72247

WPROWADZENIE

Inżynieria reaktorów chemicznych zajmuje się projektowaniem i eksploatacją aparatów, w których zachodzą reakcje chemiczne na skale przemysłową. Operacja ta, podobnie jak inne operacje jednostkowe, rozwinęła się od ujęć czysto empirycznych do ogólnych syntetycznych ujęć teoretycznych.

Przed reakcją surowce poddaje się odpowiednim operacjom przygotowawczym, a po reakcji produkty oddziela się od nie przereagowanych surowców, aby uzyskać dla nich odpowiednią wydajność i czystość. Ilościowe ujęcie zjawisk reaktorowych wymaga określenia:

a)    wielkości żądanego reaktora;

b)    wyboru najbardziej odpowiedniego typu reaktora dla danej reakcji;

Należy zdawać sobie sprawę z tego, że oprócz kosztów samego reaktora

optymalne rozwiązanie winno ujmować koszty całej instalacji i powinny mieć wartość minimalną, stąd przy projektowaniu reaktorów korzysta się z wielu dziedzin fizyki i chemii, w tym z termodynamiki, kinetyki chemicznej, dynamiki płynów, ruchu ciepła i masy, mechaniki, wytrzymałości i ekonomii. Informacje takie, będące syntezą z tych dziedzin nauki (a zwłaszcza fizyki i chemii), winny umożliwić prawidłową interpretację zjawisk zachodzących w reaktorach chemicznych. Jest to zwykle zagadnienie trudne do opisu (matematycznego), a wynika to z połączenia informacji z różnych dziedzin wiedzy. Jednocześnie tłumaczy to, dlaczego właśnie rozwój tej operacji jednostkowej był wolniejszy od opisu innych fizycznych operacji jednostkowych. Ponadto mnogość reakcji powodowała, że pełne ujęcia oparte o dane eksperymentalne były trudne do zrealizowania. Głównie z powodu rozbudowanego aparatu matematycznego, szczególnie dla reakcyjnych układów wielofazowych.

Wymienione dziedziny fizyki i chemii pozwalają stwierdzić:

a)    jakich zmian należy oczekiwać? (statyka)

b)    jak szybko te zmiany zachodzą? (dynamika)

Odnośnie do zmian składu reakcji, dane takie daje termostatyka, a co do szybkości reakcji - kinematyka procesu.

Kinetyka jest przy tym wypadkową szybkości samej reakcji oraz towarzyszącym im ruchowi masy i ciepła.

Termostatyka pozwala dla danej reakcji określić w danych warunkach:

a)    ilość ciepła wyzwalaną lub absorbowaną w czasie reakcji;

b)    maksymalny stopień przereagowania, który wynika z równowagi układu

(czyli ze stanu uzyskiwanego po nieskończenie długim czasie);