4.6.2. Роторные пленочные реакторы
Роторные пленочные аппараты применяются в тех случаях, когда жидкий реагент имеет высокую вязкость или же в тех случаях, когда вязкость может очень сильно возрастать в процессе химической реакции и, возможно, с образованием твердой фазы.
В этих случаях закруткой газового реагента не удается сформировать устойчивую пленку, поэтому для ее формирования используется ротор с лопастями.
На рис. 4.18 представлена схема роторно-пленочного реактора с прямоточным движением газожидкостного потока.
Роторный пленочный аппарат имеет корпус 1 с рубашкой, вал 2 на всю высоту аппарата, лопасти 3, прикрепленные тем или иным способом к валу, распределитель жидкого реагента 4 и привод ротора, установленный на крышке аппарата. Корпус аппарата может быть цилиндрическим и коническим. Аппараты с цилиндрическим корпусом устанавливается вертикально, а с коническим – горизонтально.
Рис. 4.18. Вертикальный роторный пленочный реактор: 1 – корпус; 2 – вал; 3 – лопасти; 4 – распределительное устройство жидкого реагента.
Крепления лопасти 3 вертикальных цилиндрических аппаратов имеют три вида (рис. 4.19): а) жесткие, лопасти которых жестко соединены с валом и имеют постоянный зазор с внутренней поверхности корпуса;
б) шарнирные, лопасти которых крепятся шарнирно, и во время работы зазор между кромкой лопасти и корпусом аппарата самоустанавливается под действием центробежных сил и сил вязкого сопротивления жидкости (4.19 б);
в) маятниковые, лопасти которых закреплены шарнирно, но зазор всегда больше нуля (4.19 в).
Рис. 4.19. Роторы вертикальных роторных пленочных реакторов и вертикальных выпарных аппаратов.
Распределительное устройство жидкости (жидкого реагента) выполняют в виде кольца 4 (рис. 4.18), вращающегося вместе с валом, в результате чего происходит предварительное распределение жидкости в виде пленки.
Также как и в аппаратах со скребковыми мешалками, в роторно-пленочных аппаратах лопасти существенно интенсифицируют теплообмен между стенкой аппарата и вязкой жидкостью, а также массообмен и химическую реакцию между газом и жидкостью.
Вертикальные роторные аппараты изготовляют диаметром 0,15÷1 м с площадью теплообмена до 16 м2. В них обрабатывают жидкие среды с вязкостью свыше 20 Па·с.
В аппаратах с жесткими лопастями окружная скорость обычно составляет 5÷12 м/с, а зазор между корпусом и лопастями 1÷3 мм.
Эти аппараты применяют в тех случаях, когда продукты истирания лопастей и стенок корпуса не должны попадать в продукты реакции.
В аппаратах с шарнирными лопастями окружная скорость уже ниже 1,5÷5 м/с, поскольку у них не исключена возможность трения лопастей о стенки аппарата и появление тонкодисперсных продуктов износа в реакционных продуктах.
Горизонтальные аппараты с коническим корпусом имеют площадь теплообменной поверхности до 7 м2, угол конусности обычно небольшой и составляет 2÷50.
Лопасти роторов горизонтальных аппаратов закрепляются жестко. Зазор между кромками лопастей и корпусом регулируют за счет осевого перемещения всего ротора. Горизонтальные аппараты обладают повышенной удерживающей способностью по жидкости по сравнению с вертикальными аппаратами. Время пребывания в них жидкости может составлять от нескольких секунд до нескольких минут, что очень важно в случае кинетической лимитирующей стадии и позволяет получать высокие степени превращения жидкого реагента.