ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Аппараты с псевдоожиженным слоем катализатора из "Реакционная аппаратура и машины заводов основного органического синтеза и синтетического каучука Издание 2" Аппараты с неподвижным слоем катализатора имеют ряд недостатков 1) большие градиенты температур в сечении и по высоте слоя вследствие малой теплопроводности слоя 2) высокое гидравлическое сопротивление слоя (гидравлическое сопротивление особенно возрастает, если с целью получения большой поверхности контакта применять мелкий катализатор с диаметром частиц 2—3 мм) 3) неуста-новившийся выход в результате падения активности катализатора по мере его дезактивации 4) периодичность работы во многих случаях вследствие отложений на катализаторе и необходимости переключения аппарата на регенерацию. Указанных недостатков в значительной степени лишены аппараты с псевдоожиженным слоем катализатора. [c.78] Использование аппаратов с псевдоожиженным слоем рассмотрим на примере каталитического крекинга, применяемого для переработки керосиновых и соляровых дистиллятов прямой перегонки нефти. Продуктами крекинга являются бензин, газ, газойлевые фракции. При крекинге образуется большое количество кокса — 5—8% от веса крекируемого сырья. Кокс откладывается на поверхности катализатора, снижая его активность. [c.79] При осуществлении крекинга в неподвижном слое катализатора крекинг и регенерация осуществляются в одном аппарате. Эти операции чередуются часто. Крекинг, регенерация и вспомогательные операции длятся по 10 мин. Крекинг идет с поглощением, а регенерация — с выделением теплоты. Поэтому в аппарате необходимо устанавливать теплообменные поверхности двух видов — для подвода теплоты при крекинге и для отвода теплоты при регенерации. По этим причинам установки с неподвижным слоем являются неэкономичными и развитие получили установки с псевдоожиженным или движущимся слоем катализатора. [c.79] Схемы установок с псевдоожиженным слоем катализатора. Реактор и регенератор могут быть расположены параллельно, т. е. на одном уровне, оси их параллельны и необходим двухкратный подъем катализатора — из реактора в регенератор и из регенератора в реактор. Возможно соосное расположение — регенератор размещается над реактором, оси их совпадают и необходим однократный подъем катализатора из реактора в регенератор, а из регенератора в реактор катализатор поступает самотеком. Кроме того, можно применять одноаппаратные схемы, когда реакция и регенерация проводятся попеременно в одном и том же аппарате, т. е. аппарат выполняет роль и реактора и регенератора. Такие схемы целесообразны, когда не требуется частая регенерация катализатора, например для процессов окисления органических веществ кислородом воздуха. В этом случае наряду с реакцией непрерывно идет частичная регенерация катализатора, поскольку одним из реагентов является кислород воздуха. [c.79] Продукты и газы регенерации выводятся через систему двух-или четырехступенчатых циклонов, служащих для улавливания частиц катализатора. [c.80] Секционирование аппарата по высоте уменьшает вредное влияние продольного перемешивания реагирующих газов, улучшает избирательность процесса, устраняет вибрацию аппарата, которая имеет место при высоких слоях катализатора из-за проскока крупных пузырей газов. Секционирующие тарелки провального типа выполняются в виде перфорированных листов или трубного колосника, особо прочного, так как трубы обладают высокой жесткостью. Для соединения труб в трубную решетку с фиксированным расстоянием между ними применяются планки, которые привариваются к трубам. Перфорированные листы не имеют такой жесткости, как трубы, поэтому тарелки из них имеют форму конструкций с поперечными ребрами, придающими жесткость. Достаточно жесткую конструкцию имеют тарелки (рис. 3.28), изготовленные из двух рядов уголков, приваренных встык к пластинам, ограничивающим с боковых сторон размер элемента тарелки. Облегченные элементы тарелок собираются с помощью планок. [c.80] Достоинства аппаратов с псевдо-ожиженны.м слоем катализатора малый градиент температур высокий коэффициент теплоотдачи от теплообменных поверхностей малое гидравлическое сопротивление подвижность слоя дает возможность организовать непрерывный процесс с постоянной циркуляцией катализатора. [c.81] Закономерности псевдоожиженного состояния. В аппаратах с псевдоожиженным слоем используются частицы с диаметром 50— 1500 мкм, т. е. слой является полидисперсным. Применение частиц различного размера связано, во-первых, с трудностью получения частиц одинакового размера и, во-вторых, с тем, что полидисперсный слой имеет лучшее качество псевдоожижения, так как мелкие частицы заполняют пространство между крупными. [c.81] Частицы диаметром 50 мкм плохо ожижаются из-за слипания. [c.81] Для определения среднего диаметра частиц проводят рассев порции катализатора на наборе сит. Сита имеют размер отверстий 40 мкм и более. После получения нескольких (4—7) фракций с различным среднеарифметическим диаметром каждой фракции и определения веса каждой фракции средний диаметр смеси частиц легко определяется по уравнению (3.33). [c.82] Перепад температур по сечению и высоте псевдоожиженного слоя, если не считать небольшого участка в нижней части, на котором происходит разогрев реагентов до температуры слоя, невелик и составляет 1—3 градуса. Поэтому в псевдоожиженном слое катализатора процесс идет практически в изотермическом режиме. Высокое значение эффективного коэффициента теплопроводности псевдоожиженного слоя объясняется конвективным переносом теплоты движущимися частицами. [c.82] Гидравлическое сопротивление псевдоожиженного слоя с возрастанием скорости газа не увеличивается, как в неподвижном слое, а остается постоянным и во всем интервале рабочих скоростей равно весу слоя твердых частиц, деленному на площадь поперечного сечения аппарата. С ростом скорости газа происходит лишь увеличение порозности слоя. [c.83] Тепловые процессы в псевдоожиженном слое могут быть подразделены на внешний теплообмен, т. е. теплоотдачу от теплообменных поверхностей к псевдоожиженному слою, и внутренний теплообмен, т. е. теплоотдачу от газа к твердым частицам. [c.83] Зависимость коэффициента теплоотдачи при внутреннем теплообмене от скорости газа имеет вид кривой, проходящей через максимум. Максимальное значение коэффициента теплоотдачи зависит только от физико-химических свойств частиц и газа и определяется по уравнению Кимакс = 0,86Аг° 2. [c.83] В псевдоожиженном слое внешний теплообмен может происходить со стенками аппарата или со встроенными теплообменными поверхностями. Встроенные теплообменные элементы могут состоять из вертикальных и горизонтальных труб или трубок Фильда, кольцевых поверхностей, змеевиков и т. д. Для горизонтальных поверхностей коэффициент теплоотдачи имеет несколько меньшее значение, чем для вертикальных, вследствие ухудшения условий обтекания горизонтальных поверхностей теплообмена и образования застойных зон в верхней части горизонтальных теплообменных трубок. [c.83] Если скорость газа увеличивать выше значения, соответствующего максимальному коэффициенту теплоотдачи, то порозность слоя возрастает, т. е. понижается содержание твердых частиц в единице объема псевдоожиженного слоя, в результате чего коэффициент теплоотдачи начинает уменьшаться, стремясь к значению коэффициента теплоотдачи для чистого газа. [c.83] Для описания внутреннего теплообмена, т. е. теплообмена между газом и твердыми частицами, применимо уравнение, описывающее теплообмен между газом и единичной частицей Ни = 2 + + 0,37Ке° бРг Зз. Это уравнение обычной конвективной диффузии, в котором в правой части появилось слагаемое, соответствующее значению Ни при Ке = О, т. е. слагаемое, характеризующее теплоотдачу не за счет конвективной диффузии, а за счет чистой теплопроводности окружающей частицу среды при отсутствии конвекции. [c.83] На конверсию реагентов в псевдоожиженном слое катализатора влияет перемешивание газообразных и твердых частиц. Однако если твердые частицы интенсивно перемешиваются в слое за счет гравитационных сил, то компоненты газовой фазы перемешиваться таким образом не могут. Здесь играет роль неравномерность поля скоростей газа по сечению слоя и во времени, в результате чего кажущаяся степень перемешивания оказывается достаточно высокой. При расчете аппаратов с псевдоожиженным слоем режим можно принимать близким к идеальному смешению. [c.84] Качество псевдоожижения характеризуется перераспределением частиц катализатора в объеме слоя. Однородное псевдоожижение может быть достигнуто при использовании жидкости как псевдоожижа-ющего агента. При псевдоожижении газом слой имеет неоднородную структуру, концентрация частиц по высоте слоя изменяется и происходит проскок крупных пузырей газа. Эти явления объясняются реологическими характеристиками псевдоожиженного слоя. Слой твердых частиц обладает всеми свойствами, характерными для жидкостей, в том числе и вязкостью. [c.84] Вернуться к основной статье