РЕАКТОРЫ ХИМИЧЕСКИЕ, аппараты для проведения реакций химических. Конструкция и режим работы Р. х. определяются как агрегатным состоянием взаимодействующих веществ, так и условиями (темп-рой, давлением, концентрациями реагентов и др.), обеспечивающими протекание реакции в нужном направлении и с достаточной скоростью. По первому признаку различают Р. х. для реакций в гомогенных системах (однофазных газовых или жидких) и в гетерогенных системах (двух- или трёхфазных, напр. газ- жидкость-твёрдое тело). По второму признаку различают Р. х. низкого, среднего и высокого давления, низко- и высокотемпературные, периодического, полунепрерывного и непрерывного действия.

Р. х. для гомогенных систем - обычно ёмкостные аппараты, снабжённые перемешивающими устройствами и теплообменными элементами, а также пустотелые или насадочные колонны часто с плоскими змеевиками. Процессы в гомогенных системах могут протекать периодически или непрерывно. Р. х. для осуществления гетерогенных процессов бывают прсим. колонного типа одноступенчатые и секционированные, реже ёмкостные. Процессы в них могут проводиться периодически с попеременной загрузкой реагентами и выгрузкой продуктов реакции; полупериодически, когда одни реагенты загружаются в начале процесса, а другие (обычно газовые) пропускаются через Р. х. вплоть до окончания реакции; в циклич. режиме с попеременным проведением в Р. х. различных процессов (напр., каталитич. реакции и реакции регенерации катализатора) или непрерывно, когда реагенты, двигаясь непрерывным потоком, взаимодействуют во время их прохождения через Р. х., при этом характеристики процесса мало изменяются во времени. В случае периодич. режима работы ёмкостные Р. х. для гомогенных и гетерогенных систем снабжаются перемешивающими устройствами для ускорения тепло- и массообмена и создания внутри Р. х. однородных условий процесса, а в случае непрерывного режима работы, к-рый обычно используется в пром-сти, полное перемешивание во всём реакционном объёме нежелательно, т. к. снижается производительность Р. х. и избирательность реакций вследствие большого разброса времени пребывания взаимодействующих частиц в рабочем объёме: одни проходят слишком быстро, не успевая прореагировать, другие задерживаются. Этот эффект подавляют путём применения каскада последовательно соединённых Р. х. рассматриваемого типа. Для гетерогенных систем более распространены проточные Р. х. - трубчатые и колонные. Трубчатые Р. х. позволяют осуществлять интенсивный теплообмен в зоне реакции и обеспечивать одинаковое время пребывания в них всех частиц потока. Колонные Р. х. конструктивно менее приспособлены для интенсивного теплообмена, поэтому их применяют в тех случаях, когда подвод (или отвод) тепла к зоне реакции отсутствует или ограничен. Для ускорения межфазного массообмена и уменьшения разброса времени пребывания частиц реагентов колонные аппараты заполняются иногда твёрдой насадкой. В Р. х. для газо-жидкофазных реакций развитая межфазная поверхность достигается диспергированием одного из реагентов. В колонных Р. х. очень существенно равномерное распределение потока по сечению колонн. Проточные Р. х. при необходимости снабжаются циркуляционными контурами для возврата непрореагировавших исходных веществ.

Выбор рабочего давления в Р. х. всех типов зависит от характера реакции, агрегатного состояния реагентов, от экономич. факторов (расхода энергии, металлоёмкости и др.). В пром-сти в многотоннажных произ-вах часто используются Р. х. высокого давления.

Требуемый тепловой режим Р. х. обеспечивается путём размещения в зоне реакции различных теплообменных элементов (рубашки, змеевики, трубные пучки и пр.). В нек-рых случаях зоны реакции чередуются с теплообменниками или с непосредственными вводами холодных реагентов или инертных газов в промежутки между зонами реакции. Для подвода или отвода тепла применяют либо независимые теплоносители, либо используют тепло отходящего потока для подогрева исходных веществ; в последнем случае возможны явления неустойчивости, к-рые могут привести к недопустимому разогреву (или охлаждению) Р. х. и остановке процесса.

Р. х. с гомогенным катализатором конструктивно не отличаются от некаталитических. В ёмкостных Р. х. с перемешиванием гетерогенный (твёрдый) катализатор может применяться в виде тонкой суспензии или, чаще, в виде зёрен, неподвижный слой к-рых заполняет аппарат трубчатого или колонного типа; из-за малой теплопроводности такого слоя в Р. х. возможны значит. перепады темп-ры. Уменьшение размера зёрен ускоряет реакции за счёт более развитой поверхности, но вызывает снижение теплопроводности слоя и рост его гидравлич. сопротивления, поэтому в практике применяют зёрна диаметром в неск. миллиметров.

Быстрые реакции часто проводят на сетках из металлич. катализатора. Р. х. с псевдоожиженным и движущимся слоем имеют характерные особенности, отличные от др. реакторов. Преимущества таких Р. х.: возможность непрерывного ввода свежей и отвода отработанной твёрдой фазы, высокая скорость теплообмена, независимость гидравлич. сопротивления от скорости сжижающего агента (газа, пара, жидкости), широкий диапазон свойств твёрдых частиц (включая суспензии, пасты) и сжижающего агента. Однако применение реакторов с псевдоожиженным и движущимся слоем ограничено, т. к. они не обеспечивают одинакового времени пребывания частиц обеих фаз в слое и сохранения свойств твёрдой фазы, требуют мощной пылеулавливающей аппаратуры.

Известны Р. х. с движущимся (падающим) зернистым слоем, используемые для осуществления непрерывных процессов в гетерогенных системах с твёрдой фазой. Значительна специфика конструкций реакторов для электрохимич. и плазменных процессов.

Для проведения реакций, требующих механич. перемешивания реагентов, особенно при средних и высоких давлениях, применяют Р. х. с экранированным приводом, освобождающим от сложных уплотняющих устройств (сальников).

При расчёте Р. х. определяются необходимые для достижения заданной производительности объём, скорость потока, поверхность теплообмена, гидравлич. сопротивление, скорость замены катализатора, конструктивные параметры (особенно Р. х. высокого давления). Для расчёта используются экспериментальные данные по кинетике реакций и отравлению катализатора, скорости тепло-и массопереноса и пр. Наиболее полный расчёт, включая определение полей темп-ры и концентрации в Р. х., определение оптимальной схемы теплообмена и рециркуляции, анализ устойчивости режима Р. х. и выбор параметров регулирующих устройств, проводится с использованием ЭВМ. В реакторостроении наблюдается тенденция создания аппаратов большой мощности.

Лит.: Арис Р., Анализ процессов в химических реакторах, М., 1967; Левейшпиль О., Инженерное оформление химических процессов, пер. с англ., М., 1969; Иоффе Л. И., Письмен Л. М., Инженерная химия гетерогенного катализа, 2 изд., Л., 1972.

Л. М. Письмен.

По материалам БСЭ.