ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ. ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ. И ОБОРУДОВАНИЯ

Реакторы

При эскизном конструировании реактора учитываются нижесле­дующие факторы.

1. Температура процесса и точность ее регулирования, что обу­словливает способ обогрева аппарата и выбор теплоносителей. Она ко­леблется в весьма широком интервале (от 290... 300 °С до минус 40 °С и ниже). Отсюда следует, что при конструировании реакторов необходимо руководствоваться требованием, изложенным в нормали МН-72-62 «Со­суды стальные. Технические условия» и материалами Госгортехнадзора.

При этом определяется, нужен ли подвод или отвод тепла от реак­ционной смеси, что означает, нужно ли проектировать рубашки разных типов для изотермических реакторов. Естественно, это приводит к ус­ложнению конструкции реактора и ее удорожанию.

2. Давление, влияющее на форму аппарата и его материал. Оно колеблется от 180...200 МПа до глубокого вакуума с остаточным дав­лением до 10 Па. В некоторых аппаратах сочетается глубокий вакуум с давлением 0,6... 1,0 МПа.

3. Интенсивность теплообмена, от которой зависят размеры и вид теплопередающей поверхности, а также конструкция изоляции.

4. Консистенция обрабатываемых материалов, определяющая конструктивное оформление расчетной поверхности теплообмена и конструкцию приспособления для перемешивания.

5. Интенсивность перемешивания, от степени которой зависит устройство диффузоров, специальных перегородок, мешалок с большим числом оборотов.

6. Химические свойства перерабатываемого материала, от кото­рого зависит выбор материала реактора.

7. Непрерывность или периодичность процесса.

8. Удобство монтажа и ремонта аппарата, простота его изготов­ления.

9. Доступность конструкционных материалов и вида конструкци­онного материала.

10. Агрегатное состояние обрабатываемых материалов.

Такое многообразие определяющих факторов приводит к необхо­димости создания специального реактора для каждого конкретного про­цесса. Задача несколько упрощается в связи с тем, что не вся совокуп­ность факторов в равной степени влияет на конструкцию каждого вновь проектируемого реакционного аппарата. Обычно учет двух или трех из них совершенно необходим, а остальные учитываются только частично и не усложняют конструкцию реактора.

Реактор как аппарат, в котором протекает основной процесс хи­мической технологии - образование нового продукта в результате сложного взаимодействия исходных веществ, должен работать эффек­тивно, т. е. обеспечивать требуемую глубину и избирательность хими­ческого превращения. Следовательно, реактор должен удовлетворять целому ряду различных требований: иметь необходимый реакционный объем, обеспечивать определенный гидродинамический режим движе­ния реагентов, создавать требуемую поверхность контакта взаимодей­ствующих фаз, поддерживать необходимый теплообмен в процессе, уровень активности катализатора и т. д.

Одна и та же реакция может быть проведена в реакторах различ­ного типа. При обосновании выбора реакционного аппарата для прове­дения того или иного процесса необходимо учитывать возможность конструктивного осуществления этого аппарата. Поэтому полезно иметь представление об основных конструктивных типах реакторов, используемых в промышленности.

Вследствие больших различий в конструкциях реакторов трудно найти научно-обоснованные критерии для их классификации. Из всех конструктивных характеристик две могут считаться определяющими. Это - режим движения реакционной массы в аппарате и вид поверхно­сти теплообмена. Такая классификация приведена в табл. 6.3.

В промышленных условиях важнейшее значение приобретают не только скорость химического превращения веществ, но и производи­тельность аппаратуры, поэтому выбор типа и конструкции оборудова­ния является одним из самых главных и ответственных этапов в реали­зации химико-технологического процесса.

Относительная сложность, а часто и новизна реакторов являются причиной того, что, как правило, они полностью разрабатываются спе­циализированными организациями, имеющими экспериментальную ба­зу. В проектном институте разрабатываются лишь простейшие реакто­ры, причем порядок их эскизного конструирования (определение шту­церов, основных размеров, выбор материала и т. д.) и оформление зада­ния на разработку технического проекта мало отличается от принятого при конструировании емкостей и состоит из тех же этапов. Здесь также следует стремиться к максимальному использованию стандартных уз­лов и деталей, выбираемых по каталогам, нормалям и стандартам. Это позволяет ограничиться рассмотрением различных устройств, характер­ных для каждой из перечисленных групп реакционных аппаратов. Из всех перечисленных выше факторов агрегатное состояние вещества ока­зывает самое большое влияние на принцип действия реактора и в целом должно определять конструкционный тип реакторного устройства.

неко­торых основных и вспомогательных деталей аппаратов, таких как, напри­мер, питатель, перемешивающее устройство, поверхность теплообмена.

Конструктивная классификация объединяет всю реакционную ап­паратуру в следующие группы:

а) реакторы типа реакционной камеры;

б) реакторы типа колонны;

в) реакторы типа теплообменника;

г) реакторы типа печи.

В соответствии с этим основа классификации химических реакто­ров должна быть дополнена принципом фазового состояния перераба­тываемых веществ, что делает возможным подразделять реакционную аппаратуру на группы, систематизация которых приведена в табл. 6.4.