Химические реакторы и емкостное оборудование

Реакторы классифицируются по ряду признаков:

• по состоянию реагирующих веществ: гомогенное и гетерогенное оборудование.
  В гомогенных реакторах принимает участие одна фаза: паровая или газовая, твердая или жидкая. В гетерогенных реакторах (газофазными, газожидкостными, жидкофазными) участвует несколько фаз одновременно;
• по способу организации технологического процесса: периодического, непрерывного и полунепрерывного действия.
  Реакторы полунепрерывного и полупериодического действия работают по принципу функционирования двух реагентов, один из которых поступает непрерывно, а второй - периодически, или же вещества подаются периодически, в то время как продукты реакции удаляют непрерывно;
• по увеличению давления в реакционном резервуаре: функционирующие под вакуумом при высоком или атмосферном давлении;
• по тепловому эффекту химических процессов: эндотермическое и экзотермическое оборудование;
• по способу движения реакционной среды: реакторы вытеснения и реакторы смешения.
  Реакторы вытеснения предполагают, что любой элемент объема потока движется с постоянной скоростью и не смешивается с другими элементами, а напротив, вытесняет их. Этот реактор носит название реактор идеального вытеснения. В реакторе смешения происходит непрерывное замешивание смеси, в которой один элемент исходного вещества, поступая в реактор, сразу смешивается со всем содержимым реактора;
• по тепловому режиму: адиабатическое, изотермическое и политропное.
  Адиабатические реакторы функционируют без теплообмена с внешней средой за счет достижения теплоизоляции наружной поверхности реактора.
  Изотермические реакторы осуществляют работу при постоянной температуре, которая держится на одинаковом уровне во всех точках реакционного объема. В политропных реакторах тепловой режим создается не только собственным тепловым эффектом процесса, но и конструктивными, техническими факторами аппарата.

Цель работы реактора - выработка конечного продукта из исходных компонентов при соблюдении требований максимальной эффективности процесса:

• создание устойчивого и стабильного режима проведения реакции;
• высокие энергетические показатели;
• минимальная стоимость реактора.

В производстве реакторов большое значение уделяют возможностям агрегатов, качеству материалов и сборки, периоду эксплуатации.

В химической промышленности, для изготовления аппаратуры используются весьма разнообразные материалы. Это объясняется разнообразием и специфичностью требований, предъявляемых к конструкционным материалам для химической аппаратуры. Применяемые для этих целей материалы должны иметь: достаточную механическую прочность, стойкость к коррозионному воздействию перерабатываемых веществ, обладать соответствующими физическими свойствами (например, хорошей теплопроводностью), легко поддаваться механической обработке, не оказывать ингибирующего действия в процессах, проводимых в данной аппаратуре; не влиять на чистоту продуктов реакции; быть дешевыми и доступными.

Главным требованием для материалов химических аппаратов в большинстве случаев является их коррозионная стойкость, так как она определяет долговечность химического оборудования. Поэтому самым распространенным материалов для изготовления химических реакторов сейчас является нержавеющая сталь. Нержавеющая сталь - легированная сталь, устойчивая к коррозии в атмосфере и агрессивных средах.

По химическому составу нержавеющие стали делятся на хромистые (мартенситные, ферритные, мартенситно - ферритные); хромоникелевые (аустенитные, аустенитно - ферритные, аустенитно - мартенситные, аустенитно - карбидные); хромомарганцевоникелевые (аустенитные, аустенитно - ферритные, аустенитно - мартенситные, аустенитно - карбидные).

Наиболее распространенными являются стали марок AISI 304 и AISI 316.

Реакторы из нержавеющей стали могут быть использованы в процессах, проходящих как под давлением, так и под вакуумом в широком диапазоне температурных значений, поэтому применяются для широкого спектра задач не только в научно-исследовательской области, но и в различных отраслях промышленности: химической, фармацевтической, целлюлозной, парфюмерной и других. Реакторы предназначены для проведения различных химических реакций, испарения, кристаллизации, плавления и гомогенизации исходных компонентов или продуктов реакции.

Также, в промышленности используются эмалированные реакторы из нержавеющей стали. Эмаль существенно повышает химическую стойкость, позволяя работать с более агрессивными средами. Кроме того, эмалированное покрытие позволяет избегать соприкосновения субстанции с металлическим корпусом реактора.

Химические реакторы внутренним объёмом до 10 литров применяются в основном в лабораториях в исследовательских целях и в пилотных установках. Реакторы объемом от 100 литров используются в химической, фармацевтической, целлюлозной, парфюмерной и других отраслях промышленности.