химический каталог




РЕАКТОРЫ ХИМИЧЕСКИЕ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

РЕАКТОРЫ ХИМИЧЕСКИЕ (от лат. rе- приставка, означающая обратное действие, и actor - приводящий в действие, действующий), пром. аппараты для осуществления химический реакций. Конструкция и режим работы РЕАКТОРЫ ХИМИЧЕСКИЕ х. определяются типом реакции, фазовым состоянием реагентов, характером протекания процесса во времени (периодический, непрерывный, с изменяющейся активностью катализатора), режимом движения реакционное среды (периодический, полупроточный, с рециклом), тепловым режимом работы (адиабатический, изотермический, с теплообменом), типом теплообмена, видом теплоносителя. По типу конструкции РЕАКТОРЫ ХИМИЧЕСКИЕ х. подразделяют на емкостные, колонные, трубчатые (рис. 1). Емкостные РЕАКТОРЫ ХИМИЧЕСКИЕ х.-полые аппараты, часто снабженные перемешивающим устройством. Перемешивание газо-жидкостных систем может производиться барботированием газообразного реагента. Теплообмен осуществляется через поверхность РЕАКТОРЫ ХИМИЧЕСКИЕ х. или путем частичного испарения жидкого компонента реакционное смеси. К реакторам этого типа относят также аппараты с неподвижным или псевдоожиженным слоем (одним или несколькими) катализатора (см., например, Псевдоожижение). В многослойных реакторах теплообмен осуществляется смешением потоков реагентов или в теплообменных элементах аппарата. В емкостных РЕАКТОРЫ ХИМИЧЕСКИЕ х. проводят непрерывные, перио-дич. и полупериодической процессы (см. Непрерывные и периодические процессы).



Рис. 1 Основные типы химический реакторов: а-проточный емкостный реактор с мешалкой и теплообменной рубашкой; б - многослойный каталитических реактор с промежуточными и теплообменными элементами; в-колонный реактор с насадкой для двухфазного процесса; г-трубчатый реактор; И-исходные вещества; П- продукты реакции; Т - теплоноситель; К - катализатор; Н-насадка; ТЭ теплообмен-ные элементы.

Колонные РЕАКТОРЫ ХИМИЧЕСКИЕх. могут быть пустотелыми либо заполненными катализатором или насадкой (см. Насадочные аппараты). Для улучшения межфазного массообмена применяют диспергирование с помощью разбрызгивателей (см. Распыливание), барботеров, механические воздействия (вибрация тарельчатой насадки, пульсация потоков фаз) или насадки, обеспечивающей высокоскоростное пленочное движение фаз. РЕАКТОРЫ ХИМИЧЕСКИЕх. данного типа используют в основные для проведения непрерывных процессов в двух- или трехфазных системах. Трубчатые РЕАКТОРЫ ХИМИЧЕСКИЕх. применяют часто для каталитических реакций с теплообменом в реакционное зоне через стенки трубок и для осуществления высокотемпературных процессов газификации. При одновременном скоростном движении несколько фаз в таких реакторах достигается наиболее интенсивный межфазный массообмен. Специфич. особенностями отличаются РЕАКТОРЫ ХИМИЧЕСКИЕ х. для электрохимический (см. Электролиз), плазмохимический (см. Плазма-химическая технология) и радиационно-химический (см. Радиацион-но-химическая технология) процессов.

При расчете РЕАКТОРЫ ХИМИЧЕСКИЕ х. определяют необходимые для достижения заданной производительности и селективности процесса объем аппарата, скорость потока, поверхность теплообмена, гидравлич. сопротивление, режим работы, конструктивные параметры (уточняются на основании аэродинамич. испытаний). Расчет выполняют на основе данных по термодинамике и кинетике реакций, скорости тепло- и массообмена (см. Макрокинетика)с учетом структуры потоков в аппаратах. Наиб. полный расчет, проводимый методом моделирования с использованием ЭВМ, включает определение полей температуры и концентрации, оптим. режима, схемы теплообмена и циркуляции (см. Оптимизация), а также, наряду с выбором способа управления, анализ устойчивости режима. См. также Массообмен, Перемешивание, Печи, Пленочные аппараты, Теплообмен.

Литература: Левеншпиль О., Инженерное оформление химических процессов пер. с англ., М., 1969; Дидушинский Я., Основы проектирования каталити ческих реакторов, пер. с польск., М., 1972; Расчет химико-технологических процессов, под ред. И. П. Мухленова, Л., 1976; Общая химическая технология, ч. 1. Теоретические основы химической технологии, 4 изд., М., 1984, с. 77-119 Кутепов А. М., Бондарева Т. И., Беренгартен М. Г., Общая химичес кая технология, 2 изд., ч. 1, М., 1990, с. 63-169. B.C. Бесков

Динамические режимы химический реакторов характеризуются изменением во времени параметров, определяющих состояние процесса (концентрация, температура, давление и др.). В дина-мич. режиме всегда функционирует реактор периодической действия, в котором ход процесса изменяется от момента загрузки сырья до выгрузки готового продукта. Реактор непрерывного действия должен работать в стационарном, неизменном во времени режиме. Однако из-за неизбежных внешний возмущений, например изменения состава сырья, условий отвода или подвода теплоты, возникают отклонения от стационарного режима. Они может быть незначительными и существенными, приводящими к заметным изменениям качества продукта, производительности реактора и даже к авариям. Динамич. режимы реакторов непрерывного действия исследуют с помощью их мат. моделей в виде диффе-ренц. уравений в обыкновенных или частных производных.

Динамич. режимы непрерывно действующего реактора идеального смешения, в котором протекает экзотермодинамически реакция первого порядка, описываются безразмерной системой уравений, составленной на основе материального (1) и теплового (2) балансов:



где х, у -переменные, пропорциональные соответственно концентрации реагирующего вещества и температуре в реакторе; x0, y0-те же переменные для потока на входе реактора; ут - переменная, пропорциональная температуре окружающей среды; l-констан та, пропорциональная расходу потока на входе реактора, b-константа, пропорциональная коэффициент теплопередачи и площади поверхности теплообмена с окружающей средой; т-время.

Стационарные режимы реактора определяются условием dx/dт = dy/dт = 0. Решение уравений (1), (2) при этом дает значения xs и ys для стационарного состояния. В зависимости от параметров реактора стационарных состояний может быть одно или три; в общем случае их всегда нечетное число.

Динамич. режимы исследуют с помощью фазовой плоскости x, у. Решения системы (1), (2) являются функциями времени х(т), y(т) и начальных условий. Каждому мгновенному состоянию реактора (рис. 2) в момент тк соответствует на плоскости х, у некоторая точка М, называют изображающей. При изменении т эта точка будет двигаться по фазовой плоскости; траектория точки называют фазовой. Вся совокупность траекторий, отвечающих различные начальным условиям, представляет собой фазовый портрет системы, который однозначно отражает динамич. режимы.

Стационарные состояния реактора изображены на фазовых портретах спец. точками (А, В, С). Направление изменения режима реактора указывается стрелками. Если траектория стремится к стационарному состоянию, то оно устойчиво, а режим реактора работоспособен. Если траектория выходит из стационарного состояния, то оно неустойчиво. Исследования устойчивости стационарных состояний - одна из главных задач изучения динамич. режимов.

На рис. 2 представлены фазовые портреты системы, отражающие наиболее интересные динамич. режимы функционирования химический реакторов. Портрет а соответствует режиму с единств. устойчивым стационарным состоянием А, при отклонении от которого переменные х и у стремятся в него вернуться. Спиральный характер траекторий на портрете б означает, что режим приближения к единств. стационарному состоянию А является колебательным затухающим.

Траектории на портрете в, отвечающие неустойчивому стационарному состоянию А, уходят от него и стремятся к замкнутой траектории Г, называют предельным циклом. Движение изображающей точки по Г означает незатухающие колебания х и у. Исследования таких режимов (автоколебаний)-еще одна задача изучения динамич. режимов. Портрет г соответствует режиму с тремя стационарными состояниями, одно из которых неустойчиво. Принципиально возможен случай, когда все стационарные состояния неустойчивы. При этом они охватываются предельным циклом. Изучение динамич. режимов позволяет решать проблемы оптим. конструирования и автоматизации химический реакторов.



Рис. 2. Фазовые портреты химический реакторов: а-устойчивый режим с монотонным приближением к единств. стационарному состоянию А; б-устойчивый режим с колебательное приближением к состоянию А; в-автоколебательное режим, от стационарного состояния А режим переходит на предельный цикл Г; г-случай трех стационарных состояний, из которых А и С устойчивы, В-неустойчиво.

Литература: Вольтер Б. В., Сальников И. Е., Устойчивость режимов работы химических реакторов, 2 изд., М., 1981; Aris R., Mathematical modelling techniques, S. F., 1979. Б. В. Вольтер.

Химическая энциклопедия. Том 4 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
шкафы абонентские из металла
стол обеденный твист 700
Мебель для столовой Classico купить
чистка кондиционера одинцово

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(24.02.2017)