Неизотермический процесс в химическом реакторе. Организация теплообмена в реакторе и температурные режимы

Химическое превращение связано с изменением энтальпии реагирующей смеси, выделением или поглощением теплоты. Это изменяет температуру процесса и значит влияет на скорость химического превращения.

В ходе процесса возможен обмен теплотой с теплоносителем, что позволяет создавать желаемые температурные условия протекания реакции.

Рассмотрим варианты организации тепловых потоков.

1) В случае адиабатических процессов, выделяющихся в ходе экзотермической реакции теплота нагревает реакционную смесь и отводится вместе с ней из реактора.

Теплота, потребляемая эндотермической реакцией, поступает с исходным веществом, а продукт выходит охлажденным.

В реакторах, близких к режиму идеального вытеснения (ИВ), температура реакционной смеси меняется по мере ее продвижения и процесс в реакционной зоне – неизотермический.

В реакторах близких к режиму идеального смешения (ИС) процесс в реакционной зоне протекает изотермически, хотя в целом процесс считается адиабатическим. Т.к. выделяемая или затрачиваемая теплота реакции расходуется только на нагрев или охлаждение реакционной смеси.

2) В реакторах с циркулирующим теплоносителем последний обеспечивает отвод или подвод теплоты в реакционную зону.

Теплообмен может осуществляться через поверхность ограничивающую место протекания реакции, как это организованно в емкостном аппарате или в трубчатых реакторах.

Теплообменник может быть встроен в реакционную зону, как в реакторе типа печь.

Смесь реагентов может циркулировать через выносной теплообменник. Это обеспечивает теплообмен непосредственно в реакционной зоне.

Другой способ отвода тепла из зоны реакции является испарение части реакционной смеси в процессе протекания реакции. Образующиеся пары конденсируют для возврата в реактор, что делает схему теплообмена аналогичной с выносным теплообменником.

Возможен отвод тепла только за счет испарения жидкости, обычно растворителя(напр при барботаже).

Изменяя давление в реакторе изменяют содержание уносимых паров в газовом потоке и тем самым количество теплоты, отводимой с ним.

Температурный режим в таких реакторах может быть изотермическим (а аппаратах с интенсивным перемешиванием) или с переменной температурой (в трубчатых реакторах).

В многослойных реакторах или в последовательности реакторов теплообмен осуществляется с помощью поверхностных теплообменников, расположенных вне реакционной зоны, а так же вводом холодной или горячей реакционной смеси или ее компонентов в сам реактор.