Сравнение и выбор типа реактора

1. СРАВНЕНИЕ И ВЫБОР ТИПА РЕАКТОРА

2.

Сравнение и выбор определенного типа реактора сложная
техническая задача, для решения которой необходим
совместный анализ большого числа технологических и
экономических факторов.
Приведенные примеры достаточно условны и не могут
рассматриваться как обязательные Правила.
Удельная производительность— величина его , численно
равная количеству основного продукта, получаемого с единицы
реакционного объема в единицу времени (в случае
гетерогенно-каталитических реакций объем продукта можно
относить к единице массы катализатора).
Удельная производительность может иметь различные
единицы измерения: кг/ (м3с), кг/(кг с) или кмоль/(м3с)
Экономические расчеты показывают, что для процессов с
высокой производительностью лучше всего использовать
непрерывные процессы, т.к. уменьшаются кап.затраты.

3.

Скорость реакции.
Сравнение непрерывно действующего реактора и
реактора периодического действия показывает, что
для достижения одной и той же величины
удельной
производительности
в
аппаратах
требуется разное время.
В последнем случае к чистому времени химического
процесса т необходимо добавить дополнительное
время to, связанное с периодичностью процесса и
непроизводительными
затратами
времени
(загрузка, выгрузка, охлаждение, разогрев и др .).

4.

Влияние дополнительного времени сильнее всего
проявляется при проведении химических превращений,
которые протекают с высокой скоростью, что делает
явно невыгодным использование в этом случае
периодического реактора. Однако для реакций,
протекающих медленно и в малом объеме, реакторы
периодического действия распространены достаточно
широко.
Для реакций, протекающих длительное время
(например,
полимеризации),
наименьший
реакционный объем будет при использовании
каскада
аппаратов
с
перемешиванием.

5.

Объем реактора. Известно, что количество теплоты, которое
выделяется или поглощается в химическом процессе, всегда
пропорционально количеству реагирующих веществ или, что то
же самое, реакционному объему.
В свою очередь объем реактора и площадь его поверхности
неодинаково зависят от основного размера аппарата — его
диаметра. Объем аппарата пропорционален его диаметру в
третьей степени, а площади поверхности — только во второй.
Отсюда следует, что при прочих равных условий с увеличением
размеров аппарат;(его реакционного объема) уменьшается
удельный теплосъем в нем, т. е. количество теплоты, приходящееся на единицу поверхности реактора.
Это значит, что при ограниченном (неинтенсивном) теплообмене с окружающей средой на практике целесообразно
использовать реакторы большого размера (аппараты с большими реакционными объемами), а при интенсивном—
наоборот, с малыми реакционными объемами (небольшие
аппараты).

6.

Анализ кинетических факторов приводит к следующим
заключениям:
Выход продукта. Сравнение выхода продукта в
непрерывнодейующих реакторах идеального смешения и
вытеснения (или периодически действующего реактора
идеального смешения), при постоянной степени
превращения показывает, что в случае последовательных
реакций
целесообразно
использовать
реактор
периодического действия или вытеснения.
Объем реактора . В случае последовательных реакций
при постоянной степени превращения объем реактора
вытеснения всегда меньше объема реактора смешения ,
поэтому
целесообразно
использовать
реактор
периодического
действия
или
вытеснения.

7.

Влияние порядка реакции.
Для проведения простых реакций первого порядка в
каскаде
аппаратов
идеального
смешения
их
реакционные объемы должны быть постоянны, а когда
реакции сложные и порядок основной реакции выше,
чем побочных реакций, объемы аппаратов в каскаде
постепенно увеличиваются.
Относительная эффективность аппаратов смешения к
вытеснению =
(Производительность смешения/Производительность вытеснения)
для реакций различных порядков приведена на
рисунке.

8.

1- нулевой порядок
2-первый порядок
3-второй порядок

9.

Видно, что ее различие тем больше, чем выше
степень
превращения
и
порядок
реакции.
Следовательно, наиболее высокопроизводительны в
большинстве случаев реакторы непрерывного
вытеснения.
Вместе с тем широкие распространение
гетерогенных процессов, особенно сопровождаемых
интенсивными
эндотермическими
реакциями,
требует применения аппаратов с интенсивным
перемешиванием взаимодействующих фаз, т.е.
аппаратов непрерывного смешения.
Для увеличения производительности таких
аппаратов широко используют их секционирование
или
организацию
каскада
последовательно
соединенных аппаратов .

10.

Селективность.
Существует общее правило, по которому на основе вида
кривой степень превращения — селективность
устанавливают связь между избирательностью химического
процесса и его аппаратурным оформлением. Если эта
зависимость нисходящая, то следует выбирать либо
аппарат смешения периодического действия, либо
аппарат вытеснения, а для реакций с возрастающей
зависимостью аппарат смешения непрерывного действия.

11.

Замечание!
Все сказанное выше относится к реакторам в
которые работают в изотермическом режиме. Такие
реакторы достаточно редки, т.к. удерживать
изотермический режим стоит больших затрат
(капитальных и энергетических).
При наличии теплопереноса с экзо-эффектамипри степенях превращения до 0,6-0,8 наиболее
целесообразно использовать РИС, если степень
превращения выше 0,6-0,8, то
благоприятно
использовать РИВ.
При наличии теплопереноса с эндо –
эффектами ранее высказанные предположения
остаются- реактор идеального вытеснения лучше
реактора РИС.