Лекция №24 Тема: Химические реакторы

Процессы, в которых протекают химические реакции, называют реакционными процессами. Они являются основными процессами в большинстве химических и нефтехимических производств.

Все химические реакции можно классифицировать по одному из следующих признаков:

1. по механизму химического превращения;

2. по термическим условиям;

3. по агрегатному состоянию;

4. по наличию (или отсутствию) катализатора.

По механизму превращения химические реакции можно разделить на просты обратимые, простые необратимые и сложные.

В ходе обратимых химических превращений могут снова образовыватьс исходные продукты. Простые необратимые реакции при любых условия полностью направлены в сторону образования продуктов реакции. Сложны химические реакции состоят из нескольких простых реакций, которые могу протекать последовательно или одновременно.

По термическим условиям различают.

1) экзотермические;

2) эндотермические;

3) сменно-циклические.

По агрегатному состоянию выделяют гомогенные (однофазные) I гетерогенные (идущие на границе раздела фаз) реакции.

По наличию катализатора химические реакции делятся на каталитические I некаталитические.

Наиболее важными понятиями в реакционных процессах является скоросп реакции, степень превращения, выход.

Скорость реакции характеризуется изменением количества вещества в ход< процесса в единицу времени.

Степень превращения исходных реагентов в продукты реакции численнс равна отношению количества химически превращенных исходных веществ и общему количеству исходных веществ, находящихся в реакционной смеси.

Выход - отношение количества вещества, химически превращенного I целевой продукт к общему количеству химически превращенного вещества е реакционной смеси.

Классификация реакторов и факторы, влияющие па их конструкцию

Аппараты, в которых проводят химические реакции называются реакторами Конструкция реакторов зависит от следующих основных факторов:

1) агрегатного состояния реагирующих и образующихся веществ;

2) Т; Р в реакционной зоне;

3) теплового эффекта и интенсивности теплообмена;

4) химических свойств перерабатываемых веществ;

5) интенсивности перемешивания;

6) непрерывности или периодичности процесса;

7) наличия катализатора и его состояние.

Классификация реакторов

1. Реакторы каталитических газофазных процессов.

2. Реакторы некаталитических газофазных процессов.

3. Реакторы жидкофазных процессов.

4. Реакторы для химических превращений твердых веществ.

В зависимости от состояния катализатора все реакторы каталитических газофазных процессов можно классифицировать на основные группы:

1. Реакторы с неподвижным слоем катализатора.

2. Реакторы с компактным движущимся слоем шарикового катализатора.

3. Реакторы с псевдоожиженным слоем зернистого или пылевидного катализатора.

Реактор гидрирования ацетиленистых (Производство эбс)

С₂Н₂ + = С₂ Т=120°С; 5 Р = 22атм. Pd

Реактор называется адиабатическим с объемным расширением. Конструктивно выполнен из двух отдельных аппаратов, расположенных друг на друге. Верхний аппарат снабжен люком-лазом-1, для загрузки катализатора и люком-лазом-2 для его выгрузки. Исходное сырье поступает в верхнюю часть аппарата и выводится снизу. После первой стадии (1 аппарат) гидрирования реакционная масса поступает в промежуточный водяной холодильник и с Т=80° С поступает на вторую стадию гидрирования (нижний аппарат). Нижний аппарат имеет люки-лазы-3-4 для загрузки и выгрузки катализатора. Каждый из аппаратов имеет манометры для контроля за перепадом Р по слоям катализатора. Каждый из аппаратов снабжен термокарманами для установки термопар (контроль за Т в зоне реакции). Каждый из аппаратов имеет колосники (полки), на которые засыпается катализатор. На внутренней поверхности обечайки приварено опорное кольцо (нижнее), на которое устанавливается колосник (сборный), состоящий из сегментов.

На колосник ложится сетка, которая выдерживает Т до 600° С. Размер сетки 0,8-1,2 мм. Сетка исключает просыпание катализатора вниз. Катализатор представляет собой несколько разновидностей: а) шарики; б) гранулы; в) экструдаты. Катализатор - это глинозем, в котором содержится определенное количество металла (Рt, Pd, Ni). Катализатор выдерживает Т до 600° С Сверху катализатора устанавливается сетка, затем колосник, который упирается в верхнее упорное кольцо. В процессе работы на поверхности катализатора (на шариках) откладывается полимер (продукт полимеризации этилена). Чем выше Т по катализатору, тем больше образуется полимера. Полимер препятствует попаданию и на активные центры, т.е. катализатор теряет свою активность, поэтому необходимо произвести регенерацию.

Регенерация - это удаление полимера с поверхности катализатора путем выжига.

С + = С ; Рd - катализатор;

С - полимер. Кислород в паровой смеси.

Процесс протекает в течение 48 часов при Т=510° С. Количество воздуха доводится до 5% от количества пара.

После регенерации катализатора производится снижение Т до 200°С и сушка катализатора горячим метаном до точки росы 60° С.

Реактор дегидрирования бутана в кипящем слое пылевидного катализатора

Оптимальная температура процесса дегидрирования бутана в н-бутилены 560-600° С, оптимальная объемная скорость 150-200 , давление в верхней части реактора 0,13-0,15 МПа. При этом массовый выход бутиленов и бутадиена составляет 30-34% при селективности 74-79%.

В процессе дегидрирования катализатор постепенно теряет свою активность из-за отложения кокса. Для восстановления активности катализатора его регенерируют; при этом происходит выжигание кокса и окисление части трехвалентного хрома до шестивалентного, а также перегрев катализатора примерно на 50° С выше температуры дегидрирования. Перегретый катализатор возвращается на дегидрирование и одновременно подводит тепло, необходимое для эндотермической реакции. Масса катализатора, циркулирующего в системе реактор - регенератор, составляет 15-17 т на 1 т получающегося бутадиена.