Cтраница 4
В настоящее время многие крупномасштабные производства используют реакции, протекающие в системе жидкость - жидкость, поэтому с экономической точки зрения их целесообразно осуществлять в непрерывном процессе. При проектировании непрерывного реактора для системы ж - ж необходимо выбрать процесс: прямоточный, полупротивоточный или противоточный. Ранее полагали, что многие технически важные реакции в системе ж - ж протекают в кинетической области и при проектировании непрерывного процесса часто следовали традиционному пути, выбирая между непрерывным проточным реактором с мешалкой и трубчатым реактором. В каждом из них используется прямоточный контакт. [46]
Ввиду ступенчатого изменения концентрации средняя скорость реакции в описываемом реакторе обычно бывает ниже, чем в трубчатом реакторе при таких же концентрациях загружаемых реагентов. Однако изготовление непрерывных реакторов с перемешиванием часто обходится дешевле, чем изготовление трубчатых реакторов; кроме этого, в силу хорошего перемешивания они фактически изотермичны и в них почти не образуются участки местного перегрева. [47]
Каждый из этих типов можно свести в свою очередь к двум идеализированным с точки зрения гидродинамики моделям: реактор полного смешения и реактор, в котором смешение реагентов отсутствует. При анализе непрерывных реакторов рассматривают также различные комбинации реакторов смешения и вытеснения, а кроме этого, каскады ( цепочки) проточных реакторов различного типа. Ниже дается краткая характеристика основных моделей. [48]
Ввиду ступенчатого изменения концентрации средняя скорость реакции в описываемом реакторе обычно бывает ниже, чем в трубчатом реакторе при таких же концентрациях загружаемых реагентов. Однако изготовление непрерывных реакторов с перемешиванием часто обходится дешевле, чем изготовление трубчатых реакторов; кроме этого, в силу хорошего перемешивания они фактически изотермичны и в них почти не образуются участки местного перегрева. [49]
Как и в периодических условиях, варьируются также парциальные давления реагентов и их мольные отношения, а иногда и общее давление в аппарате. Исследование в непрерывных реакторах более трудоемко, чем в периодическом. Здесь каждый опыт дает только одну экспериментальную точку, перед его началом требуется холостой пробег для выхода на стационарный режим, а при самом опыте требуется накопить количество продуктов, достаточное для анализа и точного составления баланса. [50]
Реакторы ( реакторные системы) либо имеют ограниченный теплосъем ( тепловыделение), либо могут считаться системами с источником теплосъема неограниченной мощности. Принято считать, что в непрерывном реакторе идеального перемешивания все точки объема имеют одинаковую температуру ( и концентрацию); в реакторе идеального вытеснения обычно создают некоторый профиль температур по длине; в каскадно-реакторных системах либо все реакторы эксплуатируются при одинаковой температуре ( изотермический каскад), либо создается некоторый ( теперь уже дискретный) неизотермический профиль по каскаду. [51]
В зависимости от организации потоков в реакторах различают процессы периодические и непрерывные. Производительность единичного периодического реактора выше производительности непрерывного реактора того же объема, вследствие чего в непрерывных процессах для достижения необходимой степени превращения вещества приходится устанавливать каскад реакторов. При высокой производительности по раствору экономически более выгодными на предприятии становятся реакторы непрерывного действия. [52]
После того как рассмотрены условия обеспечения удовлетворительного качества регулирования температуры реактора, можно приступить к изучению регулирования состава реагентов или конверсии. Следующие суждения будут касаться главным образом непрерывных реакторов смешения; реакторы периодического действия рассмотрены в разделе о процессах с запаздыванием, гл. В большинстве реакторов концентрация продуктов автоматически не регулируется, но поддерживается приблизительно постоянной вследствие регулирования температуры реактора, расхода реагентов, а также постоянства времени пребывания в реакторе. Часто не имеет смысла поддерживать конверсию на заданном уровне, так как обычно желательно обеспечить максимально возможную конверсию. [53]
Если же отклонения от стационарного состояния увеличиваются во времени, то это состояние является неустойчивым. Например, при осуществлении политропического процесса в непрерывном реакторе идеального смешения процесс может проходить в нижней или в верхней устойчивых точках. Однако при пуске аппарата возможно ведение процесса в нижней устойчивой точке. Для того чтобы вести процесс в верхней устойчивой точке, необходимо принять соответствующие меры в период пуска реактора. Это осуществимо путем подачи в аппарат в начальный период разогретых продуктов или путем перевода реактора в начальный период на периодический режим с целью разогрева содержимого аппарата до нужной температуры с обязательным выключением в это время системы охлаждения реактора. [54]
Это выражение для случая периодического процесса справедливо только при ступенчатых входных величинах. Но оно приближенно верно и для малых объемов непрерывных реакторов. [55]
Для анализа и расчетов с помощью математических моделей необходимо знать среднее время пребывания частиц реагирующих веществ в реакторе. Очевидно, что для периодических реакторов полного смешения и для непрерывных реакторов полного вытеснения это время равно фактическому времени проведения реакции. Иное положение имеет место в проточных реакторах полного смешения и во всех типах реальных реакторов, занимающих промежуточное положение. [56]
Путем математического моделирования с использованием идеализированных моделей течения можно оценить влияние типа реактора на МБР, молекулярные веса продукта, производительность и конверсию мономера. Одна из задач, возникающих особенно часто, - предсказание работы непрерывного реактора на основании данных, полученных при эксплуатации периодически действующего аппарата. [57]
Таким образом, мы выяснили, какая связь существует между уравнениями материального баланса для реактора идеального вытеснения и периодического реактора идеального сме-отения. С другой стороны, можно показать, что усреднение уравнения ( 1 9) по объему реактора приводит к уравнению материального баланса для непрерывного реактора идеального смешения. [58]