ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Реакторы для проведения реакций в системе из "Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки" Гетерофазные системы газ - жидкость (в жидкости может быть растворен катализатор) очень широко используются в органической технологии. Примером могут служить процессы окисления органических соединений молекулярным кислородом, гидрирования, алкилирования, сульфирования и сульфатирова-ния триоксидом серы, реакции гидроформилирования, синтез уксусной кислоты из метанола и СО и др. Основные условия достижения высокой конверсии реагентов, селективности и устойчивости режима заключаются в обеспечении хорошего контакта фаз и теплообмена в реакционной системе. [c.48] Химические процессы в системе газ - жидкость проводятся в реакторах смешения и вытеснения, а также каскаде реакторов или в секционированных аппаратах. Например, при окислении углеводородов молекулярным кислородом используется каскад 3-5 барботажных колонн или один секционированный реактор. [c.48] Основным параметром, характеризующим эффективность реакторов для систем газ - жидкость, является поверхность контакта фаз. В зависимости от способа ее формирования газожидкостные реакторы делятся на четыре основные группы. [c.48] Зь Реакторы пленочные, в которых контакт газа осуществляется с жидкостью, находящейся в виде пленки на стенках аппарата или на поверхности его внутренних элементов. [c.49] При выборе типа реактора важнейшими факторами являются продолжительность реакщш и соответственно требуемый рабочий объем (большой или малый), состав газа (чистый газ или смесь, например, воздух), рабочее давление в аппарате, величина теплового эффекта реакции. [c.49] Для перемешивания газожидкостной смеси в зоне реакции в принципе могут применяться механические перемешивающие устройства или барботаж, например, кислородсодержащего газа, вводимого в реакционную зону. [c.49] В реакторах с механическим перемешиванием газожидкостной смеси вследствие развитой турбулентности достигается наиболее тонкое диспергирование газа в жидкости, что обеспечивает высокую удельную площадь поверхности контакта фаз. Такие реакторы целесообразно использовать в случаях, когда газожидкостная реакция протекает с достаточно большой скоростью и процесс лимитируется скоростью массопереноса, например, кислорода в жидкость, т. е. диффузионными факторами. Реакторы с мешалками можно компоновать в каскады. [c.49] Однако имеется и ряд факторов, ограничивающих применение реакторов с мешалками. Их пропускная способность по газу в свободном объеме ограничена режимом захлебывания, когда при достижении некоторого расхода газа, подаваемого в аппарат, избыточное его количество не диспергируется в жидкости, а, обтекая мешалку, поднимается вверх вдоль вала. При перемешивании наиболее эффективными турбинными мешалками открытого типа такой режим наступает при условии, что критерий расхода газа VJ(nd ) 0,6 + 0,7, где п - частота вращения мешалки, - ее диаметр, м. При высоких расходах газовой фазы это заставляет увеличивать число оборотов и размеры мешалки, а следовательно, и мощность, затрачиваемую на перемешивание. [c.49] Реакторы с мешалками применяются главным образом в периодических процессах и малотоннажных производствах. [c.50] Колонна внутри облицована кислотоупорной плиткой. Температура реакции (70-90 °С) поддерживается с помощью наружной паровой рубашки. Свежий ацетилен вместе с неп1юреаги-ровавшим рециркулирующим ацетиленом вводят в колонну у ее основания. Затем ацетилен проходит через слой насадки противотоком каталитическому раствору ( u I - NH4 I - H l -Н2О) и смешивается с H N. [c.51] Продукт реакции акрилонит-рил удаляется вместе с побочными продуктами из верхней части колонны. [c.51] Лессинга и др.) засьшается на опорные решетки, имеющие отверстия для стока жидкости и прохождения газа. [c.51] Реакторы с тарелками колпачковыми и ситчатыми (рис. 1.9 1.10) имеют заметные преимущества перед насадочными. Необходимый объем жидкости в реакторе такого типа может быть обеспечен соответствующим регулированием уровня на тарелках. При этом достигается хороший контакт между газами и жидкостью. Теплообмен осуществляется за счет внутренних и внешних кожухотрубных теплообменников. Реакторы с тарелками нашли применение в процессах окисления алкилароматических углеводородов в гидропероксиды, производстве спиртов сернокислотной гидратацией. [c.51] Наиболее простым и весьма распространенным типом реактора для системы газ - жидкость является реактор барботажного типа, представляющий собой полую колонну диаметром не более 3-4 м. Газ в реактор подается снизу через распределительное устройство, барботируясь через слой жидкости и интенсивно ее перемешивая. [c.51] Сравнительная простота конструкции барботажных колонн позволяет проектировать их на большие объемы и гарантирует высокую надежность в эксплуатации. Однако характерным признаком работы барботажной колонны является неорганизованная и слабая циркуляция жидкости, что не позволяет обрабатывать в барботажной колонне неоднородные жидкости или суспензии. [c.52] Пропускная способность колонн по газу лимитируется его приведенной скоростью (отнесенной к площади свободного сечения аппарата), которая обычно не превышает 0,1 м/с. При более высоких скоростях значительно возрастает газосодержание, что при заданном количестве обрабатываемой жидкости приводит к неоправданному увеличению общего объема реактора. Кроме того, при высоких скоростях газа возникают крупномасштабные пульсации, влекущие за собой пульсацию давлений и вибрацию аппарата. Пропускная способность по жидкости (при непрерывном процессе) определяется необходимым временем пребывания ее в колонне. [c.52] К недостаткам барботажных колонн следует отнести недостаточно интенсивный теплообмен. При конвективном отводе теплоты через стенки, заключенные в рубашки, удельная площадь поверхности теплообмена (отнесенная к объему колонн) уменьшается с увеличением их диаметра, зачастую не обеспечивая необходимого съема теплоты реакции. [c.52] Кроме того, по сечению такой колонны могут возникать градиенты тевшератур, недопустимые по условиям реакции. Размещение же вн5гтри колонны большого количества дополнительных теплообменных элементов усложняет конструкцию аппарата. Способ отвода теплоты за счет испарения части жидкости упрощает конструкцию самой колонны, но требует установки выносных теплообменных устройств. В целом агрегат получается конструктивно сложным, так как нарушается один из основных принципов проектирования химических реакторов, требующий размещения теплообменных устройств там, где выделяется теплота, т. е. непосредственно в реакционном объеме. [c.52] Общий вид барботажного газлифтного реактора представлен на рис. 1.11. Такой тип реактора можно считать аппаратом смешения. [c.53] На рис. 1.12 изображен барботажный кожухотрубный газ-лифтный реактор, разработанный в Санкт-Петербургском технологическом институте и предназначенный для проведения реакций при контактировании газов с жидкой или с гетерофазной реакционной массой. [c.53] Вернуться к основной статье