3.Реакторы каталитических газофазных процессов. Реакторы с неподвижным слоем катализатора- реактора с компактным слоем зернистого катализатора.

Большинство химических реакций, осуществленных в промышленности, протекают во времени, поэтому в реакторе необходимо создать такие условия, при которых реагирующие друг с другом газы находились бы в контакте с катализатором в течение времени, близкого к необходимому. Наиболее просто это осуществить, пропуская реагенты ч/з слои зернистого катализатора. Эффективность реактора с компактным слоем зернистого катализатора в основном зависит от характера движения газа внутри слоя, размером зерен катализатора, их формой и укладкой в слое. В зернистом слое часть пространства занимают частицы катализатора, а остальную – поры, образующие извилистые каналы. По этим каналам движется реакционный газ. Зернистый слой катализатора имеет низкое значение эффективной теплопроводности. Это необходимо учитывать, если катализатор засыпан в какую-то емкость, а тепло подводится (или отводится) к слою катализатора ч/з стенки этой емкости. Из-за большого термического сопротивления зернистого слоя температура у стенки отличается от температуры в центре зернистого слоя. Чем толще зернистый слой, тем больше разница. С точки зрения увеличения выхода целевого продукта это явление нежелательно. Поэтому толщина зернистого слоя не должно превышать 100 мм.

Наиболее просты по конструкции контактные аппараты, выполненные в виде металлических емкостей. Для них характерно отсутствие приспособлений для теплообмена, поэтому они используются в случае проведения процесса с малым тепловым эффектом или когда процесс мало чувствителен к изменениям температуры. Катализатор, в них насыпаемся на решетку слоем необходимой высоты. На решетку насыпан небольшой слой насадочных колец 6, поверх к-го засыпан катализатор 4. Насадочные кольца необходимы в том случае, когда диаметр отверстий в решетке больше, чем размеры частичек катализатора. Реакционная смесь, пройдя смесительное устройство 1 и газораспределительное 3, поступает в слой катализатора сверху вниз. Чтобы на выходе из слоя катализатора не протекали побочные р-ии, контактный газ резко охлаждают, впрыскивая в него водяной конденсат (контактным газом н/ют газовую смесь, прошедшую слои катализатора). Катализатор загружают ч/з верхний люк 2, а разгружают ч/з боковой люк 5. Температуру внутри слоя катализатора замеряют с помощью термопары 7. Процесс контактирования смеси в этом аппарате ведут в течение 4-7 ч. За это время на поверхности катализатора откладывается слой кокса, в результате чего выходы смеси падают. Для восстановления активности катализатора аппарат переключается на регенерацию, вместо сырья сначала подают водяной пар для продувки всей системы, а затем в аппарат поступает воздух, к-ым выжигают кокс. Процесс регенерации длится около 30 мин

4. Р еакторы газофазных процессов. Реакторы с неподвижным слоем катализатора полочного типа.

Если тепловой эффект р-ии значителен, то исп-ся более сложные по конструкции полочные реакторы. В этих реакторах катализатор находится на нескольких расположенных одна над другой полках, Слой катализатора на каждой полке выбирают так, чтобы реакционная смесь в нем повышала (или понижала) свою температуру не выше заданного предела. Перед входом в слой катализатора вышележащей полки реакционная смесь охлаждается до заданной температуры в теплообменнике. В зависимости от расположения теплообменного устройства полочные реакторы могут быть: а) с внутренними теплообменниками; б) с выносными теплообменниками. В первом случае (138) реакционная смесь после выхода из слоя зернистого катализатора 1 сразу попадает в трубное пространство теплообменника 2, где хладагент, пропускаемый по межтрубному пространству, отнимает у нее излишнее тепло. Во втором случае (139) м/у полками устанавливаются глухие перегородки. Реакционная смесь, чтобы попасть на вышележащую полку, должна пройти по трубам теплообменника 2, где она охлаждается до требуемой температуры. Решетки контактных аппаратов выполняют из перфорированных металлических листов или сваривают из полос. Если процесс не допускает большого перепада температур, то приходится на каждой полке насыпать низкие слои катализатора. Это приводит к увеличению числа полок в аппарате и соответственно к удорожанию аппарата. Емкостные полочные реакторы используются для проведения адиабатических процессов, т. е. процессов, идущих в момент реакции без притока или отдачи тепла. Такие реакторы называют адиабатическими. +: простота конструкции, малое гидравлическое сопротивление слоя катализатора, удобство загрузки и разгрузки катализатора, возможность промежуточного охлаждения реакционной смеси в высокоэффективных теплообменниках.

4. Реакторы каталитических газофазных процессов. Реакторы с неподвижным слоем катализатора трубчатого типа.

Реакторы каталитических газофазных процессов пред­назначены для химического превращения газов в присут­ствии катализатора. Известно, что газы легко смешиваются один с другим, для этого достаточно, например, создать турбулентный режим их движения в реакторе. Поэтому в этих реакторах отсутствуют специальные перемешиваю­щие органы (мешалки). Наиболее существенно на конструк­цию этих реакторов влияет катализатор, а вернее его со­стояние и устройства для поддержания этого состояния.

В качестве катализаторов используют различные неор­ганические и органические соединения. В зависимости от химической природы катализатора, его эффективности, скорости реакции и способа производства целевого продукта, катализатор готовят в виде таблеток разной формы, полосок, сеток, порошков и жидких растворителей.

Во многих случаях необходимо, чтобы твёрдый катализатор имел высокопористую структуру с большой удельной поверхностью (удельная поверхность катали­затора суммарная поверхность пор в м², находящихся в каждом грамме катализатора). Современные способы производства катализаторов позволяют получать пористые структуры с удельной поверхностью до 1000 м² /г и диа­метром порядка 1 • 10⁶ мм.

Д ействие катализатора специфично, т.е. каждый кон­кретный катализатор эффективен лишь для вполне опре­деленных реагирующих веществ.

Катализатор активно влияет на реакционную среду, которая также воздействует на него, причем чаще отри­цательно. Под влиянием реакционной среды катализатор постепенно снижает свою первоначальную активность.

При отравлении «ядами» катализатор изменяет свою физическую структуру и химический состав.

Трубчатые реактора представляют собой теплообменник в трубках в которых находится катализатор. в случае протекания сильно экзотермических процессов необходимо не только контролировать температуру в зоне катализатора, но и поддерживать ее на рабочем уровне. катализатор и реакционные газы обладают низкой теплопроводностью. следовательно, для эффективного теплообмена необходимо использование трубчатых реакторов с небольшим диаметром трубки. трубки могут обогреваться или охлаждаться дымовыми газами, органическими теплоносителями и расплавами металлов и солей. Конструктивные особенности трубчатых реакторов зависит от способа отвода или подвода тепла. для удержания катализатора в трубках реактора используются пружины, нижние ветки которых плотно прижимаются к стенкам трубок сверху засыпается слой катализатора и под действием его массы пружина сжимается. в случае если происходит сильное изменение температуры по высоте реактора используют линзовый компенсатор, который позволяет уменьшить направление на корпусе реактора из-за того, что трубчатка как более нагретое удлиняется на большую величину, чем корпус реактора.

6. Реакторы каталитических газофазных процессов. Реакторы с неподвижным слоем катализатора пластинчатого типа.

Реакторы каталитических газофазных процессов пред­назначены для химического превращения газов в присут­ствии катализатора. Известно, что газы легко смешиваются один с другим, для этого достаточно, например, создать турбулентный режим их движения в реакторе. Поэтому в этих реакторах отсутствуют специальные перемешиваю­щие органы (мешалки). Наиболее существенно на конструк­цию этих реакторов влияет катализатор, а вернее его со­стояние и устройства для поддержания этого состояния.

В качестве катализаторов используют различные неор­ганические и органические соединения. В зависимости от химической природы катализатора, его эффективности, скорости реакции и способа производства целевого продукта, катализатор готовят в виде таблеток разной формы, полосок, сеток, порошков и жидких растворителей.

Во многих случаях необходимо, чтобы твёрдый катализатор имел высокопористую структуру с большой удельной поверхностью (удельная поверхность катали­затора суммарная поверхность пор в м², находящихся в каждом грамме катализатора). Современные способы производства катализаторов позволяют получать пористые структуры с удельной поверхностью до 1000 м² /г и диа­метром порядка 1 • 10⁶ мм.

Действие катализатора специфично, т.е. каждый кон­кретный катализатор эффективен лишь для вполне опре­деленных реагирующих веществ.

Катализатор активно влияет на реакционную среду, которая также воздействует на него, причем чаще отри­цательно. Под влиянием реакционной среды катализатор постепенно снижает свою первоначальную активность.

При отравлении «ядами» катализатор изменяет свою физическую структуру и химический состав.

В пластинчатых реакторах катализатор находится между плоскими металлическими пластинками. Эти реакторы в промышленности применяют редко. Разновидностью, пластинчатых реакторов являются ретортные аппараты, в которых катализатор засыпается в плоские коробки (реторты). Реторты обогреваются в основном дымовыми газами.

7. Реакторы каталитических газофазных процессов. Реакторы с подвижным слоем катализатора.

Реакторы каталитических газофазных процессов пред­назначены для химического превращения газов в присут­ствии катализатора. Известно, что газы легко смешиваются один с другим, для этого достаточно, например, создать турбулентный режим их движения в реакторе. Поэтому в этих реакторах отсутствуют специальные перемешиваю­щие органы (мешалки). Наиболее существенно на конструк­цию этих реакторов влияет катализатор, а вернее его со­стояние и устройства для поддержания этого состояния.

В качестве катализаторов используют различные неор­ганические и органические соединения. В зависимости от химической природы катализатора, его эффективности, скорости реакции и способа производства целевого продукта, катализатор готовят в виде таблеток разной формы, полосок, сеток, порошков и жидких растворителей.

Во многих случаях необходимо, чтобы твёрдый катализатор имел высокопористую структуру с большой удельной поверхностью (удельная поверхность катали­затора суммарная поверхность пор в м², находящихся в каждом грамме катализатора). Современные способы производства катализаторов позволяют получать пористые структуры с удельной поверхностью до 1000 м² /г и диа­метром порядка 1 • 10⁶ мм.

Действие катализатора специфично, т.е. каждый кон­кретный катализатор эффективен лишь для вполне опре­деленных реагирующих веществ.

Катализатор активно влияет на реакционную среду, которая также воздействует на него, причем чаще отри­цательно. Под влиянием реакционной среды катализатор постепенно снижает свою первоначальную активность.

П ри отравлении «ядами» катализатор изменяет свою физическую структуру и химический состав.

Если при проведении процесса активность катализа­тора быстро падает из-за отложения на его поверхности углерода, то используются реакторы с движущимся слоем зернистого катализатора. В реакторах этого типа приме­няется катализатор в виде шариков диаметром от 3 до 5 мм, которые под действием собственной силы тяжести {веса) перемещаются компактным слоем по реакционному объему аппарата сверху вниз.

Необходимое для реакции тепло подводится в реактор самим катализатором. Для этого его нагревают в регене­раторе до температуры на несколько десятков градусов выше необходимой для реакции. Заданная же темпера­тура в регенераторе поддерживается за счет теплоты сгорания углерода.

В промышленности синтетического каучука эксплуатируются установки, в которых принято вертикальное расположение аппаратов; регене­ратор помещен над реактором. Благодаря такому распо­ложению установка получается более компактной, с одним транспортером. Известны и установки, в которых реактор, регенератор и транспортер совмещены в одном аппарате. Реактор в установках с движущимся слоем катали­затора состоит из следующих основных частей:

1) верхнего распределительного устройства;

2. реакционной секции;

3. устройства для ввода сырья;

4. нижнего распределительного устройства.

Транспортирование катализатора из реактора в регенератор, а при параллельной их установке, кроме того, и из регенератора в реактор производится следующими способами: механическим, пневматическим в разряженном слое, пневматическим в сплошном слое.

Описание: Катализатор поступает с верхней части реактора, сырье (газ) поступает в середину реактора, поднимается вверх через слой катализатора и выходит через верхние штуцера, отработанный катализатор уходит по трубкам через нижний штуцер.