Основы проектирования химических производств

Комбинация реактора смешения с реактором вытеснения

В этом разделе будут рассмотрены обстоятельства, благоприятст­вующие использованию определенных типов комбинированных ре­акторов, а именно:

1) одноступенчатого РСНД, соединенного последовательно с РВНД;

2) РВНД, соединенного с одноступенчатым или многоступенчатым реактором смешения.

Такая компоновка может оказаться полезной не только по кинети­ческим соображениям. Например, первая схема соединения реакторов (рис. 6.9, а) целесообразна в тех случаях, когда важно добиться хоро­шей степени перемешивания двух или более реагентов в начале ре­акции. В этом частном случае реактор смешения является не столько реактором, сколько смесителем.

Вторая схема (рис. 6.9,6) целесообразна тогда, когда реактор вытеснения является оптимальным с точки зрения химической кине­тики, причем применение одного или более аппаратов с мешалкой, по­зволяющих проводить реакцию полнее, дает возможность сократить капиталовложения по сравнению с затратами, связанными с созда­нием реактора вытеснения эквивалентного объема.

Примером боле с желательного использования нерпой схемы по ки­нетическим соображениям является реакция нитрования гсксамина. В этом случае мгновенный выход проходит через максимум. Таким об­разом. оптимальный вариант для данной реакции (и, действительно, лучший, чем любой другой из рассмотренных ранее) сводится к ис­пользованию одноступенчатого реактора смешения, работающего при постоянном составе реагентов, определяющем максимальный выход целевого продукта, к которому последовательно присоединяется реак­тор вытеснения, доводящий реакционную смесь до требуемого от­ношения р, путем монотонного, а не ступенчатого уменьшения кон­центрации реагентов. Интересно сравнить относительные объемы реакторов рассматриваемых типов для получения полимеров. При одинаковых производительности, расходе реагентов и температурах соответствующие данные приведены в табл. 6.2.

Различие в объемах растет с увеличением конверсии и порядка реакции по мономеру. Изданных, приведенных в табл. 6.2, следует, что применение каскада реакторов смешения позволяет уменьшить сум­марный реакционный объем. В пределе бесконечности последователь­ность реакторов смешения превращается в РВНД.

При расчете числа ступеней в каскаде следует учитывать эконо­мические факторы. На практике при некотором числе ступеней капи­тальные затраты проходят через минимум и снова начинают воз­растать. Поэтому при проектировании каскада обычно сравнивают затраты при различном числе ступеней.