Реакторы периодического действия. (Лекция 4)

Химические реакторы принято классифицировать по следующим признакам:
1) организация работы (периодические, непрерывные, полунепрерывные процессы)
2) гидродинамическая структура потока (идеальное смешение или вытеснение, промежуточная модель)
3) тепловой режим (изотермические, адиабатические, политропные)
4) фазовое состояние смеси (жидкостные, газожидкостные, твердофазные)

Периодический процесс характеризуется последовательным, раздельным по времени протеканием стадий:
загрузки сырья
ввода реактора на заданный режим
проведения химического процесса
вывода реактора из рабочего режима
выгрузки прореагировавшей смеси.
Для периодического процесса в любой точке смеси характерно изменение параметров (например, концентрации) во времени. Такие процессы называют нестационарными.

Периодические процессы предпочтительно использовать в следующих ситуациях:
– малотоннажные производства, то есть там, где для получения глубокой степени превращения необходимо относительно большое время, а объемы производства невелики
– частая смена ассортимента продукции;
– малая скорость протекания реакции (присуще органическим реакциям);
– проведение лабораторных и научно-исследовательских работ.

Периодические реакторы предпочтительны в микробиологической промышленности:
процесс культивирования микроорганизмов довольно длителен - 48– 72 ч.
Интенсивное перемешивание не допускает локальных зон перегрева, которые губительны для микроорганизмов.
В периодическом реакторе меньше опасность отравления микроорганизмов случайными примесями, которые с большей вероятностью попадают в аппарат при непрерывной подаче реагентов.

Недостатки
- необходимость времени на вспомогательные операции загрузки и выгрузки (полное время одного цикла работы периодического реактора складывается из основного времени химической реакции и вспомогательного времени)
наличие вспомогательных операций приводит к снижению производительности химического реактора
большие затраты ручного труда
сложность решения задач автоматизации.

Окончательное решение о целесообразности применения периодического процесса можно вынести лишь на основании экономической оценки.
Как правило, при проведении такого сравнения оказывается, что периодические процессы выгодны при относительно невысокой производственной мощности в тех случаях, когда получают дорогостоящие продукты.

В периодический реактор реагенты вводят до начала реакции, а все продукты выводят из него только после окончания процесса; в ходе реакции никаких веществ в реактор не вводят и из него не выводят,
поэтому:
Тогда основное уравнение
мольного баланса примет вид:

Рассмотрим реакцию изомеризации вещества А в периодическом реакторе смешения:
При протекании реакции число молей А уменьшается, а число молей В растет:

Уравнение (2) - это интегральная форма уравнения мольного баланса для периодического реактора смешения.
Уравнение позволяет определить время пребывания реакционной смеси в реакторе.
Если время меньше необходимого, будет мал выход продукта.
Если время пребывания слишком велико, могут пойти нежелательные побочные реакции.