Законы сохранения в закрытой системе Закон сохранения массы Закон сохранения энергии
 Скачать 419.5 Kb.
|
Требования предъявляемые к промышленным химическим реакторам.
Производительность химического реактора – количество полученного продукта или переработанного сырья в единицу времени. Интенсивность – производительность, отнесенная к какой-либо величине, характеризующей размеры реактора (объем или площадь сечения) 2. Высокий выход продукта и наибольшая селективность процесса. Эти показатели обеспечиваются оптимальными параметрами процесса: температура, давление, концентрация исходных реагентов и продуктов реакции. Высокий выход продукта обычно находится в обратной зависимости от интенсивности работы реактора. С повышением объемной скорости VK степень превращения Х неизбежно снижается в то время, как интенсивность процесса возрастает. В циклических схемах преимущество отдают интенсивности, а в схемах с открытой цепью преимущество отдают высокой степени превращения при наибольшей селективности процесса. Пример: а) в циклической схеме синтеза NH3 VK достигает 40000 . При этом выход (степень превращения, составляет только за один цикл). б) открытая схема получения H2SO4 в процессе окисления SO2 до SO3 при скорости всего 600 получают степень превращения до 99,99%. Это исключает санитарную очистку отходящих газов от SO2. 3. Минимальные энергетические затраты на превращение и транспортировку реагентов через реактор. Это наилучшее использование тепла экзотермических реакций или теплоты, которая подводится извне при проведении процесса. Можно уменьшить затраты электроэнергии на перемешивание за счет уменьшения скоростей потоков реагентов или за счет уменьшения числа оборотов перемешивающих устройств. Это приведет к снижению интенсивности работы реактора и к снижению степени превращения исходного сырья в конечный продукт. Это нерационально. Снижение энергетических затрат на транспортировку газов и жидкости может быть достигнуто за счет снижения гидравлического сопротивления реактора. Это можно достигнуть изменением конструкции реактора.
Эти условия обеспечиваются рациональной конструкцией реактора, с малыми колебаниями параметров технологического режима, позволяющими легко и полностью автоматизировать работу реактора.
Одновременное выполнение всех требований практически невозможно, поскольку они в значительной степени противоречивы, и рациональность определяется влиянием на себестоимость и качество продукта. Технологическая классификация реакторов. При выборе типа реактора и его проектировании необходимо учитывать сложность протекающих в нем технологических процессов. В большинстве случаев кроме основного конструктивного элемента, в котором происходит превращения сырья в продукт, реакторы имеют вспомогательные конструктивные элементы, которые предназначены для проведения физических процессов, сопровождающих химическую реакцию. Такими элементами являются – мешалки - насосы - теплообменники - устройства для контактирования или разделения фаз. Химические реакторы могут отличаться и по способу действия. Отсюда следует, что трудно дать относительно простую и одновременно исчерпывающую классификацию химических реакторов. В большинстве случаев химические реакторы классифицируют по тем факторам, которые оказывают существенное влияние на выбор метода их расчета. Основные факторы:
Технологическая классификация реакторов.
все реагенты вводятся до начала реакции, а смесь продуктов отводится по окончание процесса. Химические реакторы непрерывного действия характеризуются установившимся потоком реагентов через реакционное пространство. Химические реакторы полупериодического действия: одно из исходных веществ может вводиться до начала процесса в полном объеме. Другое будет дозироваться равномерно во время протекания химического процесса. Кроме того работа таких реакторов может быть основана на непрерывном удалении одного из продуктов превращения методом дистилляции или ректификации.
а) реакторы емкостного типа. Обязательно предусматривают перемешивание реакционной среды либо механическими мешалками, либо циркуляционными насосами или другими приемами. Процесс ведется при интенсивном перемешивании реакционной среды. Может быть отнесен к режиму идеального смешения. б) трубчатые реакторы. Отсутствует полностью перемешивание реакционной среды. Перемешивание может иметь только локальный характер за счет неравномерности скоростей потока реакционной среды, которые могут быть вызваны различными завихрениями. Приближается к режиму идеального вытеснения. в) промежуточный режим между идеальным смешением и идеальным вытеснением – реактор смешанного типа. 3) По тепловому режиму. Изотермический реактор: если температура практически одинакова во всем реакционном пространстве и равна температуре потока питания. Процесс протекает при полном теплообмене с окружающей средой. Адиабатический реактор – реактор с практически полным отсутствием теплообмена между реакционным пространством и окружающей средой. Температура реагирующей смеси зависит от теплового эффекта протекающих химических реакций. В случае экзотермических реакций температура будет постоянно расти. В случае эндотермических реакций температура будет постоянно падать. Умеренный теплообмен между реакционным пространством и окружающей средой характерен для политермических реакторов.
Гомогенные химические реакторы предназначены для проведения реакций в одной фазе. Гетерогенные химические реакторы предназначены для проведения процессов в различных фазах. Главной задачей технолога, применяющего тот или иной тип реактора, является получение продукта с максимальным выходом, но требуемого качества и с минимальными затратами. Отыскание и поддержание оптимальных показателей процесса, которые обеспечат выполнение трех требований, обязывает инженера – технолога учитывать не только химизм процесса, но и гидродинамику, и диффузию, и теплопередачу, и экономику. |