Классификация промышленных реакторов
Среди реакторов с частичным теплообменом особый интерес представляют автотермические реакторы, в которых реакционное тепло используется для нагрева входящего потока до температуры реакции.
Несмотря на наличие теплообмена, такой реактор в целом является адиабатическим, так как отсутствует теплообмен с внешней средой.
Автотермические реакторы энергетически выгодны и используются, особенно в крупнотоннажных производствах.
Классификация промышленных реакторов
Промышленные реакторы классифицируют также по
внешней форме и конструктивным характеристикам.
Габариты и конструкционные элементы реактора непосредственно не влияют на протекание химического процесса, их влияние проявляется через создающиеся в реакционной зоне условия (концентрационные и температурные поля).
Конструирование реактора направлено на создание такой конструкции, которая обеспечивает протекание в нем химического процесса в условиях, максимально близких к режиму теоретической оптимизации.
Возможность создания таких условий в промышленном реакторе достигается путем включения в его конструкцию различных структурных элементов.
Структурные элементы промышленных реакторов
1) входное устройство – для ввода сырья в реактор, иногда в виде нескольких потоков;
2) реакционная зона – объем, в котором протекает химическое превращение. В нем может находиться катализатор;
3) смеситель потоков – устройство, обеспечивающее однородность контакта реагентов во всем объеме реакционной зоны;
4) теплообменное устройство – для компенсации теплового эффекта реакции и регулирования температурного режима в реакционной зоне;
5) выходное устройство – для удаления продуктов реакции, иногда несколькими потоками.
ОРГАНИЗАЦИЯ РЕАКЦИОННЫХ ПОТОКОВ В РЕАКЦИОННОЙ ЗОНЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ РЕАКТОРОВ
Входные и выходные
Эти устройстваустройствапредназначены для организации процесса в реакторе: входное устройство необходимо для ввода исходных реагентов в реакционную зону, а выходное
– вывода из нее продуктов реакции.
Пространственное разделение выходных и входных устройств – обязательное условие для проточных реакторов, в которых функции этих устройств непрерывны и совпадают по времени.
В периодических реакторах эти устройства при необходимости могут быть совмещены.
Входные и выходные
устройства
Входное устройство обеспечивает в проточном реакторе непрерывный ввод исходных веществ в реакционную зону, иногда в виде нескольких потоков.
Важнейшим условием при этом является количественное и качественное постоянство входящих потоков во времени, поэтому предъявляются особые требования к конструкции входных устройств реактора.
Входные и выходные
В проточном реактореустройствавходное устройство должно выполнять две функции.
Во-первых, обеспечивать однородность по составу входящего потока во времени.
Такая задача возникает, когда два сырьевых потока поступают в реактор через один входной патрубок.
В этом случае появляется необходимость быстрого перемешивания входящих потоков до однородного состава.
Входные и выходные
устройства
Во-вторых, входное устройство должно обеспечивать равномерное распределение входящего потока по всему сечению реакционной зоны. В случае неравномерного распределения различные части объема реакционной зоны работают не в одинаковых условиях и эффективности работы реактора в целом снижается. Равномерность распределения потока особенно важна для многотоннажных реакторов, диаметр которых достигает до 10 м и более.
Смесители и распределители потоков
Смесители потоков
Смешение можно ускорить инжекцией одного сырьевого потока в другой (а), подачей встречных потоков (б) и применением статических смесителей. В последнем случае в трубе устанавливают последовательно винтообразные вставки, каждая из которых поочередно закручивает поток в обратную сторону. В таком устройстве даже несмешивающиеся фазы приобретают однородность и не расслаиваются (в, г).