ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Аппаратурное оформление гетерогенно-каталитических процессов из "Основы химической технологии" Наиболее типичными ХТП с участием газообразных и твердых реагентов (Г — Т) являются пиролиз твердого топлива, различные виды обжига твердых материалов, реакции газообразных компонентов на твердых катализаторах и др. [c.128] Исключительное разнообразие проводимых в промышленности высокотемпературных процессов привело к большому числу различных типов печей. Промышленные печи классифицируют по энергетическим, технологическим и конструктивным признакам. [c.129] Энергетические признаки включают характеристики источника тепловой энергии и способа нагрева реакционной смеси. По источникам энергии различают 1) топливные печи, использующие различные виды топлива 2) электрические нечи 3) реакционные печи, в которых теплота выделяется в результате химической реакции ХТП. [c.129] По способу нагрева различают 1) печи прямого нагрева, в которых источник энергии находится непосредственно в реакционной зоне 2) печи косвенного нагрева, в которых теплота от источника тепловой энергии передается в реакционную зону через стенкн реактора. [c.129] Технологические признаки связаны с особенностями отрасли производства, гидродинамическим и температурным режимами в реакционной зоне. [c.129] По конструктивным признакам выделяют шахтные, полочные, распылительные печи, печи кипящего слоя, барабанные вращающиеся, камерные, туннельные, ванные, трубчатые и др. [c.129] Ниже рассмотрены основные конструкции печей с учетом энергетических и технологических признаков. [c.129] Шахтные печи — это реакторы непрерывного действия, реакционная зона которых вьшолнена в виде вертикальной шахты круглого или прямоугольного сечения (рис. 6.42). Шахта заполнена кусковым материалом (шихтой). Исходный твердый материал загружается сверху и медленно опускается по мере отвода твердых продуктов реакции в нижней части шахты. Газ подают снизу, а газообразные продукты реакции выводятся из верхней части шахты. Таким образом, газовая и твердая фазы движутся противотоком в режиме, близком к идеальному вытеснению. [c.129] Шахтные печи — это топливные нечи прямого нагрева. Теплота выделяется в самом нагреваемом материале или в результате окисления твердого топлива (кокса), входящего в состав шихты, или вследствие горения природного газа, вводимого в реакционную зону. [c.129] По температурному режиму шахтные печи политермичны. По высоте печи можно выделить несколько зон. В верхней зоне происходит иодсушка и нагрев твердого материала за счет теплоты образования газообразных продуктов, движущихся противотоком. [c.129] В средней зоне протекают непосредственно химические реакции. В- нижней зоне происходит охлаждение твердых продуктов реакции и нагрев исходной газовой смеси. [c.130] Шахтные печи широко распространены в промышленности и применяются для проведения процессов обжига известняка, сульфидных руд, выплавки чугуна, газификации твердого топлива, полукоксования углей, торфа и др. Это одни из самых мощных печей. Например, мощйость доменных печей достигает 10 000 т/сут. Высота печи может превышать 50 м. Удельная производительность— до 100 кг/(м -ч). Диаметр печи для обжига известняка и мела — до 7 м, высота — более 20 м, производительность — до 300 т извести в сутки, удельная производительность — до 50 кг/(мЗ-ч). [c.130] В подавляющем большинстве случаев процессы переработки пористых материалов в шахтных печах протекают во внутридиффузионной области. Это связано с тем, что для обеспечения необходимой равномерности распределения газа по сечению шахты и для снижения гидравлического сопротивления размер исходных частиц твердого материала не должен быть меньше 10 мм. Поэтому в шахтных печах трудно использовать два важных фактора интенсификации — развитие поверхности контакта фаз и перевод процессов в кинетическую область путем уменьшения размера частиц твердой фазы. [c.130] Режим движения фаз соответствует смешению. Температурный режим — изотермический. Использование тонкодисперсной твердой фазы обеспечивает уменьшение и даже снятие внутридиффузионных торможений, что обусловливает высокую скорость процесса на каждой твердой частице. Однако относительно низкая концентрация твердой фазы в потоке (доля объема, занятая твердой фазой, не превышает 10%) не позволяет эффективно использовать объем реакционной зоны. Интенсивность работы печей обжига пылевидного колчедана составляет около 30—40 кг/(м -ч). Велик унос твердой фазы с потоком выходящего газа. Отсутствие теплообменных элементов внутри печи ограничивает возможность интенсификации обжига путем повышения концентрации реагирующих веществ (в частности, за счет обогащения воздуха техническим кислородом). Адиабатический разогрев при протекании ХТП достигает 500—800 °С. [c.131] Печи с кипящим (взвешенным, псевдоожил ен-ным) слоем обладают наиболее высокой интенсивностью, так как в них можно использовать все основные факторы интенсификации. Кипящий слой (КС) образуется при пропускании снизу вверх через твердый зернистый материал газового потока с определенной скоростью. Минимальной линейной скорости, называемой скоростью взвешивания и в, соответствует равенство силы трения газа о поверхность частиц в плотном слое силе их тяжести. При этой скорости частицы начинают хаотически двигаться, не покидая в то же время слоя. Слой становится похожим на кипящую жидкость и приобретает свойство текучести. [c.131] Благодаря этим свойствам протекание ХТП в реакторах с кипящим слоем может быть максимально интенсифицировано за счет предельного развития нарулшой поверхности контакта фаз для непористых частиц, полного использования внутренней поверхности для пористых частиц и создания наиболее благоприятного температурного режима. [c.131] На рис. 6.44 показана печь КС для обжига колчедана. Это реакционная печь прямого нагрева. Интенсивность печи примерно в 10 раз иьпле, чем у механических полочных, и в 2 раза выше но сравнению с печами для обжига пылевидного материала. Теплота реакции горения достаточно полно используется для выработки пара, направляемого на турбогенераторы. [c.132] Режим движения твердой фазы соответствует смешению даже при скоростях газа, близких к началу исевдоожижения. По газовой фазе режим отвечает промежуточному положению между смешением и вытеснением. При высоких скоростях газового потока, близких к скорости уноса гюу, режим соответствует смешению. [c.132] Температурный режим при интенсивном псевдоожижении — всегда изотермический. [c.132] Основной недостаток печей КС — высокая запыленность газового потока (для печей обжига колчедана содержание пыли — до 200 г/м ). Печи КС широко используют для обжига сульфидных руд цветных металлов, колчедана, извести, для сжигания и газификации твердого топлива, термической обработки фосфоритов и антрацита, сжигания шламов и др. [c.132] Вернуться к основной статье