РЕА́КТОРЫ ХИМИ́ЧЕСКИЕ

РЕА́КТОРЫ ХИМИ́ЧЕСКИЕ, ап­па­ра­ты, пред­на­зна­чен­ные для про­ве­де­ния хи­мич. про­цес­сов с це­лью по­лу­че­ния раз­но­об­раз­ных ви­дов це­ле­вой хи­мич. про­дук­ции. В тех­но­ло­гич. схе­мах от Р. х. за­ви­сят на­дёж­ность хи­ми­ко-тех­но­ло­гич. про­цес­сов, ус­той­чи­вость тех­но­ло­гич. ре­жи­ма и ка­че­ст­во по­лу­чае­мых про­дук­тов. Для пра­виль­но­го ана­ли­за ра­бо­ты и рас­чё­та Р. х. не­об­хо­ди­мо учи­ты­вать мно­го­числ. фак­то­ры, влияю­щие на ход про­цес­са: ки­не­ти­ку ос­нов­ной и по­боч­ных ре­ак­ций, вре­мя пре­бы­ва­ния ве­ществ в зо­не ре­ак­ции, гид­ро­ди­на­мич. ре­жим, те­п­ло- и мас­со­об­мен, темп-ру, дав­ле­ние и т. д.

Осн. по­ка­за­те­ля­ми ра­бо­ты Р. х. яв­ля­ют­ся: ско­рость хи­мич. ре­ак­ции (из­ме­не­ние чис­ла мо­лей ком­по­нен­та в еди­ни­це объ­ё­ма ре­ак­ци­он­ной сре­ды за еди­ни­цу вре­ме­ни); про­из­во­ди­тель­ность (ко­ли­че­ст­во по­лу­чен­но­го про­дук­та в еди­ни­це объ­ё­ма Р. х. за еди­ни­цу вре­ме­ни); вы­ход про­дук­та (от­но­ше­ние ко­ли­че­ст­ва про­дук­та, по­лу­чен­но­го в ре­зуль­та­те хи­мич. пре­об­ра­зо­ва­ния, к ко­ли­че­ст­ву сы­рья, по­сту­пив­ше­му на пе­ре­ра­бот­ку); се­лек­тив­ность про­цес­са (до­ля пре­вра­щён­но­го сы­рья, ис­поль­зо­ван­но­го на об­ра­зо­ва­ние це­ле­во­го про­дук­та). В Р. х. осу­ще­ст­в­ля­ют­ся хи­мич. ре­ак­ции и про­цес­сы мас­со­пе­ре­да­чи (диф­фу­зии ве­ще­ст­ва к мес­ту ре­ак­ции). Ре­ак­ции, осу­ще­ст­в­ляе­мые в Р. х., в за­ви­си­мо­сти от ме­ха­низ­ма мо­гут быть раз­де­ле­ны на об­ра­ти­мые и не­об­ра­ти­мые, про­стые и слож­ные (в т. ч. па­рал­лель­ные, по­сле­до­ва­тель­ные, со­пря­жён­ные или их ком­би­на­ция).

Наи­бо­лее час­то Р. х. клас­си­фи­ци­ру­ют по спо­со­бу ор­га­ни­за­ции про­цес­са, те­п­ло­вым ре­жи­мам, ре­жи­мам дви­же­ния ре­ак­ци­он­ной сре­ды, фа­зо­вым со­стоя­ни­ям реа­ген­тов. По спо­со­бу ор­га­ни­за­ции про­цес­са раз­ли­ча­ют ре­ак­то­ры пе­рио­дич. дей­ст­вия (сы­рьё за­гру­жа­ет­ся че­рез оп­ре­де­лён­ные про­ме­жут­ки вре­ме­ни, про­дук­ты вы­гру­жа­ют­ся еди­но­вре­мен­но – по­сле осу­ще­ст­в­ле­ния хи­мич. пре­вра­ще­ний), не­пре­рыв­но­го дей­ст­вия (сы­рьё по­да­ёт­ся не­пре­рыв­но, про­дук­ты от­во­дят­ся так­же не­пре­рыв­но) и по­лу­не­пре­рыв­но­го дей­ст­вия (реа­ген­ты по­сту­па­ют в ре­ак­тор пе­рио­ди­че­ски, про­дук­ты от­во­дят­ся не­пре­рыв­но). При раз­но­об­раз­ном ас­сор­ти­мен­те ма­ло­тон­наж­ных про­из­водств не­об­хо­ди­мая гиб­кость про­цес­са, свя­зан­ная с пе­ре­хо­дом от од­но­го про­дук­та к дру­го­му, лег­че обес­пе­чи­ва­ет­ся ис­поль­зо­ва­ни­ем пе­рио­дич. про­цес­сов. В круп­но­тон­наж­ных про­из­вод­ст­вах ра­цио­наль­но при­ме­нять ус­та­нов­ки не­пре­рыв­но­го дей­ст­вия.

По те­п­ло­вым ре­жи­мам Р. х. под­раз­де­ля­ют­ся на изо­тер­ми­че­ские, адиа­ба­ти­че­ские и с про­грам­ми­руе­мым те­п­ло­вым ре­жи­мом. В изо­тер­мич. ре­ак­то­рах темп-ра ра­бо­чей сре­ды со­хра­ня­ет­ся по­сто­ян­ной во всём объ­ё­ме ап­па­ра­та. По­сколь­ку хи­мич. ре­ак­ции со­про­во­ж­да­ют­ся вы­де­ле­ни­ем или по­гло­ще­ни­ем те­п­ла (со­от­вет­ст­вен­но эк­зо­тер­ми­че­ские или эн­до­тер­ми­че­ские), для под­дер­жа­ния по­сто­ян­ной темп-ры в Р. х. ис­поль­зу­ют­ся внеш­ние те­п­ло­но­си­те­ли. В адиа­ба­тич. ре­ак­то­рах от­сут­ст­ву­ет кон­такт ре­ак­ци­он­ной сре­ды с внеш­ни­ми те­п­ло­но­си­те­ля­ми и для обес­пе­че­ния адиа­ба­тич. ре­жи­ма внеш­няя по­верх­ность ап­па­ра­тов, как пра­ви­ло, снаб­жа­ет­ся те­п­ло­изо­ля­ци­ей. В ре­ак­то­рах с про­грам­ми­руе­мым те­п­ло­вым ре­жи­мом для ин­тен­си­фи­ка­ции хи­мич. про­цес­сов осу­ще­ст­в­ля­ет­ся тер­мо­ре­гу­ли­ро­ва­ние ли­бо все­го объ­ё­ма ре­ак­то­ра, ли­бо его отд. сек­ций.

По ре­жи­мам дви­же­ния ре­ак­ци­он­ной сре­ды раз­ли­ча­ют Р. х. пол­но­го (иде­аль­но­го) вы­тес­не­ния, пол­но­го пе­ре­ме­ши­вания и про­ме­жу­точ­но­го ти­па. В Р. х. пол­но­го вы­тес­не­ния от­сут­ст­ву­ет про­доль­ное (в осе­вом на­прав­ле­нии) пе­ре­ме­ши­ва­ние ре­ак­ци­он­ной сме­си, со­дер­жа­щей про­дук­ты и ис­ход­ные ве­ще­ст­ва, а её со­став из­ме­ня­ет­ся по дли­не ре­ак­тора в ре­зуль­та­те хи­мич. пре­вра­ще­ний. В Р. х. пол­но­го пе­ре­ме­ши­ва­ния во всех точ­ках ре­ак­то­ра осн. па­ра­мет­ры (кон­цен­тра­ция, темп-ра, вяз­кость и др.) яв­ля­ют­ся по­сто­ян­ны­ми и но­вая пор­ция реа­ген­та, по­сту­паю­щая в ре­ак­тор, име­ет те же ха­рак­те­ри­сти­ки, что и ве­ще­ст­ва, на­хо­дя­щие­ся в ап­па­ра­те. Р. х. пол­но­го вы­тес­не­ния и пол­но­го пе­ре­ме­ши­ва­ния яв­ля­ют­ся иде­аль­ны­ми ап­па­ра­та­ми. Ре­аль­но су­ще­ст­вую­щие ре­ак­то­ры – т. н. про­ме­жу­точ­но­го ти­па – по гид­ро­ди­на­мич. ха­рак­те­ри­сти­кам от­ли­ча­ют­ся от иде­аль­ных, в них осу­ще­ст­в­ля­ет­ся ин­тен­сив­ное про­доль­ное пе­ре­ме­ши­ва­ние.

По фа­зо­во­му со­стоя­нию реа­ген­тов раз­ли­ча­ют Р. х. для ре­ак­ций в го­мо­ген­ных и ге­те­ро­ген­ных сис­те­мах. В пер­вом случае ве­ще­ст­ва и ка­та­ли­за­тор на­хо­дят­ся в од­них и тех же аг­ре­гат­ных со­стоя­ни­ях, во вто­ром – в раз­ных. Ис­поль­зуе­мые ка­та­ли­за­то­ры долж­ны об­ла­дать вы­со­кой ка­та­ли­тич. ак­тив­но­стью, се­лек­тив­но­стью по от­но­ше­нию к це­ле­во­му про­дук­ту, ме­ха­нич. проч­но­стью, быть ус­той­чи­вы­ми при воз­дей­ст­вии вы­со­ких тем­пе­ра­тур, иметь боль­шую удель­ную по­верх­ность, тре­буе­мую дис­перс­ность.

Кон­ст­рук­ции Р. х. раз­но­об­раз­ны, по­это­му клас­си­фи­ка­ция их дос­та­точ­но ус­лов­ная. Раз­ли­ча­ют труб­ча­тые (ти­па те­п­ло­об­мен­ни­ка), ко­лон­ные (с не­под­виж­ным или дви­жу­щим­ся сло­ем твёр­дой фа­зы, с та­рел­ка­ми или пол­ка­ми и др.) ре­ак­то­ры, ап­па­ра­ты ти­па ре­ак­ци­он­ной ка­ме­ры (с ме­ха­нич. пе­ре­ме­ши­ва­ни­ем или без не­го, с бар­бо­ти­ро­ва­ни­ем, ав­то­кла­вы, кон­вер­то­ры и др.); др. ши­ро­ко ис­поль­зуе­мые ти­пы ре­ак­то­ров – пе­чи, баш­ни, ка­ме­ры и т. д. (см. Мас­со­об­мен­ные ап­па­ра­ты).

Важ­ной про­бле­мой обес­пе­че­ния вы­со­кой эф­фек­тив­но­сти ра­бо­ты Р. х. яв­ля­ют­ся кри­те­рии его вы­бо­ра с точ­ки зре­ния хи­мич. ки­не­ти­ки кон­крет­ной ре­ак­ции. К ним от­но­сят­ся: обес­пе­че­ние за­дан­но­го ка­че­ст­ва це­ле­во­го про­дук­та, макс. об­щая про­из­во­ди­тель­ность, вы­ход це­ле­во­го про­дук­та, ми­ним. при­ве­дён­ные за­тра­ты, тип ре­ак­ции (го­мо­ген­ная, ге­те­ро­ген­ная), эко­ло­гич. и пром. безо­пас­ность и др. При соз­да­нии пром. Р. х. ис­поль­зу­ют­ся ре­зуль­та­ты ис­сле­до­ва­ния ла­бо­ра­тор­ных мо­де­лей ре­ак­то­ров (см. По­до­бия тео­рия в хи­ми­че­ской тех­но­ло­гии).