Часто хімічні реакції супроводжуються екзотермічним або ендотермічним тепловими ефектами. Зі збільшенням температури швидкість реакції швидко зростає і, якщо реакція не є оборотною, збільшення швидкості йде безперервно до повного витрачання реагентів. Якщо необхідно працювати з охолодженням при зниженій температурі або при великому коефіцієнті передачі, то необхідно здійснювати хороший контроль за температурами, які впливають на витрату охолоджуючого агента, так як дуже низька температура охолоджуючого агента може послабити реакцію.
Показником роботи реактора служить ступінь перетворення, що дорівнює різниці вхідний і вихідний концентрацій основного реагенту, віднесеної до величини вхідної концентрації цього реагенту. У хімії цей показник називається виходом основного продукту. Крім цільової реакції можуть мати місце побічні, а за несприятливих обставин побічний продукт може становити 100% виходу.
Треба прагнути, таким чином, не тільки до максимальної можливої ??ступеня перетворення але і до високої селективності (під селективністю розуміється відношення кількості отриманого цільового продукту до кількості основного перетвореного реагенту). Нехай на складну реакцію впливають ставлення констант швидкостей реакцій (т. Е. Температура), тип реактора і умови протікання процесу (склад завантаження, введення та видалення компонентів під час реакції і т. Д). Якщо цільова реакція має вищий порядок по основного реагенту, ніж побічна, то вигідно підтримувати у всьому обсязі більш високе значення концентрації основного реагенту і навпаки.
Для вибору температурного режиму визначальними є такі фактори:
хімічні та фізичні властивості реакційної суміші;
властивості використовуваного каталізатора;
вартість підігріву реагентів до температури реакції і підтримки реакційної суміші на бажаному температурному рівні.
Найбільш ефективною змінної, яку використовують для підтримки реакційної температури в бажаних межах, є відношення обсягу реактора до поверхні теплопередачі, рівне гідравлічному радіусу (чим менше його величина, тим точніше можна регулювати температуру реакції).
Простота конструкцій, висока продуктивність, а головне, можливість комплексного застосування різних автоматичних пристроїв, сприяють все більшому поширенню в промисловості реакторів з гомогенною газовою фазою.
Реактори безперервної дії для проведення гомогенних реакцій в рідкій фазі широко застосовуються у великотоннажних промислових процесах при великих швидкостях і теплоті реакції (реакції обміну в розчинах, діазотування, полімеризація в розчині, наприклад бутідіена, поліконденсація, наприклад отримання фенолформальдегідних смол).
Форма реактора визначається умовами теплообміну, ступенем перемішування і т. д.
Один з можливих типів реактора - кубовий реактор безперервної дії з мішалкою представлений на стенді (рис. 2).
У ємність реактора безперервно надходить сировинної розчин певного складу x2 і концентрації x1. Сюди ж подається 2-й реагент (його витрата U1), який, наприклад, може бути отриманий на попередній стадії технологічного процесу. Обидва реагенту безперервно перемішуються у всьому обсязі реактора, вступають у хімічну реакцію між coбой з утворенням основного у1 і побаченого у2 продукту. Для підтримки оптимальної температури реакції у3 служить регулятор, керуючий видатках теплоносія U2.
Ступінь перетворення основного реагенту у1 і побаченого реагенту у2 регулюється шляхом зміни витрати реагенту і підтримки певної температури в камері у3. При цьому необхідно, щоб температура в камері не перевищувала деяку допустиму величину (y3 lt;=y3max), так як в іншому випадку виникають небажані побічні ефекти, такі, як розкладання продукту, зниження селективності цільової реакції і т. П.
Для того, щоб краще уявити ТОУ можна представити параметричну схему, яка по суті своїй є кібернетичним чорним ящиком. (Мал. 1.1)
1.1 Параметрична схема ТОУ
Рис. 1.1. Параметрична схема ТОУ
На схемі для нашого об'єкта:
· X1 - витрата розчину
· X2 - склад розчину
· U1 - витрата реагенту
· U2 - витрати теплоносія
· Y1 - вихід основного продукту (%)
· Y2 - вихід побічного продукту (%)
· Y3 - температура в камері
1.2 Операторна схема об'єкта управління
Рис.1.2 Операторна схема об'єкта управління
Аналіз фізико-хімічної сутності проце...
