42. În funcție de regimul de temperatură, reactoarele sunt subdivizate în adiabatice, izoterme și polimermale (controlate de program).
Reactorii Adiabatic cu un debit calm al reactivilor (fără amestecare) nu au schimb de căldură cu mediul, deoarece sunt dotați cu o bună izolare termică. Întreaga căldură de reacție este acumulată de fluxul de substanțe care reacționează.
Reactorul izotermic are o temperatură de funcționare constantă (TP) în toate punctele de volum de reacție pe toată perioada de funcționare a acestuia. Izotermicitatea procesului este realizată: prin intermediul dispozitivelor de schimbător de căldură plasate în volumul de reacție.
Sunt numiți reactoare politermice în care căldura de reacție este compensată doar parțial prin eliminarea (furnizarea) căldurii sau a proceselor cu un efect termic opus semnului celui de bază. Cantitatea de căldură sau de ieșire se calculează în stadiul proiectării unor astfel de reactoare. Prin urmare, ele sunt numite de asemenea programabile, dar ajustabile.
Conform regimului hidrodinamic (structura fluxului), rectorii sunt împărțiți în trei grupe.
Reactorii de amestecare ideală (completă) sunt dispozitive în care fluxurile de reactivi sunt amestecate instantaneu și uniform în întregul volum de reacție. Aceasta înseamnă că compoziția și temperatura amestecului de reacție într-un astfel de dispozitiv pot fi considerate identice pe întregul său volum. La acest tip de reactor pot fi clasificate ca dispozitive cu volum mic cu amestecare mecanică a lichidului, viteza de rotație a mixerului nu este mai mică de 4 s-1 și timpul de omogenizare nu este mai mare de 8 minute.
Reactoarele ideale (complet) deplasament - aparate, în care mișcarea este natura reactivilor porshenevoy, adică nu se amestecă fiecare volum anterior care trece prin aparat, urmat, după cum este deplasată. Într-un astfel de aparat există o anumită distribuție a vitezei de curgere peste secțiunea transversală. Ca urmare, compoziția, precum și temperatura amestecului de reacție în centrul aparatului și în pereții săi sunt diferite; și temperaturile la intrarea și ieșirea aparatului. Astfel de aparate includ reactoare tubulare cu un raport al înălțimii lor la un diametru de cel puțin 20 (H / D. 20). Cu toate acestea, în volume mari de reacție, de regulă, regimul deplasării complete (ideale) este încălcat datorită efectului de amestecare din spate.
Reactori cu regim intermediar hidrodinamic. Acest tip de aparat este foarte răspândit în practică. Cel mai frecvent abaterea de idealul de amestecare regim în volumul de reacție se observă, de exemplu, în dispozitive cu mare obmom insuficientă agitator viteza de rotație, dispozitive de schimb de căldură disponibile în interiorul mașinii, o rată mare de alimentare a reactanților în unitatea de acțiune continuă, etc. În aceste cazuri, există zone moarte (volume cu agitare scăzută sau fără agitare), bypass-ul curge în aparat precum și debitul scurgerilor prin aparatul fără confuzie.
În dispozitivele de deplasare ideală, regimul hidrodinamic regulat poate fi deranjat ca urmare a amestecării transversale și în special longitudinale a curgerii. ceea ce duce la o egalizare parțială a concentrațiilor și temperaturilor pe secțiunea transversală și pe lungimea reactorului. Acest lucru se explică prin faptul că amestecarea longitudinală (inversă) accelerează mișcarea unor elemente ale volumului, în timp ce altele - încetinește, astfel încât timpul de rezidență din reactor devine diferit.
Una dintre metodele lor tehnice de reducere a efectului amestecării longitudinale este împărțirea volumului de reacție. în urma căruia amestecarea are un caracter local și pe lungimea aparatului se menține regimul hidrodinamic apropiat de regimul de deplasare completă.
Aparatele cu regim intermediar hidrodinamic cuprind majoritatea fermentatoarelor tip coloană.
Reactorul ca un aparat în care procesul principal continuă Biotehnologie - formarea unui nou produs al unei interacțiuni complexe de materii prime trebuie să funcționeze eficient, adică pentru a oferi adâncimea necesară conversie biochimice și selectivitate. În consecință, reactor biochimic trebuie să îndeplinească o serie de cerințe diferite: să aibă volumul de reacție necesar, pentru a asigura un anumit regim hidrodinamic reactivilor de mișcare a crea o suprafață de contact dorit interactioneaza faze, pentru a menține căldura dorită în proces, modul de aerare, etc.
În condiții industriale de importanță critică nu numai viteza substanței de conversie biochimice, dar performanța echipamentului, astfel încât alegerea tipului și proiectarea echipamentului este una dintre principalele și otvestvtvennyh faze ale procesului tehnologic-chimic.
44. Aparatele în care se realizează procesele de absorbție se numesc absorbanți. Ca și alte procese de transfer de masă, absorbția are loc la limita de fază. De aceea, absorbanții trebuie să aibă o suprafață de contact dezvoltată între lichid și gaz. Prin modul în care se formează această suprafață, absorbanții pot fi împărțiți în mod condiționat în următoarele grupuri: suprafață și film, ambalare, bule (disc), pulverizare.
Amortizoare de suprafață și film
În absorbanții de acest tip, suprafața de contact a fazelor este o oglindă a unui lichid staționar sau lent, sau a suprafeței unui film lichid curent.
Amortizoare de suprafață. Acești absorbanți sunt utilizați pentru a absorbi gazele foarte solubile (de exemplu, pentru a absorbi acidul clorhidric cu apă). În aceste aparate, gazul trece peste suprafața unui lichid staționar sau lent (fig. XI-6). Deoarece suprafața de contact în astfel de absorbanți este mică, sunt instalate mai multe aparate conectate secvențial, în care gazul și lichidul se deplasează în contracurent unul cu celălalt. Pentru ca lichidul să se amestece pe absorbanți prin gravitate, fiecare dispozitiv succesiv în cursul lichidului este plasat oarecum mai mic decât cel precedent. Pentru a elimina căldura eliberată în timpul absorbției, bobinele care sunt răcite cu apă sau cu alt agent de răcire sunt plasate în aparat sau absorbanții sunt plasați într-un vas cu apă curgătoare.
Un aparat îmbunătățit de acest tip este absorberul. constând dintr-o serie de țevi orizontale, irigate din exterior cu apă. Nivelul necesar de lichid din fiecare element 1 al unui astfel de dispozitiv este menținut cu ajutorul pragului 2.
Amortizorul de plăci este alcătuit din două canale: un gaz și o mișcare absorbantă în contracurent de-a lungul canalelor 1 cu o secțiune transversală mare, un agent de răcire (de obicei apă) trece prin canalele 2 cu o secțiune transversală mai mică. Amortizoarele de placă sunt, de obicei, realizate din grafit, deoarece sunt rezistente chimic, conduc căldura bine.
Amortizoarele de suprafață au o aplicare limitată datorită eficienței reduse și greutății lor.
Amortizoare de film. Aceste dispozitive sunt mai eficiente și mai compacte decât amortizoarele de suprafață. În absorbanții de film, suprafața de contact a fazelor este suprafața filmului lichid curent. Distingeți următoarele tipuri de aparate de acest tip: 1) absorbanți tubulari; 2) absorbanți cu duze plate paralele sau duze; 3) absorbanți cu mișcare ascendentă a filmului lichid.
Amortizorul tubular are o structură similară cu schimbătorul de căldură cu cochilie verticală. Absorbantul intră în placa tubulară superioară 1, este distribuit de-a lungul tuburilor 2 și se scurge de-a lungul suprafeței interioare a acesteia sub forma unui film subțire. În aparate cu un număr mare de țevi pentru o distribuire mai uniformă a lichidului prin țevi, utilizați un aparat de comutare special. Gazul se deplasează de-a lungul conductelor de jos în sus spre filmul lichid care curge. Pentru a elimina căldura de absorbție prin spațiul intertubular, este trecută apa sau un alt agent de răcire.
Absorbator cu duza plană paralelă. Acest aparat este o coloană cu o duză de foaie 1 sub formă de foi verticale dintr-un material diferit (metal, mase plastice etc.) sau tesatura întinsă din țesătură. În partea superioară a absorbantului există dispozitive de distribuire 2 pentru umectarea uniformă a duzei de tablă pe ambele părți.
Filmul absorbant cu o mișcare ascendentă constă dintr-un tub 1, fixat în plăcile tubulare 2. Gazul din camera 3 trece prin duzele 4 dispuse coaxial cu țevile 1. Absorbantul este furnizat la conducta prin fante 5. Deplasarea cu un gaz suficient de mare viteză antrenând pelicula de lichid în direcția Mișcarea sa (de sus în jos), adică Dispozitivul funcționează în modul de flux direct ascendent. La ieșirea din conducta de fluid 1 este drenat la foaia tubulară superioară și îndepărtată din absorber. Pentru a îndepărta căldura agentului de răcire absorbție este trecut prin spațiul inelar. Pentru a mări gradul de absorbanți de extracție folosită de tipul constând din două sau mai multe etape, fiecare dintre care funcționează pe principiul curgerii înainte, în timp ce în aparatul general de gaz și lichid muta contracurent reciproc. În aparatul cu o mișcare ascendentă a filmului datorită vitezelor mari de curgere a gazului (până la 30-40 m / s) pentru a atinge valori ridicate ale coeficientului de transfer de masă, dar, cu toate acestea, rezistența la curgere a acestor dispozitive este relativ mare.
Foarte răspândite în industrie, absorbanții au primit coloane umplute cu o duză - corpuri solide de diferite forme. Într-o coloană umplută (Figura 7) duză 1 este plasată pe grilele de suport 2 având orificii sau fante pentru trecerea gazului și a fluxului de lichid. Acesta din urmă, cu ajutorul distribuitorului 3, iriga uniform corpurile împachetate și curge în jos. De-a lungul înălțimii stratului de duze de distribuție uniformă lichid pe secțiunea transversală a coloanei, în mod normal nu este atins, datorită efectului parietal - mai mare de ambalare densitate de ambalare în porțiunea centrală a coloanei decât pereții acestuia. Ca urmare, lichidul are tendința de a se răspândi din partea centrală a coloanei în pereții săi. Prin urmare, pentru a îmbunătăți duzele de udare 2-3 m diametru mare ridicat coloane de duze, uneori suprapuse straturi (secțiuni) și, pentru fiecare secțiune, cu excepția de jos, redistribuitorilor lichid 4 este setat.
Lichidul coloană împachetată curge prin elementul duză în principal sub forma unui film subțire, astfel încât suprafața de contact fază este umectat substanțial duzele de suprafață și dispozitive ambalate pot fi considerate ca un fel de film. Cu toate acestea, în ultimul film de lichid are loc în toată înălțimea aparatului, și în absorbanți ambalate - element de ambalare Numai înălțime. Când un lichid curge de la un element al duzei la altul, filmul lichid este distrus și se formează un nou film pe elementul de bază. În această parte a fluidului trece prin straturile situate sub duză sub formă de jeturi, picaturi si spray-uri. O parte din suprafața duzei poate fi îmbibată cu lichid imobil (stagnant).
Principalele caracteristici ale duzei sunt suprafața specifică (m 2 / m 3) și volumul liber e (m 3 / m 3). Cantitatea volumului liber pentru o duză neporoasă este determinată, de obicei, prin umplerea duzei cu apă. Raportul volumului de apă cu volumul ocupat de duza indică valoarea lui e. Diametrul echivalent al duzelor este dat de formula
Regimurile hidrodinamice. Amortizoarele ambalate pot funcționa în diferite regimuri hidrodinamice.
Primul mod - mod de filmare - este observat la densități scăzute de irigare și la viteze scăzute de gaze. Cantitatea de lichid reținută în duza în acest regim este practic independentă de viteza gazului.
Al doilea mod este modul de suspendare. Când fazele sunt în contracurent, datorită creșterii forțelor de frecare ale gazului față de lichid, lichidul este adus în picioare pe suprafața de contact a fazelor prin fluxul de gaz. Ca urmare, viteza de curgere a lichidului scade, iar grosimea filmei sale și cantitatea de lichid reținută în duza crește. În modul de suspendare cu creșterea vitezei de gaz, suprafața umezită a duzei crește și, în consecință, intensitatea procesului de transfer de masă. În regimul de suspendare, fluxul calm al filmului este deranjat: apar vîrteji, stropi, adică se creează condițiile de tranziție la barbotare. Toate acestea contribuie la creșterea intensității transferului de masă.
Al treilea mod - modul de emulsionare - apare ca urmare a acumulării de lichid în volumul liber al duzelor. Acumularea de lichid are loc până când forța de frecare dintre lichidul care curge și gazul care urcă în coloană nu echilibrează gravitatea fluidului din duza. În acest caz, apare inversarea sau inversarea fazei (lichidul devine o fază continuă, iar gazul devine o fază dispersată). Se formează un sistem de dispersie gaz-lichid, care seamănă cu un strat de bule (spumă) sau cu o emulsie de gaz-lichid. Regimul de emulsificare începe de la cea mai îngustă secțiune a duzelor, a căror densitate, așa cum a fost indicată, este neuniformă pe secțiunea transversală a coloanei. Prin reglarea cu atenție a alimentării cu gaz, modul de emulsionare poate fi setat la întreaga înălțime a duzelor. Rezistența hidraulică a coloanei crește brusc.
Modul de emulsifiere corespunde eficienței maxime a coloanelor ambalate, în primul rând prin creșterea suprafeței de contact a fazelor, care în acest caz este determinată nu numai (și nu numai) pe suprafața geometrică a duzei și suprafața bule și jeturi de gaz în lichidul de umplere întregul volum liber al umpluturii. Cu toate acestea, atunci când coloana funcționează în acest mod, rezistența sa hidraulică este relativ mare.
În modurile de agățare și emulsionare este recomandabil să se lucreze dacă creșterea rezistenței hidraulice nu este semnificativă (de exemplu, în procesele de absorbție efectuate la presiuni ridicate). Pentru absorbanții care funcționează la presiune atmosferică, cantitatea de rezistență hidraulică poate fi inacceptabil de mare, ceea ce va necesita funcționarea într-un mod de filmare. Prin urmare, regimul hidrodinamic cel mai eficient în fiecare caz specific poate fi stabilit doar printr-un studiu de fezabilitate.
În coloanele cu umplutură convenționale menținând modul emulsionarea este foarte dificil. Există un design special de coloane umplute cu o duză imersată, numită emulgatsionnymi (ris.XI-14). În coloana 1 modul emulsificare este stabilit și menținut prin conducta de evacuare, realizată sub forma unei supape hidraulice 2. Înălțimea emulsiei în aparatul este controlată de supapă 3. Pentru o distribuție mai uniformă a gazelor pe secțiunea transversală a coloanei conține o coloană de placă 4. Emulgatsionnye poate fi considerată ca packed probațiune. În aceste coloane, mecanismul interacțiunii de fază se apropie de faza de barbotare.
Limita de încărcare a absorbanților ambalați care funcționează în modul de filmare este punctul de emulsionare sau inversiunea. În coloanele convenționale de ambalare, modul de filmare este instabil și intră imediat în inundație. Prin urmare, acest punct este numit punctul de inundare al coloanelor ambalate. Cu viteza de irigare, viteza de limitare a gazului scade. La punctul de inversiune, viteza gazului scade, de asemenea, pe măsură ce vâscozitatea lichidului crește, iar densitatea acestuia scade. La aceleași debite de gaz și lichid, viteza gazului care corespunde punctului de inversiune este mai mare pentru un ambalaj mai mare.
Modul al patrulea este un mod de antrenare sau de mișcare inversă a unui lichid transportat de la aparat printr-un curent de gaz. Acest mod nu este utilizat în practică.
45. Luați în considerare principiile de calcul al schimbătoarelor de căldură recuperative, care sunt utilizate pe scară largă în sistemele OVT.
Ecuația transferului de căldură. în care diferența locală (t 1 - t 2) este înlocuită de diferența de temperatură medie pentru întreaga suprafață de schimb de căldură (capul temperaturii medii)? tcp. este în acest calcul principal: