ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ХИМИЧЕСКИМ РЕАКТОРАМ

Химические реакторы

Химическим реакторомназывается аппарат, в котором осуществляются химико-технологические процессы, сочетающие химические реакции с массопереносом (диффузией).

Например, в печном отделении сернокислотного цеха реакто­ром является печь обжига серы или колчедана; в контактном от­делении— контактный аппарат и т. д.

Вспомогательные аппараты, в которых осуществляются подготовительные операции — измельчение, растворение, осушка или увлажнение, нагрев или охлаждение, промывка и т. п., обычно расположены в технологической схеме как до реактора, так и после него. Основное назначение аппаратов, предшествующих ре­актору, заключается в подготовке сырья к реакции, а аппаратов, расположенных за реактором, — разделении продуктов реакции, концентрировании их или очистки от вредных примесей.

Иногда и вспомогательные операции (подогрев, измельчение, растворение, испарение, конденсация и т. п.), и собственно хими­ческое превращение могут происходить в одном и том же аппа­рате.

Правильность выбора конструкции реактора, материала, из которого он изготовлен, совершенство средств автоматизации, удобство и надежность в эксплуатации в значительной степени определяют эффективность всего технологического процесса.

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ХИМИЧЕСКИМ РЕАКТОРАМ

Многообразие химических и физических явлений, лежащих в основе разнохарактерных технологических процессов, выдвигает са­мые различные требования к химическим реакторам. Однако все без исключения реакторы должны удовлетворять следующим ос­новным требованиям: 1) обеспечивать наибольшую производи­тельность и интенсивность; 2) давать возможно более высокую степень превращения при максимальной селективности процесса; 3) иметь малые энергетические затраты на транспортировку и пе­ремешивание реагентов; 4) быть достаточно простыми в устройст­ве и дешевыми, для чего при изготовлении реакторов необходимо использовать черные металлы, недорогие изделия силикатной про­мышленности, недефицитные пластмассы и т. п.; 5) наиболее пол­но использовать теплоту экзотермических реакций и теплоту, под­водимую извне, для осуществления эндотермических процессов; 6) быть надежными в работе, по возможности наиболее полно ме­ханизированными и обеспечивать автоматическое регулирование процесса.

Однако перечисленные требования носят часто противоречивый характер. Например, увеличение степени превращения приводит к снижению производительности аппарата, а высокие механизация и автоматизация — к его удорожанию. Поэтому необходимо обеспечить такую совокупность выполнения требований, которая бы привела к наивысшей экономической эффективности работы реактора. Для этого учитывается вклад каждого из показателей в общий экономический эффект работы аппарата. Так, производительность химического реактора пропорциональна реакционному объему аппарата, объемной ско­рости, объемной концентрации продукта или основного исходногo вещества, плотности продукта, степень превращения основного исходного вещества в продукт, массе продукта реакции, времени работы реактора.

В аппарате идеального вытеснения степень превращения воз­растает по логарифмическому закону. При этом уменьшается кон­центрация исходных веществ в реакционном пространстве, что по законам кинетики снижает скорость реакции, а следовательно, производительность реактора и его интенсивность (рис.1). Таким образом, стремление к достижению степени превращения, близкой к равновесной, приводит к существенному уменьшению производительности аппарата.

Обычно наибольшие затраты энергии приходятся на сопротивление неподвижного (фильтрующего) слоя твердого материала.

Производительность аппарата при постоянстве всех остальных
параметров, в том числе и степени превращения, линейно увеличивается с ростом скорости движения материала. Сопротивление же движению реагентов растет по закону, близкому к квад­ратичному. Поэтому линейную скорость движения реагентов целесообразно увеличивать лишь до некоторого предела (рис. 3.2), определяемого экономическими соображениями (сопоставлением преимущества от увеличения производительности аппарата с затратами энергии на преодоление сопротивления.