ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Литература к разделу из "Эффективность внедрения вихревых аппаратов" В нефтехимической промышленности известны процессы, идущие в газовой фазе при высоких температурах и, иногда, со значительными тепловыделениями время пребывания реагентов в реакционной зоне исчисляется секундами и долями секунды. Это процессы гетерогенного катализа, к которым можно отнести и процессы каталитической очистки газов, окислительного синтеза, окислительного и термического пиролиза, галлоидирования углеводородов и др. [c.124] Изотермичность процессов поддерживают технологическим режимом, проведением процессов в трубчатом варианте реактора с отводом части тепла в межтрубное пространство хладоагенту и т. д. Однако из-за возможных колебаний концентраций в сторону увеличения, трудности отвода тепла из центральной зоны к стенкам реактора, возникновения застойных зон и т. д., неизбежны значительные местные перегревы, которые могут привести к дезактивации катализатора, к более глубоким превращениям при окислительном синтезе, увеличивающим выход побочных продуктов, вплоть до оксида и диоксида углерода и воды. Избирательность процесса, таким образом, резко снижается. [c.124] Для каталитического обезвреживания таких отходящих газов в зернистом слое катализатора необходимо, чтобы концентрация органических примесей Со было ниже критической. [c.125] Критическая концентрация Сокр. органических примесей в отходящих газах определяет границу скачкообразного перехода реакции глубокого окисления из кинетической области во внешнедиффузионную. В адиабатических условиях, то есть без подвода и отвода тепла, при превышении Сокр. происходит резкий разогрев катализатора с переходом реакции во внешнедиффузионную область. [c.125] К(То) — константа скорости реакции при То, 1/ч. [c.125] Из уравнения следует, что большему значению Сокр соответствует большее значение а и меньшие Е, То, К(То), Го и я. [c.125] При установившемся процессе значения параметров, входящих в уравнение, будут оставаться постоянными, также как и количество выделяющегося тепла реакции. Изменение Сокр. возможно только за счет варьирования значения величины а, то есть путем регулирования отвода тепла из зоны реакции. Величина а зависит от теплофизических свойств среды и гидродинамического режима в реакторе. [c.125] Из-за высокой скорости газов в трубчатом реакторе следует ожидать и резкое повышение скорости химического превращения за счет перехода реакции на гетерогенно-гомогенный механизм [55, 56], поскольку в трубчатом вихревом реакторе имеются свободные объемы, необходимые для развития радикальноцепного процесса [57]. [c.126] При разработке ряда процессов нас привлекла идея использования вихревой трубы в качестве химического реактора. Были предложены варианты вихревых реакторов с тангенциальным закручивающим устройством [1], который впоследствии был заменен на винтовое закручивающее устройство [2]. [c.126] Специфические аэро- и термодинамические особенности, характеризующие вихревую трубу, позволяют быстро вводить ее в работу и регулировать режим реакции за счет высоких скоростей тепло- и массообмена, обеспечивающих избирательность процесса. [c.126] Можно назвать следующие конкретные процессы, которые, на наш взгляд, целесообразно было бы осуществить в условиях закрученного потока и снять тем самым отмеченные выше проблемы. Такие проблемы существуют в процессах получения акролеина окислением пропилена кислородом воздуха [58, 59]. Для их решения в работах [52, 53 и 54] довольно подробно описан метод окисления пропилена в свернутой спиралью десятиметровой медной трубке малого диаметра (3 мм), помещенной в кипящий Даутерм . Катализатором в данном случае служил оксид меди, образующийся на внутренней поверхности трубки при прохождении нагретой смеси пропилена с кислородом. Благодаря высокой теплопроводности меди и увеличенному отношению поверхности трубки к его объему, обеспечивался хороший отвод тепла реакции и стабильный выход акролеина и насыщенных альдегидов. Так, в сравнении с обычным реактором с гранулированным катализатором, при прочих равных условиях, в реакторе из медной трубки удельный выход всех кислородосодержащих продуктов (г/ч на литр реактора) составил 140-170 против 50-60, а мольный выход альдегидов (%) 70-72 против 30-35. [c.126] Семеновым. Реакцию проводили в реакторе, заполненном фарфоровыми кольцами Рашига, при температуре — 600-700°С, давлении — 0,1 МПа в течение 0,1 с при подаче оксида азота (N0) в количестве 0,2% об. от метановоздушной смеси. Была спроектирована установка производительностью 3000 т 37%-ого формалина. [c.126] Отмеченные во вводной части проблемы возникают и в реакторах санитарной очистки отходящих газов, когда содержание органики в них оказывается выше критической концентрации. В этом случае адиабатический разогрев в зернистом слое катализатора может привести к его дезактивации. Для обеспечения условий более благоприятного течения отмеченных реакций нами, как уже отмечалось, были предложены принципиальные варианты конструкции вихревого реактора-теплообменника, в которых, кроме температурного окисления кислородом воздуха, в качестве катализатора может быть использована как внутренняя поверхность стенки собственно материала труб или специально нанесенные на нее катализаторные покрытия, так и газообразная или жидкая фазы. [c.127] Наиболее подходящей для проверки ожидаемых качеств вихревой трубы как реактора нам представляется реакция окисления пропана, как наиболее доступного — использовался бытовой газ (из баллона), дающий широкую гамму продуктов окисления кроме того, для сопоставления имеются литературные экспериментальные данные [60]. Так, в табл. 2.11 дан состав продуктов окисления пропана в зависимости от соотношения углеводород воздух при 275°С, а условия проведения наших поисковых опытов даны в табл. 2.12. [c.127] Соотношение пропан воздух Vз V,, объемн. [c.128] В вихревом реакторе целесообразно проводить и санитарную очистку газов, содержащих органические примеси выше критических концентраций. В этом случае внутренняя поверхность трубы покрывалась нами соответствующей катализаторной пленкой [62]. В выявленных нами более поздних публикациях по исследованию трубчатых реакторов со слоем катализатора, нанесенным на стенки трубок, например, для получения малеинового ангидрида из нафталина на катализаторе с пятиокисью ванадия (для интенсификации тепло- и массообмена трубку заполняли инертной насадкой — кольцами Рашига) [63, 65], для окисления аммония на кобальтовом катализаторе (С03О4) не раскрывается технология приготовления и нанесения катализаторных покрытий. [c.128] В дальнейшем нами были разработаны, исследованы и использованы более совершенные термо-, адгезионнопрочные и активные катализаторные покрытия на основе новых катализаторов, адгезивов, связующих и растворителей [66-71]. [c.129] Исследование глубокого окисления в вихревой трубе-реакторе выполняли на экспериментальной установке, включавшей узел подготовки ПВС с трубопроводом сжатого воздуха и ротаметром РС-7, испарителем органического вещества, помещенным в термостат, реометром и смесителем узел регулируемого электроподогрева ПВС узел вихревой и теплоизолированной трубы из стали 12 х 18НЮТ с внутренним диаметром 16 мм и длиной 900 мм, с двухканальным винтовым закручивающим устройством с относительной площадью сопловых вводов 2 (1,8 X 2,5) х 10 м и углом наклона оси каналов к оси трубы 75° [72]. Температуру ПВС на входе в вихревой реактор и вдоль реактора измеряли термопарами, подключенными через переключатель к потенциометру ЭПП-60. Головки термопар для измерения температуры вдоль трубы-реактора вводили через стенку внутрь, погружая в катализаторный слой и исключая контакт с материалом стенки трубы. Отбор проб ПВС на анализ до и после реактора осуществляли через соответствующие штуцера. Пробы ПВС анализировали на суммарное содержание органических веществ после сжигания до СО2 и Н2О известным баритным методом. [c.129] Из-за относительно низкой температуры кипения (82,4°С) в качестве примеси органического вещества нами был принят изопропиловый спирт (ТУ-6-09-402-70), облегчающей подготовку и транспорт ПВС и тем, что имеются отходящие газы с примесями ИПС. До использования в качестве катализаторного покрытия составленную композицию проверяли на активность в сопоставлении с зернистым катализатором АП-56, для чего схватившуюся, затвердевшую суспензию измельчали до приблизительно равной с АП-56 дисперсности. [c.129] В табл. 2.13 приведены результаты испытаний на активность в процессе глубокого окисления ИПС из смеси с воздухом на катализаторе АП-56 и композиции для катализаторного покрытия на основе АП-56. Объемы катализаторов составляли 6 м объемные скорости находились в пределах 2500-15000 ч . [c.129] Вернуться к основной статье