РЕАКТОРЫ В ГЕТЕРОГЕННОЙ СИСТЕМЕ ГАЗ – ЖИДКОСТЬ

Реакторы в гетерогенной системе газ-жидкость достаточно широко распространены как в синтезе органических, так и неорганических веществ.

При реализации реакций в данной системе разработчики реакторов стремились, в первую очередь, создать развитую поверхность контакта обеих фаз, так как очень часто кинетика химической реакции не являлась лимитирующей стадией, а процесс определялся либо скоростью диффузии одного из реагентов, либо способом отвода или подвода теплоты.

Количество продуктов, образующихся в реакторе в единицу времени, может быть записано в виде известного уравнения массопередачи:

M = K_м · F · ΔC, (4.1)

где К_м – коэффициент массопередачи, который может быть записан следующим образом [5]:

, (4.2.)

где - коэффициент массоотдачи от газа к поверхности жидкости, м/с;

- коэффициент массоотдачи внутри объема жидкости, отражающий скорость внутреннедиффузионной стадии, м/с;

- константа скорости химической реакции, м/с;

- поверхность реакции, м²;

- средняя разность концентраций в газовой и жидкой фазах в выделенном объеме реактора, .

Увеличение двух первых составляющих уравнения (4.1.) приводит к росту удельной производительности реактора. Поэтому в каждом из реакторов стремятся к увеличению либо коэффициента массопередачи К_м, либо поверхности массообмена, либо обеих составляющих.

Но очень часто в чрезмерное увеличение коэффициента массопередачи и поверхности контакта фаз вмешивается решение вопросов теплообмена для поддержания оптимальной температуры в реакционной зоне, особенно при больших тепловых эффектах реакции.

При больших тепловых (эндо- или экзо-) эффектах реакции и технологической необходимостью проведения реакций в условиях, близких к изотермическим, лимитирующим процессом в реакторе становится процесс теплообмена, обеспечивающий изотермичность реакционной зоны

Решение именно этих задач лежит в основе конструктивного оформления реакторов в системе газ-жидкость.

Классификацию реакторов в этой системе удобно осуществлять по способу создания развитой межфазной поверхности и поддержанию заданной температуры в реакционной зоне.

По этим признакам реакторы можно разделить на следующие группы:

а) реакторы колонного типа;

б) барботажные реакторы;

в) реакторы пленочного типа;

г) реакторы с интенсивным диспергированием реагентов.