Классификация химических реакторов

Химические реакторы — незаменимое оборудование в производстве и научной сфере. Они упрощают труд работников химических предприятий и лаборантов, а также повышают производительность. С их помощью создаются фармакологические препараты, средства бытовой химии, лаки, краски, парфюмерия, пищевые продукты. Рассмотрим, какие виды химических реакторов существуют и в чем их отличия.

Виды химических реакторов

Классификация химических реакторов проводится по разным признакам:

• по материалу изготовления;
• по способу протекания химических реакций;
• по теплообмену между реактором и окружающей средой;
• по принципу работы;
• по конструктивным особенностям.

Материал изготовления

Традиционно химические реакторы производятся из черной стали с защитным покрытием. У таких моделей много недостатков. Во-первых, они тяжелые и дорого стоят. Во-вторых, при монтаже и установке стальных емкостей в помещении часто возникают дополнительные затраты. Наконец металл в составе корпуса может повлиять на итог производственного процесса и свойства готового продукта. Например, он может среагировать на щелочи или кислоты.

Современная альтернатива металлическим аппаратам — полимерные реакторы. Они изготавливаются из химически нейтральных пластиков и обладают высокими прочностью и жесткостью.

Реакторы из синтетических материалов превосходят металлические аналоги по нескольким параметрам:

• они не подвержены воздействию влаги и устойчивы к коррозии на протяжении всего срока службы;
• легко очищаются — на стенках образуется минимум остатков, а из полимерного корпуса легко удалить загрязнение;
• химически стойки к широкому перечню кислот и щелочей, а также нейтральны по отношению к большинству производственных и научных реагентов;
• весят намного меньше, что упрощает перевозку и установку объемных пластиковых емкостей по сравнению с металлическими аналогами;
• полностью герметичны и защищены от разлива реагентов;
• дешевле нержавейки, при этом не уступают по прочности и другим характеристикам.

Выбор полимера для изготовления реакторов зависит от условий эксплуатации: рабочей среды и температурного диапазона. Например, реакторы из полиэтилена устойчивы к растворам кислот, щелочей и к органическим растворителям, выдерживают рабочие температуры до +60 °С, отличаются морозостойкостью. Полипропиленовые аппараты подходят для более высоких температур — до +90 °C, но менее устойчивы к морозу. А для особо агрессивных сред и повышенных температур эксплуатации используются емкости из PVDF.

Способ протекания химических реакций

Разнообразие типов химических реакций и условий их протекания влияет и на виды реакторов. Аппараты могут использоваться в гомогенных или гетерогенных системах. Разница между ними заключается в различии реакций: одна часть протекает в одну фазу, другая часть — в несколько фаз.

• Однофазные реакции предполагают эксплуатацию аппаратов с гомогенной системой. Это такие реакции, которые протекают с веществом одного агрегатного состояния. Под многофазные реакции с веществами разных агрегатных состояний используются реакторы с гетерогенной системой.
• В гомогенных процессах важная задача — достичь выравнивания температуры и концентрации по всему объему аппарата. Для этого используют теплообменные реакторы. Для гетерогенных процессов применяются емкости идеального смешения — периодические, с введением реагентов перед началом химической реакции, или проточные, которые действуют непрерывно в заданном режиме.

Теплообмен между реактором и окружающей средой

По этой классификации химические реакторы делятся на 3 вида:

• Адиабатические. Теплообмена между аппаратом и окружающей средой нет. В результате химических процессов вся теплота, которая при этом выделяется или поглощается, расходуется на внутренний теплообмен.
• Изотермические. Теплообмен с окружающей средой обеспечивает неизменяемый температурный режим в аппарате. В любой точке оборудования при этом полностью компенсируется поглощение или выделение теплоты.
• Политермические. Температура, которая регулируется в химическом аппарате, меняется вместе с заданной программой. Для этого могут использоваться теплообменные устройства.

Принцип работы

По принципу работы химические реакторы классифицируются на следующие виды:

• периодического действия;
• полунепрерывного действия;
• непрерывного действия.

Периодический процесс характеризуется последовательным протеканием всех стадий. Выглядит это так: загрузка сырья → ввод реактора на нужный режим → проведение химического процесса → вывод аппарата из рабочего режима → выгрузка смеси.

Химические аппараты периодического действия популярны в малотоннажных производствах и при частой смене ассортимента продукции. Они подходят для задач с малым скоростями протекания реакции или в проведении лабораторных и научно-исследовательских работ.

В непрерывном реакторе все стадии протекают одномоментно, но в разных его частях. Такие аппараты используют в крупнотоннажных производствах, где не меняется ассортимент производимой продукции. Они обеспечивают непрерывное получение продукта и уменьшение эксплуатационных расходов. Дело в том, что вывод на рабочий режим в этих моделях выполняется только один раз при запуске технологической схемы.

Конструктивные особенности

Химические реакторы различаются по форме:

• Цилиндрические — самые популярные, так как форма цилиндра наиболее целесообразна с точки зрения равномерного протекания реакции. Могут быть вертикальными или горизонтальными, открытыми или закрытыми.
  
• Прямоугольные аппараты могут быть открытыми или закрытыми, в стальном каркасе или без него.

Днище цилиндрического аппарата может быть плоским или коническим — это еще один признак, по которому различаются реакторы. Крышки в закрытых емкостях также могут быть плоскими или коническими.

Для повышения интенсивности растворения, высокого выхода продукта, экономного расходования ресурсов химические реакторы оснащают перемешивающими устройствами. В зависимости от целей использования на аппарат устанавливают разные виды мешалок:

• Лопастная. Применяется для перемешивания невязких жидкостей или средней вязкости. Емкости с такой мешалкой позволяют создавать грубые эмульсии, взвеси твердых и волокнистых частиц.
• Пропеллерная. Лопасти имеют изгиб и особую конфигурацию. Благодаря этому обеспечивается практически полное перемешивание жидкостей. Оптимальный вариант для растворов с концентрацией взвешенных частиц до 1%.
• Рамная. Используется для перемешивания вязких и густых составов. Устанавливается в реакторы с плоским или полукруглым дном.
• Турбинная. Быстроходная, позволяет полностью избавиться от осадка на дне аппарата. Применяется в реакторах, предназначенных для создания эмульсий. За счет быстроходности может растворять газы в жидких средах.
• Фрезерная. Самая быстрая, перемешивает даже твердые компоненты. Такая мешалка внешне похожа на фрезу по металлу. Она эффективно работает с жидкостями любой вязкости и может растворять твердые элементы.
• Складная. Оптимальный вариант для установки в емкость с узкой горловиной. Размер рабочих лопастей подбирается под параметры горловины.

Заключение

Химические реакторы отличаются по ряду параметров. Важно правильно выбирать подходящий вариант для конкретных задач. Это позволит оптимизировать условия протекания химических реакций, а значит и улучшить рентабельность производства.

Наша компания проектирует и изготавливает полимерные химические реакторы различных видов под ключ. Чтобы система соответствовала требованиям заказчика перед ее производством проводится расчет, подбор основных параметров и оптимизация режимов работы.

Свяжитесь с нами в чате на сайте. Консультант поможет подобрать подходящий вид полимера и уточнит технические характеристики будущего изделия. Дополнительно укомплектуем реактор мешалкой нужного типа. Экологическая безопасность нашей продукции подтверждена гигиеническими сертификатами. Готовые химически емкости доставляем по всей России.