ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Реакторы со стационарным трехфазным слоем из "Массопередача в гетерогенном катализе" Реакторы со стационарным слоем иногда работают на смеси жидкого и газообразного сырья. Жидкость обычно стекает вниз по поверхности гранул, а газ проходит прямотоком или противотоком к жидкости. Прямоток обычно предпочтительнее, так как при этом значительно улучшается распределение жидкости по катализатору и достигаются высокие нагрузки по жидкости без захлебывания реактора. [c.94] Такие реакторы в течение последних 10—15 лет нашли широкое применение в нефтепереработке для гидрообессеривания и гидроочистки различных нефтяных фракций. При атом объемная скорость по жидкости составляет 0,5—4,0 ч . Имеются сообщения о том, что эксплуатационные расходы и капиталовложения при использовании реакторов с двухфазным потоком на 15—20% ниже по сравнению с установками парофазного обессеривания [154]. [c.94] В целом ряде случаев температура кипения сырья высока и испарение его сопровождается существенным разложением. Сюда относятся процессы гидроочистки смазочных масел и гидрообессеривания нефтяных остатков. В перспективе можно ожидать широкого использования рассматриваемых реакторов и в других реакциях между газом и жидкостью по мере накопления опыта проектирования и эксплуатации. [c.94] Присутствие жидкой фазы в сырье создает ряд осложнений. Распределение жидкости по катализатору в большой степени зависит от скорости жидкости и паров, свойств реагентов и конструктивных особенностей реактора и распределительных устройств для ввода жидкости. Все эти факторы влияют на эффективность контакта жидкости с катализатором и на содержание ее в слое. [c.95] В реакторе с двухфазным потоком газообразный реагент должен последовательно абсорбироваться жидкостью, через пленку жидкости достигнуть внешней поверхности гранулы и затем через заполненные жидкостью поры диффундировать к активной поверхности катализатора. [c.95] Информация об условиях массопередачи в реакторах рассматриваемого типа крайне ограничена. В некоторых лабораторных исследованиях было установлено, что скорость реакции определяется не столько условиями массопередачи, сколько истинной кинетикой реакции. [c.95] Ле-Нобель и Шофоэр исследовали процесс гидрообессеривания по способу фирмы Шелл [188]. Они установили, что уменьшение размера гранул приводит к увеличению скорости реакции, что указывает на определяющую роль диффузии в порах. Понижение вязкости сырья путем разбавления также увеличивает скорость реакции. Этот эффект был приписан увеличению коэффициента диффузии молекул сероорганических соединений в порах, заполненных жидкостью. [c.95] Условия процесса Шелл рассматривались также в работе Ван-Деемтера [343]. В типичных условиях (540-10 Н/м , 370 °С) на алюмокобальтмолибденовом катализаторе диаметром гранул около 5 мм коэффициент эффективности (см. гл. III) равен около 0,36. [c.95] Адлингон и Томпсон [2] нашли коэффициент эффективности равным 0,6 для процесса на том же катализаторе при размере гранул 3,2 мм (334-10 Н/м2 и 416 °С). [c.95] В типичных условиях гидрообессеривания средняя толщина пленки составляет 0,01 —0,1 мм. Эта величина значительно меньше размера гранул катализатора, и поэтому пленка не может создавать значительного сопротивления массопередаче. Исключение составляют очень быстрые реакции, для которых коэффициент эффективности внутренней части гранулы очень мал. [c.95] Ван-Зоонен и Дауэс [346] исследовали гидрообессеривание прямогонного газойля на алюмомолибденовом катализаторе при 334-10 Н/м2 и 375 °С. Опыты проводились на таблетках различной плотности размером 3x3 мм и дробленных таблетках. [c.96] При постоянном расходе жидкости степень обессеривания выше на дробленом катализаторе. Такой же результат наблюдался в опытах с таблетками малой плотности, пористость которых была выше, чем у более плотных таблеток. Характерно, что скорость реакции в последнем случае была выше несмотря на то, что общая поверхность катализатора, находящегося в реакторе, была меньше, чем при загрузке плотных таблеток. [c.96] Коэффициент эффективности для таблеток высокой и низкой, плотности составлял соответственно 0,5 и 0,8. Эффективный коэффициент диффузии, рассчитанный по результатам реакции, близок к 10 2 м2/с. Такое низкое значение типично для пор, заполненных жидкостью, хотя в этих опытах около 95% сырья вводилось в реактор в виде паров. Режим работы катализатора, при котором поры его заполнены жидкостью, но-видимому, типичен для пленочных реакторов. Исключение могут составлять реакции, сопровождающиеся образованием газообразных продуктов. При быстрой экзотермической реакции поры могут быть заполншы парами и в том случае, когда температура массы жидкости несколько ниже температуры кипения сырья или продуктов. [c.96] Такой случай, по-видимому, наблюдал Вэйр при гидрировании бензола в циклогексан [359]. Тепловой эффект этой реакции равен около 209 кДж/моль циклогексана. Опыты проводились на никель-кизельгуровом катализаторе при 30—120 С и (70,7—334)-10Ш/м2. В области температур около 70—100 °С обнаружены два значения скорости реакции, причем они наблюдались при всех условиях, и то или иное значение проявлялось в зависимости от способа пуска реактора. Большее значение скорости в 5—10 раз превышает меньшее. Автор полагает, что более высокое значение соответствует заполнению пор парами бензола и водородом при этом роль диффузионных ограничений пренебрежимо мала. Низкая скорость реакции наблюдается в случае определяющей роли диффузионного сопротивления в порах, заполненных жидкостью. [c.96] Пелоссоф изучал гидрогенизацию а-метилстирола в кумол при 20—50 °С и атмосферном давлении [298]. Реактор представлял собой колонку, в которую в один вертикальный ряд были загружены сферические гранулы алюмопалладиевого катализатора. В работе содержатся данные о количестве жидкости, задерживающейся в такой системе. [c.96] Примечательно, что даже при значительных диффузионных ограничениях наблюдаемая скорость реакции мало зависит от расхода жидкости при постоянных средних концентрациях реагентов в объеме. Это отчасти объясняется тем, что толш ина пленки А пропорциональна кубическому корню из расхода жидкости. С другой стороны, с увеличением расхода улучшается перемешивание жидкости в точках соприкосновения гранул катализатора друг с другом. Оба эти эффекта частично компенсируют друг друга. [c.97] При отсутствии экспериментальных значений коэффициента Als его можно определить из следующих соображений. Максимальное значение сопротивления пленки равно A/Z) = I/Als. Согласно [277], средняя толщина пленки приближенно равна А = е/2а для слоя, в котором 50% свобддного объема заполнено жидкостью. Комбинируя эти соотношения, получим выражение кы = 2Dals. [c.97] Для гранул диаметром 3,2 мм описанная оценка дает толщину пленки, равную 0,33 мм. [c.98] Средняя толщина пленки может быть найдена также из корреляций, предложенных для определения количества жидкости, удерживаемой слоем в динамических условиях. Одна из таких корреляций приведена в работе Шульмана с сотр. [321]. При пользовании ими следует иметь в виду, что они получены, как правило, для колец Рашига или седловидной насадки Берля при больших расходах, т. е. в условиях, характерных не столько для реакторов, сколько для абсорберов. [c.98] Коэффициент k s можно вычислить также, используя одну из форм пленочной теории [298]. Она, по-видимому, применима при малых временах контакта и больших расходах. Согласно этой теории, если при течении жидкости по грануле два концентрационных пограничных слоя не перекрываются заметным образом, то действительно соотношение I/J ls = ilkl + i/k . Зр,всъ кь —абсорбционный коэффициент массопереноса, а к характеризует растворение малорастворимой гранулы в пленке жидкости. [c.98] Вернуться к основной статье