|
Реакторы для гомогенных процессов
Устройство реакторов для проведения гомогенных процессов проще, чем устройство реакторов для гетерогенных процессов ввиду легкости перемешивания. Все реальные аппараты занимают промежуточное положение между аппаратами идеального вытеснения и полного смешения. Движущая сила процесса в реальных реакторах меньше, чем в реакторах идеального вытеснения. Следовательно, в реакторах для гомогенных процессов перемешивание необходимо усиливать только до перехода процесса из диффузионной области в кинетическую, дальнейшее же усиление перемешивания снижает скорость процесса. В некоторых случаях бывает необходимо усиление перемешивания и в кинетической области, например, для устранения местных перегревов реакционной смеси, для усиления теплопередачи между реакционной смесью и теплообменными поверхностями и т. п. Конструкции реакторов зависят от характера среды (газ, жидкость), параметров процесса и свойств соединений, участвующих в реакциях. Фактически во всех реакторах в большей или меньшей степени идет перемешивание, снижающее движущую силу процесса и соответственно общую скорость его. Коэффициенты, учитывающие влияние перемешивания, находятся экспериментально. Наиболее существенно влияет на скорость процесса перемешивание по длине или высоте аппарата, а перемешивание в направлении, перпендикулярном потоку, влияет меньше. Скорость реакции в жидкой фазе, отнесенная к единице объема, в тысячи раз больше, чем в газовой, а коэффициенты молекулярной диффузии в тысячи раз меньше. Поэтому процессы в жидкой фазе чаще проходят в диффузионной области, чем газовые и именно для интенсификации жидкостных процессов решающее значение имеет перемешивание. Перемешивание обеспечивает также получение однородных физических смесей и интенсификацию теплообмена. Для газовых гомогенных процессов применяются в основном камерные и трубчатые реакторы. Для смешения газа в реакторах применяются сравнительно простые устройства: сопло, эжектор, центробежный лабиринтный, каскадный смеситель и др. Наиболее типичные и широко применяемые аппараты для процессов в газовой фазе: 1. Камерные реакторы с эжекторными смесителями газов и паров. Например, печь для синтеза хлористого водорода; форсуночная печь для сжигания серы, печь для термоокислительного крекинга метана. 2. Камерный реактор с центробежным перемешиванием газовой смеси (рис. 53) по режиму работы близок к полному смешению и изотермичному типу.
3. Трубчатый реактор с теплообменом между двумя газами работает по режиму вытеснения. Этот реактор политермичен. 4. Реакторы типа труба в трубе с водяными или другими жидкостными охлаждением или нагревом (рис. 55) работают по принципу идеального вытеснения. Реакторы типа труба в трубе политермичны и обычно используются дли протекающих с большим тепловым эффектом. Количество труб, расположенных друг над другом и соединенных коленами, может достигать 15 и более; они составляют секцию. В реакторах большой мощности устанавливаются десятки секций, работающих параллельно и объединенных коллекторами. Для жидкостных гомогенных процессов применяются реакторы с различными перемешивающими устройствами механического и пневматического типа. Для повышения к. п. д. (выхода продукта) используют прямоточные аппараты большой длины, батареи из нескольких реакторов, а также многосекционные аппараты, в которых степень превращения возрастает с увеличением числа секций. Реакционные аппараты снабжены теплообменниками (рубашки, змеевики) для подвода или отвода тепла. Широко применяются реакторы с различными видами механических мешалок и другими типами перемешивающих устройств, обеспечивающих режим, близкий к полному смешению. В установке со струйно-эжекторным смешением теплообменник может служить холодильником или подогревателем. Вследствие перемешивания эти реакторы изотермичны. Для повышения к. п. д. используются каскад реакторов с мешалками или секционированные реакторы с мешалками или без мешалок. Непрерывно действующие реакторы проточного типа работают по принципу идеального вытеснения. Для работы под давлением применяют автоклавы периодического действия.
49. Реакторы для проведения гетерогенных процессов в системе Г — Ж
не имеют характерных особенностей и служат типовой аппаратурой, в которой на химических заводах осуществляют также физические, массообменные процессы и операции — физическую абсорбцию и десорбцию, испарение, дистилляцию и ректификацию, промывку газов, теплообмен. В таких же реакторах осуществляют и хемосорбционные процессы (например, в производстве соды, минеральных кислот, ряда органических веществ). Типы реакторов для гетерогенных процессов в системе Г – Ж: колонные реакторы – пленочные (с насадкой, трубчатые или с листовой насадкой) - барбатажные (с ситчатыми тарелками, с колпачковыми тарелками) - с разбрызгиванием жидкости (полая колонна, циклонный скруббер) реакторы с распылением жидкости. пенные реакторы. трубчатые реакторы. Все эти типы реакторов фактически работают при промежуточных режимах, приближающихся к одной из идеальных моделей перемешивания. Конструктивное оформление реакторов Г — Ж определяется принятым методом развития поверхности контакта газовой и жидкой фаз, т. е. приемом увеличения поверхности жидкой фазы. Реактор состоит из колонны, тарелки — колосниковой решетки, поддерживающей насадку, насадки и оросительного устройства. Нормальная работа реактора зависит от выбора насадки. Необходимо, чтобы она обладала большой удельной поверхностью, большим свободным объемом, была легкой, механически прочной и дешевой. Кроме того, насадка должна оказывать минимальное сопротивление потоку газа и хорошо смачиваться жидкостью. Применяется насадка различной формы: кольца из стали или керамики. Для интенсификации работы реактора увеличивают скорости потоков газа и жидкости и применяют специальные типы насадок (спиральные, седлообразные, плоскопараллельные), обладающие большим свободным объемом и малым гидравлическим сопротивлением и позволяющие применять более интенсивные режимы. Насадочные колонны — наиболее распространенные реакторы для абсорбционно-десорбционных процессов. Барботажный реактор (рис. 67) может иметь от одной до нескольких десятков колпачковых или ситчатых тарелок в зависимости от характера процесса Г — Ж, от заданного к. п. д. реактора и требуемой селективности.
Рис. 67, Схема устройства барботажного реактора с колпачковыми тарелками и внутренними переливами (а) и с ситчатыми тарелками (б): / — колпачковая тарелка; 2 — колпачок; 3 — переливная труба; 4 — патрубок для газа; 5 — ситчатая тарелка (решетка); 6 — сливной порог. Эти реакторы конструктивно более сложны, чем колонны с насадкой, их монтаж, эксплуатация, чистка связаны с большими трудностями и затратами, но они обеспечивают более высокие расходы жидкости и газа, работают более интенсивно, обеспечивают возможность тонкого разделения жидких смесей. Устройство пенного реактора показано на рис. 69. Рис. 69. Пенный аппарат: 1 — решетка; 2 — приемная коробка; 3 — сливной порог; 4 — коробка для разрушения пены. Трубчатые реакторы (типа труба в трубе) Г — Ж служат главным образом для высокотемпературных процессов пиролиза в органической технологии; они применяются для абсорбционно-десорбционных процессов. Система Ж – Т В основном в неорганических производствах распространены пр-во AIF3, фосфатов Na, экстрак. Н3РО4 и др. Как правило, используют растворы периодического действия с механическим перемещениями устр-ми. Хар-р пример: раствор с 2х вальными шнеками.
Валы вращаются навстречу друг другу.
Система Г – Т, Г – Ж – Т. Пиролиз твердого топлива, различные виды обжига твердых матерьялов, каталит. процессы на твердых катализаторах. Большинство процессов протекает при высоких температур ›700 К. Такие реакторы называют печами. Из – за высоких T возможен переход Т → Ж, т.е. получается третья фаза – Г – Ж – Т. Классификация печей. Признаки энергетические, технические и конструктивные (по трем признакам). Энергетические хар-т источник энергии и способ нагрева смеси: топливные печи, электрические, реакционные (теплота за счет хим. реакции). Технологические пр-ки связаны с особенностями отраслей пр-ва. Конструк. пр-ки: шахтные, полочные, распылительные, кипящего слоя, барабанно – вращающиеся, камерные, туннельные, ванные, трубчатые и др. Режим движения – вытеснения по обоим фазам. Т. режим – политермический. Как правило, это топливные печи прямого нагрева. Теплота выделяется в самом нагреваемом матерьяле за счет сгорания твердого топлива (кокса), входящего в состав шихты. Иногда используют природный газ, ввод. в реакционную зону. Прим-е – обжиг из-ка, сульфидных руд, выплавки чугуна, газиф. твердого топлива, полукоксов углей и др. Самые мощные печи → Доменные печи – 10000 т/сутки. Уд. производительность – до 100 кг/м3 в час. В большинстве случаев процессы протекают во внутридиффузионной области. Раз – ры частиц не менее 10 мм. Распылительные печи – распыляют тонкоизмельчонный матерьял в потоке газовой взвеси при прямоточном падаче реаг.(печи пылевидного обжига) Режим движения фаз – смешение. Скорость процесса на зерне исключительно высока (матерьял тонкий – 10 мк, процесс протикает в кинетической области). ипт-ть печи низка, из-замалой концентрации частиц (малая SУД контакта фаз). Велик унос твердой фазы, невозможно отводить тепло из зоны реакции.
ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала... Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом... ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между... Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|