Реактори хімічні, апарати для проведення реакцій хімічних . Конструкція і режим роботи Р. х. визначаються як агрегатним станом взаємодіючих речовин, так і умовами (температурою, тиском, концентраціями реагентів і ін.), що забезпечують протікання реакції в потрібному напрямі і з достатньою швидкістю. За першою ознакою розрізняють Р. х. для реакцій в гомогенних системах (однофазних газових або рідких) і в гетерогенних системах (двух- або трифазних, наприклад газ — рідина — тверде тіло). За другою ознакою розрізняють Р. х. низького, середнього і високого тиску, нізко- і високотемпературні, періодичної, напівбезперервної і безперервної дії.
Р. х. для гомогенних систем — зазвичай ємкісні апарати, забезпечені перемішуючими пристроями і теплообмінними елементами, а також порожнисті або насадки колони часто з плоскими змійовиками. Процеси в гомогенних системах можуть протікати періодично або безперервно. Р. х. для здійснення гетерогенних процесів бувають переважно колонного типа одноступінчаті і секціоновані, рідше ємкісні. Процеси в них можуть проводитися періодично з поперемінним завантаженням реагентами і вивантаженням продуктів реакції; полуперіодічеськи, коли одні реагенти завантажуються на початку процесу, а інші (зазвичай газові) пропускаються через Р. х. аж до закінчення реакції; у циклічному режимі з поперемінним проведенням в Р. х. різних процесів (наприклад, каталітичні реакції і реакції регенерації каталізатора) або безперервно, коли реагенти, рухаючись безперервним потоком, взаємодіють під час їх проходження через Р. х., при цьому характеристики процесу мало змінюються в часі. В разі періодичного режиму роботи ємкісні Р. х. для гомогенних і гетерогенних систем забезпечуються перемішуючими пристроями для прискорення тепло- і масообміну і створення усередині Р. х. однорідних умов процесу, а в разі безперервного режиму роботи, який зазвичай використовується в промисловості, повне перемішування у всьому реакційному об'ємі небажано, т.к. сніжаєтся продуктивність Р. х. і вибірковість реакцій унаслідок великого розкиду часу перебування взаємодіючих часток в робочому об'ємі: одні проходят дуже швидко, не встигаючи прореагувати, інші затримуються. Цей ефект пригнічують шляхом вживання каскаду послідовно сполучених Р. х. даного типа. Для гетерогенних систем поширеніші проточні Р. х. — трубчасті і колонні. Трубчасті Р. х. дозволяють здійснювати інтенсивний теплообмін в зоні реакції і забезпечувати однаковий час перебування у них всіх часток потоку. Колонні Р. х. конструктивно менш пристосовані для інтенсивного теплообміну, тому їх застосовують в тих випадках, коли підведення (або відведення) тепла до зони реакції відсутнє або обмежений. Для прискорення міжфазного масообміну і зменшення розкиду часу перебування часток реагентів колонні апарати заповнюються інколи твердою насадкою (див. Насадка ). У Р. х. для газо-жідкофазних реакцій розвинена міжфазна поверхня досягається диспергуванням одного з реагентів. У колонних Р. х. дуже істотний рівномірний розподіл потоку по перетину колон. Проточні Р. х. при необхідності забезпечуються циркуляційними контурами для повернення вихідних речовин, що не прореагували.
Вибір робочого тиску в Р. х. всіх типів залежить від характеру реакції, агрегатного стану реагентів, від економічних чинників (витрати енергії металоємності і ін.). У промисловості в багатотоннажних виробництвах часто використовуються Р. х. високого тиску (наприклад, синтез аміаку, мал. 1 ).
Необхідний тепловий режим Р. х. забезпечується шляхом розміщення в зоні реакції різних теплообмінних елементів (сорочки, змійовики, трубні пучки і пр.). В деяких випадках зони реакції чергуються з теплообмінниками або з безпосередніми введеннями холодних реагентів або інертних газів в проміжки між зонами реакції ( мал. 2 ). Для підведення або відведення тепло застосовують або незалежні теплоносії, або використовують тепло потоку, що відходить, для підігрівання вихідних речовин; у останньому випадку можливі явища нестійкості, які можуть привести до недопустимого розігрівання (або охолоджуванню) Р. х. і зупинці процесу.
Р. х. з гомогенним каталізатором конструктивно не відрізняються від некаталітичних. У ємкісних Р. х. з перемішуванням гетерогенний (твердий) каталізатор може застосовуватися у вигляді тонкої суспензії або, частіше, у вигляді зерен, нерухомий шар яких заповнює апарат трубчастого або колонного типа; із-за малої теплопровідності такого шару в Р. х. можливі значні перепади температури. Зменшення розміру зерен прискорює реакції за рахунок розвиненішої поверхні, але викликає зниження теплопровідності шаруючи і зростання його гідравлічного опору, тому в практиці застосовують зерна діаметром в декілька міліметрів. Схема каталітичного контактного апарату приведена на мал. 3 .
Швидкі реакції часто проводять на сітках з металевого каталізатора. Р. х. з псевдозрідженим (див. Киплячий шар ) і рухомим шаром мають характерні особливості, відмінні від ін. реакторів. Переваги таких Р. х.: можливість безперервного введення свіжіше і відведення відпрацьованої твердої фази, висока швидкість теплообміну, незалежність гідравлічного опору від швидкості зріджуючого агента (газу, пари, рідини), широкий діапазон властивостей твердих часток (включаючи суспензії, пасти) і зріджуючого агента. Проте вживання реакторів з псевдозрідженим і рухомим шаром обмежене, т.к. оні не забезпечують однакового часу перебування часток обох фаз в шарі і збереження властивостей твердої фази вимагають потужної пиловловлюючої апаратури.
Відомі Р. х. з рухомим (падаючим) зернистим шаром, використовувані для здійснення безперервних процесів в гетерогенних системах з твердою фазою ( мал. 4 ). Значительна специфіка конструкцій реакторів для електрохімічних і плазмових процесів (див. Електролізери,Плазмовий реактор ).
Для проведення реакцій, що вимагають механічного перемішування реагентів, особливо при середньому і високому тиску, застосовують Р. х. з екранованим приводом, що звільняє від складних ущільнюючих пристроїв (сальників).
При розрахунку Р. х. визначаються необхідні для досягнення заданої продуктивності об'єм, швидкість потоку, поверхня теплообміну гідравлічний опір, швидкість заміни каталізатора, конструктивні параметри (особливо Р. х. високого тиску). Для розрахунку використовуються експериментальні дані по кінетиці реакцій і отруєнню каталізатора, швидкості тепло- і масопереносу і пр. (див. Макрокінетика ). Якнайповніший розрахунок, включаючи визначення полий температури і концентрації в Р. х., визначення оптимальної схеми теплообміну і рециркуляції, аналіз стійкості режиму Р. х. і вибір параметрів регулюючих пристроїв, проводиться з використанням ЕОМ(електронна обчислювальна машина) (див. Моделювання ). У реакторостроєнії спостерігається тенденція створення апаратів великої потужності.
Літ.: Аріс Р., Аналіз процесів в хімічних реакторах, М., 1967; Льовеншпіль О., Інженерне оформлення хімічних процесів, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1969; Іоффе Л. І., Письмен Л. М., Інженерна хімія гетерогенного каталізу, 2 видавництва, Л., 1972.
