20.Реакторы для гетерогенных некаталитических процессов.

Гетерогенные химико-технологические процессы основаны на реакциях между реагентами находящимися в разных фазах, и большинство промыш-ых процессов относится к таким реакциям. Огромное резнообразие гетерогенных процессов затрудняет их классификацию. В соответствии с принятой классификацией некаталитические гетерогенные процессы делят по фазовому состоянию реагентов на процессы в системах газ-жидкость, жидкость-тв.в-во, газ-тв.в-во.

1.система газ-жидкость.

Системы основанные на взаимодействии газообразных и жидких реагентов широко использ-ся в химической и смежных с ней отраслях промыш-ти. К таким процессам относится абсорбция и десорбция газов, испарение жидкостей, перегонка жидких смесей, пиролиз ж-ей с испарением продуктов пиролиза, ассоциация газовых молекул с образованием ж-ей, полимеризация в газовой фазе с образованием жидких полимеров.

В химически гетерогенных процессах система газ-жидкость р-ии протекают в основном в жидкой фазе, причем р-ии предшествуют доставка газообразных реагентов диффузий их в газе и растворением в ж-ти. Для системы газ-жидкость наиболее характерны адсорбционные и десорбционные процессы.

Абсорбцией наз-ся поглощение газа или компонентов газовой смеси ж-ю с образованием р-ра. Если абсорбция сопровожд-ся хим-ими р-циями в жидкой фазе, то такие процессы наз-ся хемосорбционными.

Десорбция – это процесс обратной абсорбции, заключающийся в выделении газообразного реагента растворенного в ж-ти.

В промыш-ти десорбцию иногда называют отгонкой. При десорбции переход компонентов из р-ра в газ, происходит или вследствии нагревания ж-ти или в потоке инертного газа или водяного пара.

Реакторы для гетерогенных процессов в системе газ-жидкость не имеют характерных особенностей и служат типовой аппаратурой, на который в хим-их производствах осуществляют следующие физические массообменные процессы: это физическая адсорбция и десорбция, испарение, дистилляция, ректификация, промывка газов и теплообмен.

Рассмторим некоторые типы реакторов систематизированный по принципу устр-ва и режиму движения фаз.

Все эти реакторы работают при промежуточных режимах, приближающихся к одной из идеальной модели перемешивания.

Реакторы для гетерогенных некаталитических процессов.

Система газ-жидкость

1)колонные реакторы. Пленочные:а – с насадкой, б – трубчатые или с листовой насадкой.

Идеального вытеснения;противоток или прямоток.

Абсорбция, десорбция, очистка газов от аэрозолей.

Малая интенсивность работы,небольшие энергозатраты по газу, значительные по ж-ти. Простота устр-ва надежность в работе, хорошая управляемость и устойчивость режима.

2)барботажные : а)с ситчатыми тарелками; б – с колпачковыми тарелками.

По газу идеального вытеснения, по ж-ти: полное смешение. Перекрестный ток на одной полке, противоток по высоте многополочного реактора.

То же.

Средняя интенсивность работы, большие энергозатраты, возможность достижения высокой селективности, достаточная надежность в работе и устойчивость работы.

3)с разбрызгиванием ж-ти:а-полая колонна; б-циклонный скруббер.

По газу идеального вытеснения противоток.

То же, а также полимеризация в газе.

Малая интенсивность работы,небольшие энергозатраты на разбрызгивание ж-ти, мало гидравлическое сопротивление, недостаточная устойчивость режима.

4)реакторы с распылением ж-ти.

Полного смешения.

Абсорбция, десорбция, очистка газов от аэрозолей.

Высокая интенсивность, высокие энергозатраты и гидравлическое сопротивление. Трудность регулировки режима.

5)пенные реакторы.

Полного смешения,а-перекрестный и б-противоток.

То же.

Высокая интенсивность, высокие энергозатраты, хорошая управляемость, возможность достижения высокой селективности(в многополочном аппарате).

6)трубчатые реакторы.

Идеального вытеснения. Прямоток или противоток.

Абсорбция, пиролиз(нефти и нефтепродуктов), полимеризация.

Малая интенсивность, простота устр-ва, легкость управления и регулировки режима.

Насадочные колонны – это наиболее распространенные реакторы для абсорбционно-десорбционных процессов. Их широко применяют в произв-ве серной и азотной к-ты, при переработки коксового газа и в ряде процесса органического синтеза.

Барботажный реактор может иметь от одной до нескольких десятков колпачковых или сетчатых тарелок в зависимости от характера процесса га-=жидкость, от заданного к.п.д. реактора и требуемой селективности. На каждой тарелке происходит диспергирование газа в объеме ж-ти путем барботажа, т.е. пропускание пузырьков газа через слой ж-ти протекающей по тарелке. На каждой тарелке фазы взаимодействуют по принципу перекрестного тока, но по высоте колонны соблюдается принцип противотока.

Барботажные колонны тоже широко прим-ся в хим-ой технологии. При переработки нефти, для процессов дистилляции и ректификации, в технологии органических в-в. Эти реакторы конструктивно более сложны чем колонные с насадкой. Их эксплуатация связана с большими затратами, но они обеспечивают более высокие расходы ж-ти и газа, работают более интенсивно и обеспечивают возможность тонкого разделения смеси.

В реакторах с разбрызгиванием ж-ти развитие пов-ти жидкой фазы происходит ее диспергированием, т.е. разбрызгиванием, распылением, пневматическим или механическим путем в объеме при потоке газа.

В пенном реакторе газ проходит снизу вверх через решетку и находящийся на ней слой ж-ти с такой скоростью при которой силы трения газа уравновешивают вес ж-ти. В результате образуется взвешиваемый слой подвижной пены в виде быстродвижущихся пленок, капель или струй ж-ти, тесно перемешанными с пузырьками и струями газа.

Скорость газа в объеме реактора может составлять от 0,7 до 3,5 м в секунду. При более высокой скорости газа взвешанный слой пены разрушается и уносится с газом. При сильном уменьшении скорости газа происходит барботаж и полное протекание ж-ти через отверстие решетки.

Однополочные пенные аппараты эффективно применяются для очистки отходящих газов от пыли и вредных газообразных примесей.

Трубчатые реакторы служат главным образом для высоко-температурных процессов пиролиза в органическом синтезе и для абсорбционных, десорбционных процессов.