ВУЗ:
Составители:
ВВЕДЕНИЕ
Химический реактор – основной элемент аппаратурного оформления любой технологической схемы. В
нем протекают как химические, так и физические процессы; вместе с тем при его расчете и конструировании
необходимо учитывать механические факторы. Поэтому искусство проектирования, конструирования и эконо-
мичного управления реактором сводится к синтезу принципов химии, физики, механики и экономики.
Физические процессы достаточно полно охватываются сложившимися разделами химической технологии; в
отличие от систематизации химических реакторов, систематизация физических процессов близка к совер-
шенству. Классификация процессов по чисто химическим признакам (окисление, гидрирование и т.п.) име-
ет некоторые преимущества для технологии органических веществ. Она, однако, неудобна для системати-
ческого изучения химических реакторов, поскольку другие факторы, такие, как тепловые эффекты и усло-
вия перемешивания и диспергирования, в равной степени определяют работу реактора.
Для процесса, который предстоит внедрить в промышленность или усовершенствовать в ходе эксплуата-
ции, химические исследования дают информацию об условиях равновесия, скоростях основных и побочных
реакций, влиянии тепла и примесей на результат процесса, поведении катализаторов и т.п. Когда такие сведе-
ния уже собраны в более или менее полной форме, инженеру необходимо получить ответ на следующие вопро-
сы:
1. Какой способ производства следует принять?
2. Какой тип реактора наиболее удобен?
3. Каковы должны быть размеры реактора?
Для получения ответов на эти вопросы разрабатывают стратегию управления, при которой
целевые продукты производятся с заданной скоростью и наименьшими затратами и осуществляют
расчет реактора. Такие вопросы можно решать не частными, а общими методами, рассматривая
процессы с учетом движения потоков в реакторах, тепловых эффектов реакции, условий переме-
шивания реакционной смеси и экономических требований.
Вместе с тем, для проектирования или усовершенствования промышленного реактора необходимо полу-
чить дополнительную информацию более конкретного характера. Речь идет не только о химических и физико-
химических данных, но и о данных по конструкционным материалам: их коррозии, прочности и стоимости.
1. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКТОРЫ
Теория химических реакторов – это раздел общей химической технологии, в котором изучаются вопросы
промышленного оформления химических реакций. Задача этого раздела, в конечном счете, состоит в разработ-
ке методов расчета реакторов с получением данных, необходимых для их проектирования. Расчет реакторов –
это первая ступень в создании химического производства.
1.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА РЕАКТОРОВ
При выборе конструкции и определении размеров реактора необходимо принимать во внимание раз-
личные факторы и, прежде всего, располагать данными о скорости протекающих химических реакций, а
также о скорости массо- и теплопередачи. Обычно задаются производительностью установки и степенью
превращения, а концентрацию реагентов, температурный режим и другие показатели технологического
процесса рассчитывают на основе опытных и теоретических данных.
Наиболее важным показателем, отражающим совершенство химического реактора, является интенсив-
ность протекающего в нем процесса. Но интенсивность тем выше, чем меньше время, затраченное на получе-
ние единицы заданного продукта, поэтому главной задачей при изучении химических процессов, протекающих
в реакторах любого типа, является установление функциональной зависимости времени пребывания реагентов
в реакторе от разных факторов:
),,( rCXf
=
τ
, (1.1)
где X – степень превращения исходного реагента; C – начальная концентрация исходного реагента; r – скорость
химической реакции.
Уравнение, связывающее четыре указанных параметра, является математическим описанием модели реак-
тора или уравнением реактора (характеристическим уравнением).
1.2. УРАВНЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНОГО
БАЛАНСА РЕАКТОРА
Основанием для получения уравнения реактора любого типа является материальный баланс, составленный
по одному из компонентов реакционной смеси. Составим такой баланс по исходному реагенту A при проведе-
нии простой необратимой реакции A → R.
В общем виде уравнение материального баланса
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- …
- следующая ›
- последняя »
