ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Аппараты для ведения реакций в газовой фазе на неподвижном катализаторе из "Технологические методы нефтехимического синтеза издание2" Газофазные процессы обычно идут при высоких температурах, что ведет к увеличению удельного веса побочных реакций. Снижение температуры и повышение избирательности процесса достигают применением катализатора. Поэтому большинство газофазных процессов ведут на твердых катализаторах за исключением процессов термического рлзложения органических соединений (крекинг, пиролиз). Иногда применяют гомогенные катализаторы. Химические реакторы для газовых гетерогенных каталитических реакций часто называют контактными аппаратами. [c.71] Реакторы, работающие под высоким давлением, но не требующие интенсивного теплообмена, изготовляют в виде толстостенных колонн. [c.72] Гетерогенные газофазные процессы (газ —твердое тело) очень сложны по кинетике и технологическому оформлению. Химическое превращение реагентов в гетерогенно-каталитическом процессе идет на поверхности катализатора. При этом решающее значение для скорости процесса, кроме скорости самого химического превращения, имеет размер поверхности катализатора и ее доступность для молекул реагентов. [c.72] Увеличение рабочей активной поверхности катализатора достигается сочетанием двух способов 1) применением пористых зерен, обладающих, кроме внешней поверхности зерна, высокоразвитой поверхностью пор (внутренняя активная поверхность зерна), которая во много раз больше внешней поверхности 2) измельчением зерен катализатора, что приводит к развитию внешней поверхности и облегчает проникновение газа в поры. [c.72] Для работы в неподвижном слое катализатора применять зерна очень малого размера нецелесообразно, так как при этом значительно увеличивается гидравлическое сопротивление катализаторного слоя. Обычно предел измельчения ограничивается 3—5 мм, что не дает, однако, возможности достаточно полно использовать сильно развитую внутреннюю активную поверхность катализатора. Поэтому часто стремятся применять крупнопористые катализаторы, в которых легче осуществляется проникновение газа к активной внутренней поверхности. [c.72] Эффективность использования активной поверхности зависит от скорости химического превращения, происходящего на этой поверхности, и от скорости подвода к ней реагентов. [c.72] Если скорость химической реакции настолько мала, что скорость процесса не ограничивается переносом вещества ни к внешней, ни к внутренней поверхности зерна, и концентрации реагентов в газовой фазе на поверхности зерна и в центре его приблизительно равны, то процесс проходит в кинетической области. Закономерности такого процесса определяются закономерностями химического превращения, протекающего на активной поверхности катализатора. [c.73] меж у точное положение занимает область внутренней диффузии. Здесь скорость переноса вещества к внешней поверхности значительно больше скорости реакции, и концентрация сырья на этой поверхности равна концентрации его в газовой фазе. Однако скорость диффузии в порах меньше скорости химического превращения и поэтому концентрация сырья в центре зерна меньше, чем у его поверхности, а в пределе может быть равна нулю. [c.73] В этом случае внутренняя поверхность используется лишь частично. [c.73] Следовательно, применение пористых контактов целесообразно (и необходимо) лишь для реакций, идущих с малой скоростью. Для реакций, идущих со средними скоростями, необходимо интенсифицировать массообмен, чтобы полнее использовать поверхность зерна. Такая интенсификация осуществляется повышением скорости газа, турбулизацией его движения. Тогда массообмен в газе происходит в результате конвекции и только у самой поверхности сохраняется тонкий диффузионный слой газа. [c.73] Для реакций, идущих с большими скоростями, применение пористых контактов не дает эффекта. [c.73] Кроме вопросов массообмена, при создании реакторов для газофазных гетерогенных каталитических реакций приходится решать также вопросы теплообмена, которые часто представляют главную технологическую трудность. [c.73] Передача тепла изнутри катализаторного слоя к теплообменным поверхностям посредством газовой фазы также не всегда эффективна вследствие малой теплоотдачи и плохого перемешивания газа в поперечном сечении аппарата, заполненного катализатором. [c.74] Линии I — сырье II — теплоноситель. [c.74] Разновидностью трубчатых реакторов являются аппараты, в которых теплоносителем служит сырьевая смесь, поступающая на реакцию — реакторы с внутренним теплообменом. [c.75] При этом избыточное тепло из зоны реакции используется на подогрев сырьевой смеси. В аппаратах такого типа трубное и межтрубное пространства сообщаются между собой (рис. 26). [c.75] Кроме того, существуют многочисленные варианты конструкций, связанные с особенностями конкретного технологического процесса. На этих вариантах мы не будем останавливаться. [c.75] Конструкции и число ступеней реакторов со ступенчатым регулированием температуры различаются в зависимости от особенностей химических процессов, которые в них проводятся. Для реакций, идущих с малой скоростью, требуется катализатор в большом объеме. При этом, если тепловой эффект реакций невелик, то все реакционное тепло расходуется на подогрев реакционной смеси, которая и уносит это тепло из реактора (одна ступень). Реактор представляет собой цилиндрический сосуд, заполненный катализатором (рис. 27). Объем катализатора определяется временем контакта, необходимым для полного превращения сырья. [c.75] Отдельно нужно рассмотреть высокоэкзотермические процессы, идущие с большой скоростью и при высоких температурах (окисление метанола, изопропилового спирта и т. п.). В этом случае объем катализатора очень невелик, что при быстром выделении больших количеств тепла требует чрезвычайно эффективного теплоотвода. Лучше всего здесь использовать реакторы с небольшим (несколько сантиметров) слоем катализатора, работающие по принципу адиабатического реактора. Небольшая высота слоя дает возможность быстро удалять продукты реакции из зоны высоких температур. Эффективному теплоотводу способствует большая разница между температурой газов на входе в катализаторный слой и на выходе из него. [c.76] Если теплоемкость газов оказывается недостаточной для съема всего тепла, то в реактор вместе с реагентами подают инертный теплоноситель (азот, пары воды, углекислый газ и т. п.). [c.77] Вернуться к основной статье