Реакторы гомогенного и гетерогенного катализа - Направление совершенствования химических производств

В гомогенных реакторах в процессе участвует только одна фаза: газовая или паровая, жидкая или твердая. На заводах отрасли гомогенные реакторы, как правило, газо-фазные; жидкофазные.

Реакторы химические для гомогенных систем -- обычно емкостные аппараты, снабженные перемешивающими устройствами и теплообменными элементами, а также пустотелые или насадочные колонны часто с плоскими змеевиками. Процессы в гомогенных системах могут протекать периодически или непрерывно. Реакторы химические с гомогенным катализатором конструктивно не отличаются от некаталитических.

Для проведения гомогенных процессов используются емкостные (рис. 4.70, a-е, и, к) или трубчатые (рис. 4.70, ж, з) реакторы. Емкостные аппараты, подразделяющиеся на периодические и проточные, снабжены мешалками различной конструкции: пропеллерные (рис. 4.70, а), лопастные (рис. 4.70, б), турбинные, с расположенной в центре трубой, обеспечивающие наиболее интенсивное перемешивание (рис. 4.70, в - реактор Вишневского). Особый тип мешалок применяется для перемешивания вязких жидкостей (рис. 4.70, г, д). Поддержание определенного температурного режима осуществляется через рубашку аппарата (рис. 4.70, а, д), либо через поверхность вставленных теплообменников, имеющих форму змеевика или "беличьего колеса" (рис. 4.70, е).

Для периодических процессов предназначены реакторы, приведенные на рис. 4.70, а, б, г. В начале рабочего цикла исходные вещества загружают в реактор, после завершения процесса продукты выгружают, как показано на рисунке стрелками. Для проведения непрерывных процессов служат реакторы, изображенные на рис. 4.70, в, д. Конструкции аппаратов, изображенных на рис. 4.70, а и в используются во многих процессах органического синтеза, на рис. 4.70, б-- в производстве красок, а на рис. 4.70, г и д -- в производстве полимеров.

Трубчатые реакторы применяются для термического крекинга в нефтепереработке, например, в производстве хлорпрена (рис. 4.70, ж), синтеза гликоля (рис. 4.70, з), в котором реактор в виде змеевика помещен в камеру горения, поэтому такие реакторы называют трубчатой печью.

Синтез НС1 из С12 и Н2 проводят в полом пламенном реакторе (рис. 4.70, и). К гомогенному твердофазному реактору можно отнести печь коксования (рис. 4.70, к), где сырье (уголь) загружают в камеры коксования, обогреваемые снаружи дымовым газом, циркулирующим по вертикальным отопительным каналам, а газообразные продукты непрерывно удаляются.

Для проведения гетерогенно-каталитических процессов наиболее распространены реакторы с неподвижным слоем катализатора (рис. 4.74). Весь объем аппарата, изображенного на рис. 4.74, а, заполнен частицами различной формы (зернами катализатора), характерный размер которых 3--8 мм. Слой расположен на жесткой опорной решетке, выдерживающий вес катализатора и перепад давления в слое. Для уменьшения энергетических затрат катализатор располагают таким образом, чтобы газ проходил в радиальном направлении через слой в виде цилиндра (рис. 4.74, в) или но направлениям, показанным в реакторе на рис. 4.74, г. Последовательность адиабатических слоев используется в многослойных реакторах (рис. 4.74, д). Теплота между слоями отводится с помощью встроенных теплообменников или вводом холодного газа, как показано на этом рисунке.

Другая группа реакторов -- со взвешенным слоем катализатора -- псевдоожиженным (кипящим) или восходящим, приведена на рис. 4.76. При высокоскоростной подаче реакционной смеси через низ слоя твердые частицы будут витать в потоке, не уносясь вместе с ними из реактора (рис. 4.76, а). В этом случае частицы не должны быть крупнее 1 мм. Такая организация процесса обеспечивает полное использование внутренней поверхности. Циркулирующие частицы выравнивают температуру в слое, и процесс в нем протекает практически изотермически. Интенсивное движение частиц обеспечивает хороший теплоотвод, - коэффициент теплопередачи от кипящего слоя более чем на порядок больше, чем от неподвижного. Подвижность частиц дает возможность реализации течения твердого материала через реактор, что существенно для процесса с изменяющейся активностью катализатора. В качестве примера такого процесса можно привести каталитический крекинг нефтепродуктов, в котором катализатор быстро "закоксовывается" и теряет активность. Его непрерывно выводят из реактора в регенератор (рис. 4.76, б), где происходит "выжиг" кокса, и восстанавливается активность, а после этого возвращают в реактор, обеспечивая непрерывность процесса.

Похожие статьи




Реакторы гомогенного и гетерогенного катализа - Направление совершенствования химических производств

Предыдущая | Следующая