Интенсификация реакторных процессов

Рециркуляция была известна людям еще в древности в качестве элемента дистилляции, так как перегонка жидкостей всегда сопровождается возвратом сконденсировавшихся паров жидкости обратно в зону процесса. Однако на этой стадии рециркуляция использовалась лишь в качестве естественного процесса, сопровождающего химическую или физическую переработку (например, при получении спирта, уксуса и т. д.).

Использование рециклических процессов в химической технологии начинается с конца XIX века, когда впервые в 1890 г. русский инженер В. Г. Шухов разработал и сконструировал установку, предназначенную для перегонки и разложения нефти при высоком давлении, в которой с целью улучшения передачи тепла и устранения оседания кокса в трубах, была предложена искусственная циркуляция. Несмотря на то, что изобретение Шухова было запатентовано, оно было забыто и реализовано лишь в 1920;х гг. в связи с тем, что рециркуляция явилась эффективным средством усовершенствования работы интенсивно внедряющихся в промышленность установок для термического крекинга.

Развитие химической и нефтехимической промышленности привело к тому, что уже в 1920;х гг. были созданы химические производства, в которых имелось сложное переплетение рециклических потоков.

В тридцатые годы в результате ряда отечественных и зарубежных исследований были заложены теоретические основы исследования рециклических систем, которые заключаются в том, что:

на основе кинетических расчетов был оценен коэффициент рециркуляции, показана эффективность применения рециркуляции, которая влияет на ход химической реакции; в этом случае при бесконечном количестве рециркулята достигается максимальный выход целевого продукта;

было предложено системно подходить к рассмотрению сложных химических производств;

была получена зависимость, согласно которой в рециклическом процессе выход целевого продукта теоретически только при бесконечно малом времени пребывания в реакционной зоне может достигнуть своего максимума, равного количеству исходного сырья.

В 1944 г. А. Н. Плановским было проанализировано изменение производительности реактора в зависимости от степени превращения сырья за однократный пропуск его через реакционную зону и показано, что, несмотря на малую степень превращения сырья за один цикл вследствие малого времени пребывания в аппарате, производительность реактора при использовании рециркуляции при том же объеме возрастает.

На основании этих теоретических положений в 50−70-е гг. было продолжено исследование рециклических процессов, в частности М. Ф. Нагиевым были разработаны метод расчета и выбора наиболее эффективно функционирующего реакторного узла и методология для определения оптимальной структуры ХТС и составления ее математической модели, служащей основой для исследования и оптимизации сложного комплекса.

В зарубежной литературе публикации, посвященные рециклическим процессам, появились в основном с начала 1960;х гг. В них были рассмотрены вопросы исследования режимов работы реакторов с рециклом, расчета рециклических систем, влияния рецикла на устойчивость химических реакторов, разработки общих принципов анализа рециклических систем с учетом распределения времени пребывания (РВП) в системе.

В настоящее время одним из этапов теоретических исследований химических процессов должен быть анализ процесса с позиции теории рециркуляции с целью определения теоретического оптимума эффективности и такой разработки процесса, которая позволила бы осуществить его практически в условиях, позволяющих максимально приблизиться к этому оптимуму.