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

Прямолинейное равномерное движение 756
Хвильова оптика 351
Импульс материальной точки 451
Альтернативні джерела енергії 504
Термодинамические процессы 1499
Конструкция автомобиля. Трансмиссия 1160

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