Реакторы идеального смешения
Реакторы с внутренним перемешивающим устройством
В настоящее время наибольшее распространение получили «безградиентные» реакторы с внутренним перемешивающим устройством. Преимуществом таких реакторов является то, что температура мешалки совпадает с температурой слоя катализатора. Это существенно облегчает работу с высококипящими жидкостями и высокими давлениями.
В настоящее время наибольшее распространение получили «безградиентные» реакторы с внутренним перемешивающим устройством. Преимуществом таких реакторов является то, что температура мешалки совпадает с температурой слоя катализатора. Это существенно облегчает работу с высококипящими жидкостями и высокими давлениями.
Рис. 1 Схема реактора Берти
Г.П. Корнейчук неоднократно предпринимал попытки создать такой реактор с поршневой системой перемешивания. Однако гораздо более успешными были усилия по созданию реакторов, в которых в качестве перемешивающего устройства использовалась мощная газовая турбина, размещенная либо под, либо над слоем катализатора (иногда в обоих местах). Конструкции таких реакторов и те технические проблемы, которые необходимо решать для их создания, во многом аналогичны автоклавам. Огромный опыт, который накоплен специалистами в создании подобного оборудования, позволил создать совершенные конструкции рассматриваемых реакторов. Наиболее известным реактором с внутренним перемешиванием является реактор Берти (рис. 1).
Недостатки рассматриваемых реакторов:
- невозможность измерить реальную скорость потока, проходящего через слой катализатора;
- тепловые эффекты могут оказывать существенное влияние на изотермичность слоя катализатора.
Для проверки соблюдения изотермического режима идеального смещения приходится выполнять специальные контрольные эксперименты, условия которых не всегда совпадают с условиями испытаний катализаторов и их работы в промышленных аппаратах.
Реакторы с внешним перемешивающим устройством (проточно-циркуляционные реакторы).
Этих недостатков лишены проточно-циркуляционные реакторы (ПЦР), в которых перемешивающее устройство – циркуляционный насос – размещено вне реакционного объема. Впервые такие реакторы были предложены М.И. Темкиным и С.Л. Киперманом в 1950 году и исторически являлись самым первым типом лабораторных “безградиентных” реакторов. Конструкции ПЦР сложнее любых вышеперечисленных реакторов. Однако преимущества ПЦР полностью компенсируют сложность их конструкций.
Основные достоинства ПЦР:
- определенность и постоянство реального потока реакционной смеси через слой катализатора;
- малая величина и постоянство степени безградиентности слоя катализатора при вариации объемного расхода исходной реакционной смеси, подаваемой в реактор;
- возможность надежного обеспечения и контроля изотермичности слоя катализатора для любых экзо- и эндотермических каталитических процессов.
Эти достоинства ПЦР позволяют организовать быстрый и надежный кинетический контроль каталитической активности. Особенно ценным является то, что с помощью ПЦР можно получать однопараметрические зависимости активности от параметров катализаторов и процессов в тех случаях, когда формальная кинетика процесса еще не изучена (новые катализаторы и процессы).