21.Реакторы для некаталитических гетерогенных процессов.Система газ – твердое вещество.

Наиболее типичными технологическими процессами с участием газообразных и твердых реагентов яв-ся адсорбция газов твердыми адсорбентами и десорбция адсорбированных газов, р-ия компонентов газовой фазы на твердых катализаторах, возгонка и конденсация паров твердых в-в, пиролиз твердого топлива и различные виды обжига твердых материалов.

Обжигом наз-ся многие высокотемпературные химико-технологические компоненты с участием твердых и газообразных реагентов. При обжиге твердых материалов могут происходить разнообразные процессы, которые могут протекать в твердой фазе между компонентами твердой и газовой фаз и в газовой фазе.

В процессе обжига нередко происходит частичное плавление твердого материала, т.о. обр-ся жидкая фаза, также взаимодействующая с другими. Одним из основных физико-химических явлений, протекающих при обжиге твердых материалов яв-ся термическая диссоциация, т.е. разложение молекул на более простые и диссоциация сопровождается выделением газообразных продуктов: диоксида серы, диоксида углерода и водяного пара.

При обжиге газовая фаза образ-ся засчет возгонки, диссоциации или других р-ий в твердой фазе. Иногда обжиг ведут с участием газа, содержащего кислород, оксид углерода и хлор. Газовая фаза в процессе пиролиза и обжига твердых материалов служит не только реагентом, но также и теплоносителем.

Адсорбция – это поглощение газов, паров или растворенных в-в из растворов твердыми или жидкими телами. Различают физическую адсорбцию, при которой не происходит хим-го взаимодействия и хемосорбцию, которая сопровождается образованием поверхностных хим-их соединений, адсорбента с адсорбатом.

Адсорбция газов и паров часто примен-ся в сочетании с десорбцией для регенерации адсорбента и получения сорбированного газа в чистом виде. Большинство некаталитических процессов в системе газ-твердое в-во основана на хим-их р-иях и протекает при высоких температурах.

Хим-ие реакторы для осущ-ия такого рода процессов имеют особенности и наз-ся печами.

Промышленная печь – это аппарат, в котором вырабатывается теплота, используемая для тепловой обработки твердых материалов в самой печи. Теплота в ней выделяется засчет горения топлива или протекания экзотермических р-ий или засчет превращения эл-ой энергии в тепловую.

Особенностью промышленных печей яв-ся совмещение в одном агрегате реакционного аппарата, в котором осущ-ся определенное производство и энергетического устройства, в котором происходит выделение и использование теплоты.

При конструирование промышленных печей должны выполняться следующие требования:

1)высокая производительность;

2)наиболее высокая интенсивность передачи теплоты от источника энергии к нагреваемому материалу или реакционной массе.

3)наиболее высокий коэффициент использования теплоты, сводя к минимуму тепловые потери и применяя различные способы регенерации теплоты.

4)максимальный выход продуктов при их высоком качестве

5)простота и прочность конструкции

6)устойчивость в работе

7)механизация и автоматизация работы печи.

По источнику тепловой энергии различают:

1)топливные печи, использующие твердое, пылевидное, жидкое и газообразное топливо.

2)электрические печи, в которых источником теплоты яв-ся эл-ая энергия.

3)печи, в которых необходимая температура достигается засчет теплоты происходящих р-ий.

По способу нагрева различают:

1)печи прямого нагрева, которые подразделяются на следующие группы:

А)печи, в которых источник тепловой энергии находится в непосредственном соприкосновении с нагреваемым материалом( цементные, электродуговые печи прямого нагрева)

Б)печи, в которых тепловая энергия выдел-ся в нагреваемом материале(при обжиге колчедана, при термоокислительном пиролизе метана)

В)печи, в которых теплота от источника тепловой энергии передается к нагреваемому материалу посредством нагретого воздуха или топочных газов.

Г)печи, в которых значительная часть тепловой энергии передается излучением раскаленных твердых тел(туннельный и отражательный)

2)печи косвенного нагрева, в которых теплота от источника тепловой энергии передается нагреваемому материалу через стенку(муфельные и трубчатые)

По технологическому назначению различают:

1)печи для удаления влаги из твердых материалов, которые наз-ся сушилками.

2)нагревательные печи для нагрева материала без изменения их агрегатного состояния(термическая обработка металлов)

3)плавильные печи для расплавления обрабатываемого материала(электропечи)

4)обжиговые печи для обжига минерального сырья и изделия из него

5)печи пиролиза для термической обработки топлива без доступа воздуха.

Процессы в бинарных твердых и 2-хфазных жидких системах.

К процессам идущим с участием твердых фаз обычно относят спекание твердых материалов при их обжиге. Спекание – это получение твердых и пористых кусков из мелких порошкообразных или пылевидных материалов при высокой температуре, недостигающий температуру плавления компонентов. Процессы спекания происходят в реакторах печах(в барабанных вращающихся или в туннельных печах).

Технологическим процессом, происходящим с участием реагентов, находящихся в 2-х или более жидких фазах относятся экстрагирование, как метод разделения жидких смесей, эмульгирование и деэмульгирование.

Экстрагирование относится к методам разделения, основанных на обработке жидких смесей растворителями, избирательными по отношению к отдельным компонентам. Экстрагирование целесообразно применять, если смесь трудно или невозможно разделить ректификацией вследствии близких температур кипения, образования нераздельно-кипящих смесей и недостаточной термической стойкости компонентов.

Экстрагирование прим-ся в нефтепереработке при очистке нефтепродуктов, в произв-ве анилина и капрона.

Эмульгирование – это процесс получения эмульсии, т.е. дисперсных систем, состоящих из 2-х несмешивающихся ж-ей, одна из которых распределена в другой в виде мелких капель.

Деэмульгирование – обратный эмульгированию процесс разделения эмульсии на исходные ж-ти. Примером может служить : обезвоживание нефти, разрушением ее эмульсии с водой при помощи ультразвука.

Реакторы для гетерогенных процессов в жидкой фазе снабжены мешалками различных типов с теплообменными устр-вами. Эти реакторы работают при режиме, близком к полному смешению и подчин-ся закономерностям, характерном для р-ии в гомогенной фазе. В промыш-ти применяют реакторы для несмешивающихся ж-ей периодического и непрерывного действия единичный и объединенный в каскад.

Для жидкостного экстрагирования используют также насадочные и ситчатые колонны с противоточным движением ж-ти.