Классификация химических реакторов

В основу классификации химических реакторов положены три принципа: организационно-техническая структура опера­ций, осуществляемых в реакторе, характер теплового режима и режима движения компонентов.

По организационно-технической структуре операций хими­ческие реакторы делятся на реакторы периодического действия и реакторы 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 реакторов периодического действия нестационарен во времени и требует изменения параметров процесса (температура, давление и др.) для компенсации этого падения и поддержания скорости процесса на заданном уровне. Для реакторов непрерывного действия характерно постоянство движущей силы процесса во времени вследствие постоянства концентрации реагентов в ходе процесса. Поэтому режим работы реакторов непрерывного действия стационарен во времени и не требует корректировки параметров процесса.

Производительностъ реакторов рассчитывается но уравнению:

где m — масса продукта, полученная за время цикла работы реактора,

τ_р, τ_з, τ_в — время химического процесса, загрузки компо­нентов в реактор и выгрузки продуктов из ре­актора, соответственно.

Поскольку в непрерывном процессе τ_з = τ_в = 0, то производительность реакторов непрерывного действия выше, чем у реакторов периодического действия при прочих равных условиях.

Эффективность работы химического реактора во многом зависит от его теплового режима, влияющего на кинетику, состояние равновесия и селективность процесса, протекающего в реакторе. По тепловому режиму химические реакторы подразде­ляются на:

— реакторы с адиабатическим режимом, в которых отсут­ствует теплообмен с окружающей средой и тепловой эффект химической реакции полностью затрачивается на изменение температуры в реакторе;

— реакторы с изотермическим режимом, для которых харак­терно постоянство температуры в реакторе, что обеспечивается подводом или отводом тепла из реактора;

— реакторы с политропическим режимом, характеризую­щиеся подводом или отводом тепла из реактора при изменяю­щейся температуре в нем. За счет этого в реакторе устанавлива­ется заданный тепловой режим и достигается автотермичность процесса. Реакторы этого типа наиболее распространены в хи­мическом производстве.

Реакторы непрерывного действия. Химические реакторы непрерывного действия по режиму движения компонентов делятся на реакторы идеального вытес­нения (РИВ-Н), реакторы идеального смешения (РИС-Н) и ре­акторы промежуточного типа (РПТ-Н).

Реакторами идеального вытеснения называются реакторы непрерывного действия, в которых осуществляются ламинар­ный гидродинамический режим. В них поток реагентов движет­ся в одном направлении по длине реактора без перемешивания, обратного или поперечного перемещения. В РИВ-Н параметры, движущая сила процесса и скорость процесса изменяются по длине реактора (во времени), причем отклонение средней дви­жущей силы от постоянного значения является максимальным.

Реакторами идеального (полного) смешения называются ре­акторы непрерывного действия, в которых осуществляется тур­булентный гидродинамический режим. В них потоки реагентов смешиваются друг с другом и с продуктами химического пре­вращения. В РИС-Н параметры, движущая сила процесса и ско­рость процесса постоянны по объему реактора (то есть во време­ни), причем отклонение средней движущей силы от постоянно­го значения равно нулю.

Реакторы промежуточного типа занимают по характеру из­менения параметров и движущей силы процесса промежуточ­ное место между этими крайними случаями.