравнение является линейным и его можно записать следующим образом
Т к = Т н (8.3)
Знак «+» соответствует экзотермической реакции, знак «–» – эндотермической. представляет собой тангенс угла наклона графика зависимости температуры от степени превращения сырья, изображенного на рис. 8.3.
Т Т
tg Тн
Тк
Тк
xp xp
Тн
х х
а) б)
Рис.8.3. Изменение температурного режима по фронту
адиабатического реактора
а) – экзотермическая реакция; б) – эндотермическая реакция.
По времени контакта реагентов, которое пропорционально габаритам реактора H(L) ( = H/ w), степень превращения и температура в адиабатическом реакторе изменяются также по сложным кривым (рис. 8.4, 8.5).
Х,Т Т
1
Хр
Tk 2
Тн
0 Н(L) 0 H,
Рис. 8.4. Изменение степени превращения Х Рис. 8.5. Температурная характеристика изо-
и температуры Т по высоте Н (длине L) термического (1) и политермического реак-
адиабатического реактора торов (2)
Изотермические реакторы имеют постоянную температуру во всех точках реакционного объема, т.е. Тк = Тср во времени и пространстве в соот-ветствии с графиком 1 на рис. 8.4. Изотермический режим более выгоден для производства и облегчает автоматизацию технологического процесса в реакторе по сравнению с адиабатическим режимом.
Изотермический режим может быть достигнут в реакторах с мешалкой или в кипящем слое. В таких реакторах гидродинамический режим обеспечивает приближение к полному перемешиванию с продуктами реакции и инертными компонентами. При этом температура в экзотермических реакто-рах повышается, а в эндотермических понижается до конечной сразу после поступления исходных веществ в реакционное пространство. Можно приблизиться к изотермическому режиму путем подвода тепла для компенсации эндотермического эффекта или отвода тепла в экзотермическом процессе.
Политермические реакторы характеризуются частичной компенсацией тепла реакции путем отвода (подвода) теплоты. К политермическим относят реакторы с малой степенью смешения реагирующих веществ и теплооб-менниками, помещенными внутрь реакционного объема, например, трубчатые контактные аппараты. Температура по высоте (длине) реактора изменяется по характерной кривой (рис. 8.5).
Дата публикования: 2015-10-09; Прочитано: 528 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!