Реакторы по конструктивным особенностям презентация

Содержание

Реакторы по конструктивным особенностям Емкостные реакторы: - автоклавы - вертикальные и горизонтальные цилиндрические конверторы /дегидратация ЭБ/

Слайд 1Реакторы по конструктивным особенностям


Емкостные
Колонные
Типа теплообменники
Типа реакционные печи
Автоклавы
Вертикальные и горизонтальные цилиндрические конверторы


Насадочного и
тарельчатого типа

С неподвижным, движущимся и псевдоожиженным слоем катализатора

Слайд 2Реакторы по конструктивным особенностям

Емкостные реакторы:
- автоклавы
- вертикальные и горизонтальные цилиндрические

конверторы /дегидратация ЭБ/

Слайд 3
Реакторы по конструктивным особенностям

Колонные реакторы:
- реакторы с колоннами насадочного и тарельчатого

типа /Окисление ИПБ/
- каталитические реакторы с неподвижным, движущимся и псевдоожиженным слоем катализатора /крекинг углеводородов/

Слайд 4
Реакторы по конструктивным особенностям


Реакторы типа теплообменники


Реакторы типа реакционные

печи /шахтные, камерные/



Слайд 5

Расчет и конструктивное оформление реакционного узла




Слайд 6
Основные стадии химико-технологического процесса

Подготовка сырья - хранение, транспортировка, очистка и т.д.;

Химическое

превращение исходных реагентов в сырой продукт;

Разделение сырого и очистка целевого продукта;

Утилизация побочных продуктов, сточных вод и газовых выбросов.

1

2

3

4

Слайд 7
Основные стадии химико-технологического процесса

На стадии подготовки и разделения веществ в подавляющем

числе случаев используются физические операции.
Химические реакторы – аппараты, применяемые на второй стадии – играют наиболее существенную роль во всей технологической цепи. В первую очередь от их работы зависит возможность получения товарного продукта в заданном количестве.

Слайд 8
Стадия химического превращения. Основные проблемы выбора и расчета оборудования реакторов.

В химических реакторах протекают те же физические процессы, что и в аппаратах первой и третей стадии, но на них дополнительно накладываются процессы химического превращения веществ. Это приводит к тому, что для нормального функционирования химического реактора в промышленных условиях необходимо учитывать как закономерности химической кинетики, так и переноса массы, энергии, количества движения. Одновременно с этим должны быть учтены структура потоков и режимы их движения, т.е. все то, что определяет макрокинетику процесса. Учет всех этих факторов делает задачу расчета химического реактора, т.е нахождения объема реактора в зависимости от начальных условий её производительности по целевому продукту, весьма сложной.

Слайд 9
Стадия химического превращения. Основные проблемы выбора и расчета оборудования реакторов.





Протекающие в химических реакторах химические реакции сопровождаются тепловыми эффектами (это тепловые эффекты химических реакции и сопровождающих их физических явлений: растворение, кристаллизация, испарение и т.д). Вследствие выделения или поглощения теплоты изменяется температура и возникает резкость температур между реактором и окружающей средой, а в определенных случаях – температурные градиенты внутри реактора.

Слайд 10

При отсутствии теплообмена с окружающей средой химический реактор является адиабатическим.

В этом случае вся теплота, выделяющаяся или поглащающаяся в результате химических процессов расходуется на внутренний теплообмен – на нагрев или охлаждение реакционной смеси.
Реактор называется изотермическим, если за счет теплообмена с окружающей средой в нем обеспечивается постоянство температуры.

Слайд 11
Стадия химического превращения. Моделирование реакторов.


Наиболее распространенным методом при решении таких

задач является метод математического моделирования, учитывающий в каждом конкретном случае реально протекающие в химическом реакторе физические и химические процессы. Формализовано учет этих процессов осуществляется путем задания системы математических уравнений, которые в зависимости от типа реактора будут алгебраическими или дифференциальными.

Слайд 12

Моделирование реакторов.

Если основные переменные:
Изменяются во времени и не изменяются в пространстве,

или
Не изменяются во времени и изменяются в пространстве с размерностью, равной единице, то модель представляется обычными дифференциальными уравнениями.
Не изменяется во времени и изменяются в пространстве с размерностью, большей чем единица , или
Изменяются во времени и в пространстве, то модель представляется дифференциальными уравнениями с частными производными
Не изменяется ни во времени, ни в пространстве, то модель представляется алгебраическими уравнениями.

Слайд 13
Моделирование реакторов





Моделирование – это метод изучения различных объектов при котором исследования

проводят на модели, а результаты количественно распространяют на оригинал. Модель может представлять собой уменьшенную по определенным законам копию реального объекта. Но моделью может быть и определенная система представлений о реальном объекте, выражаемая как совокупность математических структур - уравнений, таблиц, графиков. Такую модель называют математическим описанием объекта или математической моделью.

Слайд 14

Моделирование реакторов.





Математическая модель – некоторое упрощенное изображение процесса в реакторе, которое

сохраняет наиболее существенные свойства реального объекта и передает их в математической форме.


Слайд 15

Моделирование реакторов.

Очевидно, что математическая модель должна достаточно точно количественно описывать свойства

и поведение изучаемого объекта, т.е быть адекватной.

Слайд 16

Моделирование реакторов.





При разработке математической модели целесообразно использовать иерархический подход к реактору

как сложной системе. Иерархия – это расположение частей или элементов целого порядка от высшего к низшему.



Слайд 17
Основные уровни химического процесса, протекающего в реакторе






1.Молекулярный уровень – межмолекулярное взаимодействие

на расстоянии порядка размеров молекул, определяемое прежде всего закономерностями кинетики( учитываются стехиометрические соотношения, законы химического равновесия).



Слайд 18
Основные уровни химического процесса, протекающего в реакторе





2. Уровень малого объема –

элемент реакционного объема микроскопического размера – одно зерно катализатора, пузырек газа, поднимающийся в барботажном слое, один элемент насадки в насадочной колонне. Закономерности предыдущего уровня должны быть заполнены закономерностями тепло и массопереноса.
3. Уровень рабочей зоны аппарата – статистическая совокупность изученных на предыдущем уровне элементов малого объема, например слой катализатора, насадочный слой. На этом уровне необходимо учитывать эффекты, связанные с характером движения потока.



Слайд 19
Основные уровни химического процесса, протекающего в реакторе





4. Уровень аппарата – конфигурация,

взаимная связь и взаимное расположение рабочих зон аппарата (например несколько слоев катализатора, разделенных теплообменниками в многослойном каталитическом реакторе).
5. Уровень агрегата – взаимные связи между отдельными аппаратами. В общем случае математическая модель реактора – это достаточно сложная система уравнений и количественные расчеты на основании этой модели целесообразно проводить используя ЭВМ.



Слайд 20
Математическое моделирование





Важную роль в математическом описании химического реактора играют балансовые уравнения,

являющиеся выражениями общих законов сохранения массы и энергии. Математическая модель реактора всегда включает уравнения материального и теплового балансов.



Слайд 21
Классификация реакторов

Слайд 22
Классификация реакторов.



1. По фазовому состоянию системы: (реакционной смеси)
гомогенные (для

газофазных и жидкофазных)
гетерогенные ( газ – твердое тело, жидкость – твердое тело)
гетерофазные ( газ – жидкость, жидкость – жидкость)




Слайд 23
Классификация реакторов.



2. По структуре потока: по гидродинамической обстановке
идеального вытеснения
идеального

смешения (полное выравнивание всех параметров, характеризующих реакцию по объему реактора)
каскад полного смешения без обратного перемешивания
вытеснение с перемешиванием по длине и радиусу реактора (диффузионная одно- и двух параметрическая модель).
комбинированные (смешанные модели)






Слайд 24
Классификация реакторов.



3. По периодичности работы: по способу организации процесса.
периодические (все

отдельные стадии протекают последовательно в разное время, параметры процесса изменяются во времени)
непрерывные (все отдельные стадии процесса осуществляются параллельно, одновременно.
полупериодические (полунепрерывные) – один из реагентов поступает непрерывно, а другой – периодически.




Слайд 25
Классификация реакторов.





4. По тепловому режиму (по условиям теплообмена):
адиабатические
Политермические

(регулирование температуры в пределах заданного диапазона)
изотермические




Слайд 26
Классификация реакторов.





На методику расчета влияет также сложность кинетических закономерностей протекающих

химических реакций, которые подразделяются на:
простые (интегральная селективность по целевому продукту Фв равна единице)
сложные (интегральная селективность но целевому продукту Фв меньше единицы)



Слайд 27

Решение системы уравнений, описывающих работу химического реактора в зависимости от варьирования

начальных (концентрация и расход реагентов, температура, степень превращения ключевого реагента и др.) и с учетом граничных условий, осуществляется с помощью следующих методов:







Последний находит все большее применение в связи с широким использованием ЭВМ в инженерных расчетах.

аналитического (если это возможно)
графического
численного

Слайд 28Требования предъявляемые к химическим реакторам

Слайд 29
Требования предъявляемые к химическим реакторам





Основным требованием является возможность получения целевого продукта

заданного качества и в необходимом количестве за определенный промежуток времени при минимальных экономических издержках. Это достигается созданием реактора нужных размерах, в котором обеспечивается наилучший гидродинамический режим и контакты между реагирующими веществами, а так же между ними и катализатором. Кроме того в нем должны быть предусмотрены устройства, создающие требуемый температурный режим.

Слайд 30
Требования предъявляемые к химическим реакторам





Известны процессы, проводимые при очень высоких (1500

– 1600 0С, пиролиз метана) и низких (около -100 0С полимеризация бутилена) температурах. Рабочее давление в реакторах может меняться от 3 . 102 Па(поликонденсация дигликольтерефталата) до (700 – 1000) . 105 Па (синтезы на основе окиси углерода).

Слайд 31
Требования предъявляемые к химическим реакторам





Большинство производств основного органического синтеза отличается их

повышенной пожаро и взрывоопасностью, вредностью и ядовитостью перерабатываемых и получаемых веществ. Все перечисленные факторы накладывают дополнительные требования на химические реакторы.

Слайд 32
Требования предъявляемые к химическим реакторам





Эти требования могут быть сформулированы следующим образом:
1.

конструкция должна обеспечивать соответствующий массообмен, максимальный контакт веществ
2. поддержание температуры в определенных пределах
3. механическая прочность, стойкость его материала к воздействию реакционной среды и отсутствие обратного воздействия
4. простота устройства, обслуживание, монтажа и ремонта
5. невысокая стоимость материалов и изготовление аппарата, стандартизация и нормализация узлов и деталей.
6. герметичность, надежность и безопасность во время эксплуатации
7. долговечность, стабильное обеспечение требуемых технологических режимов и легкость их регулирования и легкость их регулирования.

.


Слайд 33Классификация реакторных устройств

Реакторные устройства

Слайд 34Классификация реакторных устройств

Реакторные устройства
В реакторных устройствах при проведении собственно химического превращения

протекают различные физические процессы (гидродинамические, тепловые, диффузионные и др.), с помощью которых создаются необходимые условия.
Для осуществления физических процессов в реакторных устройствах используются различные конструктивные элементы (мешалки, контактные устройства, теплообменники и др.). Так как сочетаний этих элементов и реакционных процессов может быть много, то и количество реакторных устройств также значительно.

Слайд 35Классификация реакторных устройств

Выбор того или иного типа реакторного устройства обусловливается:


-требуемой селективностью превращений исходных веществ,
-производительностью по целевому продукту (целевым продуктам).

Слайд 36



возможность размещения в реакторе необходимого количества катализатора максимальной активности;
создание требуемой поверхности

контакта взаимодействующих реагентов и катализатора, а также отдельных фаз;
обеспечение необходимого гидродинамического режима движения реагентов и фаз;
обеспечение необходимого теплообмена при подводе или отводе тепла;
наличие необходимого реакционного объема;
поддержание необходимого режима процесса и др.

Требования к реакторным устройствам

Слайд 37Классификация реакторных устройств

Реакторные устройства должны также обеспечивать оптимальную скорость реакций.
Кроме

того, выбор конструктивного типа реактора зависит от условий проведения процессов и свойств участвующих в них веществ.

Слайд 38
Факторы определяющие устройство реакторного аппарата





режим работы (периодический, непрерывный или полунепрерывный);
температуру и

давление, при которых протекают процессы;

агрегатное состояние исходных веществ и продуктов реакций;

теплоты реакций и процесса в целом, а также скорость подвода (отвода) тепла;

способы интенсивного перемешивания реагентов; способы подвода реагентов и отвода продуктов реакций;

способ регенерации катализатора или его замены.

физические и химические свойства исходных веществ и продуктов реакций;

Слайд 39
Классификация реакторных устройств





Все реакторы, применяемые в отрасли основного органического и нефтехимического

синтеза, могут быть отнесены к тому или иному типу в зависимости от:
состояния реагентов (газ, жидкость, твердое тело, газ-жидкость, жидкость—жидкость, газ—твердое тело, жидкость—твердое тело);
состояния катализатора: твердый (в стационарном состоянии, в псевдоожиженном состоянии, в диспергированном состоя­нии), жидкий;
расположения поверхности теплообмена (внешнее, внутреннее);
способа отвода тепла (через поверхность теплообмена, за счет испарения реагентов или продуктов реакций, за счет подачи холодных реагентов);
способа диспергирования газа, жидкости и твердых частиц (реагентов и катализатора);
способа развития поверхности контакта фаз.

Слайд 40
Классификация реакторных устройств





По конструкции реакторные устройства разделяют на:
реакторы типа реакционной камеры;


реакторы типа колонны;
реакторы типа теплообменника;
реакторы типа печи.





Слайд 41
Классификация реакторных устройств





В частности, для процессов газ—жидкость конструктивное оформление определяется методом

развития поверхности контакта газовой и жидкой фаз, т.е. приемом увеличения поверхности жидкой фазы.

Слайд 42
Классификация реакторных устройств





Процессы газ — жидкость проводят в:
пленочных реакторах с

насадкой (насадочных колоннах): жидкость распределяется по поверхности насадки пленкой и стека­ет вниз противотоком взаимодействующему с ней газовому реагенту, иногда применяется прямоток;

Слайд 43
Классификация реакторных устройств





барботажных реакторах, которые могут иметь от одной до

нескольких десятков колпачковых или ситчатых тарелок;





Слайд 44
Классификация реакторных устройств





полых башнях с разбрызгиванием жидкости (а также полых

камерах с разбрызгиванием жидкости), в которых развитие поверхности жидкой фазы происходит за счет ее диспергирования,т. е. разбрызгивания, распыления пневматическим или механическим путем в объеме или потоке газа;

Слайд 45
Классификация реакторных устройств





пенных реакторах, в которых газ проходит снизу вверх

через решетку и находящийся на ней слой жидкости, а иногда в многополочных пенных аппаратах;


Слайд 46
Классификация реакторных устройств





трубчатых реакторах (типа «труба в трубе»), которые используются

главным образом для высокотемпературных процессов.



Слайд 47
Классификация реакторных устройств



Для осуществления процессов газ—твердое тело в основном применяются печи

различного типа.
И наконец, для осуществления процессов в системе жидкость—твердое тело применяют:
реакторы с фильтрующим слоем, состоящие из ситчатых или колпачковых тарелок (иногда колосниковых), на которых располагается слой пористого материала, через который пропускается жидкость;



Слайд 48
Классификация реакторных устройств





реакторы со взвешенным слоем зернистого твердого материала в

жидкости или с фонтанирующим слоем;



Слайд 49
Классификация реакторных устройств





реакторы с механическими мешалками, а также с пневматическими

перемешивающими устройствами (для растворения, выщелачивания и т. д.). Эти же реакторы применяются для проведения гомогенных реакций в жидкой фазе и взаимодействия несмешивающихся жидкостей;



Слайд 50
Классификация реакторных устройств





реакторы со шнеком, которые редко используются в отрасли

основного органического и нефтехимического синтеза.


1 — бункер;  2 — верхний па трубок;  3 — вертикальный шнек;  4 — нижний патрубок;  5 — разгрузочный клапан;  6 — сбрасывающая лопасть;  7 — привод

Слайд 51
Классификация реакторных устройств





Реакторы для гетерогенных реакций в жидкой фазе обычно снабжены

мешалками разного типа и имеют теплообменные устройства (обычно доя косвенного теплообмена). Эти реакторы с мешалками работают при режиме, близком к режиму полного смешения.


Слайд 52
Классификация реакторных устройств





Здесь представлены наиболее часто встречающиеся устройства для перемешивания взаимодействующих

реагентов или фаз.


а — сопло; б — горелка; в — ме­шалка

Слайд 53
Классификация реакторных устройств








По фазовому признаку реагентов, продуктов и катализатора реакторы для

гетерогенных процессов можно разделить на четыре класса.
Выбор способа теплообмена определяется прежде всего теплотами реакций и температурными условиями химического процесса. Необходимо также учитывать физические, теплофизические и химические свойства теплоносителя.
По этому признаку все реакторы могут быть разделены на два типа:




В случае прямого теплообмена передача тепла в реакторе осуще­ствляется при непосредственном контакте реакционной смеси и теплоносителя (при этом тепло может выделяться за счет экзо­термической реакции или его необходимо подводить для осуще­ствления эндотермической реакции).


реакторы с прямым теплообменом
реакторы с косвенным теплообменом

Слайд 54
Классификация реакторных устройств








Таблица 3.4. Классификация реакторов с фильтрующим (стационарным) слоем катализатора

по типу подвода и отвода тепла


Слайд 55
Классификация реакторных устройств








Как было показано ранее, по гидродинамическому режиму реакторы делятся

на:


реакторы идеального вытеснения;
реакторы полного смешения;

каскад реакторов полного смешения.

Слайд 56
Адиабатические
Изотермические
Политермические
По температурному режиму на:

Классификация реакторных

устройств



Слайд 57
Классификация реакторных устройств








Таблица 3.5. Классификация реакторов для гомогенных химических процес­сов по

температурному режиму


Похожие презентации

Физическая химия. Химическая термодинамика 757
Проект мастерской по ремонту и ТО МТП с организацией пункта диагностики в СХП Путь Ленина 397
Конвективный теплообмен в однофазных средах (продолжение 2) 296
Снижение себестоимости изготовления спекательных тележек © ООО МЕТИНВЕСТ ХОЛДИНГ 372
Основные положения термического анализа 335
Динамика абсолютно твердого тела 320

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика