ХИМИЯЛЫҚ РЕАКТОРЛАРДЫҢ НЕГІЗГІ ТҮРЛЕРІ

Химиялық реакторлардың негізгі түрлері

Әрбір химиялық өнімдер транспорттық құрылғылармен өзара дәйекті жалғастырылған әртүрлі құрылысты және арнайы тағайындалған аппараттарда алынады. Технологиялық үлгінің аппараттарының ішінде химиялық айналдыру жүретін аппараттарды, яғни негізгі технологиялық операция жүргізілетін аппараты атап көрсетуге болады. Мұндай аппараттар реакторлар деп аталады. Сонымен, ішінде масса тасымалдау (диффузиялық) процесі мен химия технологиялық процестер жүретін аппарат, химиялық реактор деп атайды.

Реактордың алдындағы аппараттардың негізгі міндеті -шикізатты реакцияға дайындау, ал реактордан кейінгі орналасқан аппараттардың міндеті - реакцияның өнімдерін бөлу, оларды шоғырландыру немесе зиянды қосымшалардан тазарту болып табылады.

Химиялық реакция деп реакцияға түсетін заттарды түрлендіретін процесті айтады. Ол түпнұсқадан өзгеше бір немесе бірнеше өнімге әкелетін өзгерістермен сипатталады. Химиялық реакциялар басқа сипатта болады. Бұл реактивтердің түріне, алынған затқа, синтез, ыдырау, орын ауыстыру, изомерлену, қышқыл-негіз, тотықсыздану, органикалық процестер және т. б.

Химиялық реакторлар - бұл соңғы өнімді шығаруға арналған реакцияларды өткізуге арналған ыдыс. Олардың дизайны әр түрлі факторларға байланысты және максималды өнімді ең үнемді түрде қамтамасыз етуі керек.

Үш негізгі химиялық реактор модельдері бар:

Мерзімді әрекет.

Араластырғышпен үздіксіз (HPM) .

Плунжер ағыны реакторы (RPR) .

Бұл негізгі модельдерді химиялық процестің талаптарына сәйкес өзгертуге болады.

ТОПТЫҚ РЕАКТОР

Осы типтегі химиялық агрегаттар өндіріс көлемі төмен, реакцияның ұзақ уақыттары бар партиялық процестерде немесе кейбір полимерлеу процестері сияқты жақсы селективтілікке қол жеткізілген жерлерде қолданылады.

Ол үшін, мысалы, ішкі жұмыс пышақтарымен, газ көпіршіктерімен немесе сорғылардың көмегімен араластырылатын тот баспайтын болаттан жасалған ыдыстар қолданылады. Температураны бақылау жылу алмастырғыш курткаларды, тозаңдатқыш салқындатқышты немесе жылу алмастырғыш арқылы айдау арқылы жүзеге асырылады.

Қазіргі кезде реакторлар химиялық және тамақ өнеркәсібінде қолданылады. Оларды автоматтандыру және оңтайландыру қиындықтар туғызады, өйткені үздіксіз және дискретті процестерді біріктіру қажет.

Жартылай пакеттік химиялық реакторлар үздіксіз және сериялық жұмысты біріктіреді. Биореактор, мысалы, мезгіл-мезгіл зарядталып, үздіксіз шығарылуы керек көмірқышқыл газын үздіксіз шығарады. Сол сияқты, хлорлау реакциясында әрекеттесуші заттардың бірі хлор газы болған кезде, егер ол үздіксіз енгізілмесе, оның көп бөлігі ұшып кетеді. Өндірістің үлкен көлемін қамтамасыз ету үшін негізінен үздіксіз жұмыс істейтін химиялық реакторлар немесе араластырғышпен немесе үздіксіз ағынмен металл ыдыстар қолданылады.

ҮЗДІКСІЗ АРАЛАСТЫРЫЛҒАН РЕЗЕРВУАРЛЫҚ РЕАКТОР

Сұйық реактивтер баспайтын болаттан жасалған сыйымдылықтарға құйылады. Жұмыс пышақтары өзара әрекеттесуді қамтамасыз ету үшін араластырылған. Осылайша, осы типтегі реакторларда әрекеттесетін заттар үздіксіз бірінші резервуарға беріледі (тік, болат), содан кейін олар келесі ыдыстарға енеді, әр резервуарға мұқият араласады. Қоспаның құрамы әр жеке бакта біркелкі болғанымен, тұтас жүйеде концентрация әр ыдыста әр түрлі болады.

Сыйымдылықта дискретті мөлшердегі реагенттің жұмсалатын орташа уақытын (тұру уақыты) резервуардың көлемін ол арқылы өтетін орташа көлемдік шығынға бөлу арқылы есептеуге болады. Химиялық кинетика көмегімен реакцияның аяқталуының күтілетін пайызы есептеледі.

Контейнерлер тот баспайтын болаттан немесе қорытпалардан жасалған, сонымен қатар эмаль жабыны бар.

HPM КЕЙБІР МАҢЫЗДЫ АСПЕКТІЛЕРІ

Барлық есептеулер идеалды араластыруға негізделген. Реакция соңғы концентрацияға байланысты жылдамдықпен жүреді. Тепе-теңдікте ағын жылдамдығы ағын деңгейіне тең болуы керек, әйтпесе резервуар толып кетеді немесе бос болады.

Бірнеше сериялы немесе параллель HPM-мен жұмыс істеу көбінесе тиімді. Бес-алты блок каскадына жиналған тотқа төзімді цистерналар ағынды реактор сияқты жұмыс істей алады. Бұл бірінші қондырғыға реакцияға түсетін заттардың үлкен концентрациясымен және реакция жылдамдығымен жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Сондай-ақ, HPM-дің бірнеше сатыларын әртүрлі контейнерлерде өтетін процестердің орнына тік болат ыдысқа салуға болады.

Көлденең нұсқада көп сатылы қондырғы әр түрлі биіктіктегі тік қалқалармен кесілген, ол арқылы каскадтарда қоспа өтеді.

Реагенттер жақсы араласпаған кезде немесе тығыздығымен айтарлықтай ерекшеленгенде, қарсы ағын режимінде тік көпсатылы реактор қолданылады (шыны қапталған немесе тот баспайтын болат) . Бұл қайтымды реакцияларды жүргізу үшін тиімді.

Кішкентай жалған сұйық қабат толығымен араласады. Үлкен коммерциялық сұйық қабатты реактор айтарлықтай біркелкі температураға ие, бірақ аралас және ығыстырылған ағындар мен олардың арасындағы ауыспалы күйлерді біріктіреді.

ҚОСЫЛАТЫН ХИМИЯЛЫҚ РЕАКТОР

RPP - бұл бір немесе бірнеше сұйық реактивтер құбыр немесе құбырлар арқылы айдалатын реактор (тот баспайтын болат) . Оларды құбырлы ағын деп те атайды. Оның бірнеше құбырлары немесе түтіктері болуы мүмкін. Реактивтер үнемі бір шетінен кіреді, ал екінші жағынан өнімдер шығады. Қоспаның өтуі кезінде химиялық процестер жүреді.

RPP-де реакция жылдамдығы градиентті болады: кіре берісте ол өте жоғары, бірақ реактивтер концентрациясының төмендеуімен және шығарылатын өнім құрамының жоғарылауымен оның жылдамдығы баяулайды. Әдетте динамикалық тепе-теңдік күйіне қол жеткізіледі.

Реактордың көлденең және тік бағыттары да кең таралған.

Жылу беру қажет болған кезде жекелеген түтікшелер күртешеленеді немесе қабықшалы және түтікті жылу алмастырғыш қолданылады. Екінші жағдайда химиялық заттар курткада да, құбырда да болуы мүмкін.

Саптамалары немесе ванналары бар үлкен диаметрлі металл контейнерлер RPP-ге ұқсас және кең қолданылады. Кейбір конфигурацияларда осьтік және радиалды ағын, кіріктірілген жылу алмастырғыштары бар бірнеше қабықшалар, реактордың көлденең немесе тік орналасуы және т. б.

Реагенті бар ыдысты гетерогенді реакцияларда фазааралық байланысты жақсарту үшін каталитикалық немесе инертті қатты бөлшектермен толтыруға болады.

RPM-де маңызды нәрсе - есептеулерде тік немесе көлденең араластыру ескерілмейді - бұл «штепсельдік ағын» терминін білдіреді. Реактивтерді реакторға тек кіріс кезінде ғана енгізуге болмайды. Осылайша, ЖСҚ-ның жоғары тиімділігіне қол жеткізуге немесе оның мөлшері мен құнын төмендетуге болады. RPM өнімділігі әдетте сол көлемдегі HPM-ге қарағанда жоғары. Поршенді реакторлардағы көлем мен уақыттың тең мәндері үшін реакция араластыру қондырғыларына қарағанда аяқталудың жоғары пайызына ие болады.

ДИНАМИКАЛЫҚ ТЕПЕ-ТЕҢДІК

Көптеген химиялық процестер 100 пайыз аяқтала алмайды. Олардың жылдамдығы бұл көрсеткіштің жоғарылауымен жүйе динамикалық тепе-теңдікке жеткенге дейін (жалпы реакция немесе құрам өзгермеген кезде) төмендейді. Көптеген жүйелердің тепе-теңдік нүктесі 100% аяқталғаннан төмен. Осы себепті қалған реакторларды немесе субөнімдерді мақсаттан бөліп алу үшін дистилляция сияқты бөлу процесін жүргізу қажет. Бұл реактивтерді кейде Хабер процесі сияқты процестің басында қайта пайдалануға болады

RPP ҚОЛДАНУ

Плунжерлі ағынды реакторлар қосылыстарды химиялық түрлендіру үшін қолданылады, өйткені олар құбыр тәрізді жүйеде үлкен масштабты, жылдам, біртектес немесе гетерогенді реакциялар, үздіксіз өндіріс және жоғары жылу процестері үшін қозғалады.

Идеал RPP-де тұрақты тұру уақыты бар, яғни t уақытында келетін кез-келген сұйықтық (поршень) оны t + τ уақытында қалдырады, мұндағы τ қондырғыда болу уақыты.

Мұндай типтегі химиялық реакторлар ұзақ уақыт жұмысының жоғары жылдамдығына, сондай-ақ жылу берудің керемет сипаттамаларына ие. RPP-нің кемшіліктері температураның жағымсыз төмендеуіне, сондай-ақ олардың қымбаттауына әкелуі мүмкін процестің температурасын бақылаудың күрделілігі болып табылады.

КАТАЛИТИКАЛЫҚ РЕАКТОРЛАР

Мұндай типтегі қондырғылар көбінесе ХҚО түрінде жүзеге асырылғанымен, олар күрделі техникалық қызмет көрсетуді қажет етеді. Каталитикалық реакцияның жылдамдығы химиялық заттармен байланысқан катализатордың мөлшеріне пропорционалды. Қатты катализатор мен сұйық реактивтер жағдайында процестердің жылдамдығы қол жетімді аймаққа, химиялық заттардың кіруіне және өнімдерді таңдауға пропорционалды және турбулентті араластырудың болуына байланысты.

Каталитикалық реакция іс жүзінде көп сатылы болады. Тек катализатормен әрекеттесетін тек бастапқы реактивтер ғана емес. Кейбір аралық өнімдер онымен әрекеттеседі.

Бұл процестің кинетикасында, әсіресе жоғары температуралы мұнай-химиялық реакцияларда катализаторлардың мінез-құлқы маңызды, өйткені олар агломерация, кокстеу және сол сияқты процестермен сөндіріледі.

ЖАҢА ТЕХНОЛОГИЯЛАРДЫ ҚОЛДАНУ

RPP биомассаны түрлендіру үшін қолданылады. Тәжірибелерде жоғары қысымды реакторлар қолданылады. Олардағы қысым 35 МПа-ға жетуі мүмкін. Бірнеше өлшемді қолдану тұру уақытын 0, 5-тен 600 с-ге дейін өзгертуге мүмкіндік береді. Электрлік қыздырылған реакторлар 300 ° С-тан жоғары температураға жету үшін қолданылады. Биомасса HPLC сорғылары арқылы беріледі.