Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги / Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.11.2023

Размер:

21.45 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 5413 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Глава 3. Технологическое оформление реакторных поасистем

121

Таким образом, к важнейшим факторам, определяющим уст ройство реакторного аппарата, можно отнести:

Фрежим работы (периодический, непрерывный или полунепре рывный);

Фтемпературу и давление, при которых протекают процессы; фи зические и химические свойства исходных веществ и продук тов реакций;

Фагрегатное состояние исходных веществ и продуктов реакций; ф теплоты реакций и процесса в целом, а также скорость под

вода (отвода) тепла;

фспособы интенсивного перемеш ивания реагентов; способы подвода реагентов и отвода продуктов реакций;

Фспособ регенерации катализатора или его замены.

Все реакторы, применяемые в отрасли основного органичес кого и нефтехимического синтеза, могут быть отнесены к тому или иному типу в зависимости от:

Фсостояния реагентов (газ, жидкость, твердое тело, газ—ж ид кость, жидкость—жидкость, газ—твердое тело, жидкость—твер дое тело);

Фсостояния катализатора: твердый (в стационарном состоянии, в псевдоожиженном состоянии, в диспергированном состоя нии), жидкий;

Фрасположения поверхности теплообмена (внешнее, внутреннее);

Фспособа отвода тепла (через поверхность теплообмена, за счет испарения реагентов или продуктов реакций, за счет подачи холодных реагентов);

Фспособа диспергирования газа, жидкости и твердых частиц (ре агентов и катализатора);

Фспособа развития поверхности контакта фаз.

Рассмотренные факторы в значительной степени определяют конструкции вспомогательных устройств (перемешивающие, теп лообменные устройства и т. д.).

По конструкции реакторные устройства разделяют на:

О реакторы типа реакционной камеры;

©реакторы типа колонны;

©реакторы типа теплообменника;

©реакторы типа печи.

В частности, для процессов газ—жидкость конструктивное оформление определяется методом развития поверхности контакта

122 Часть 1. Теоретические основы технологии крупнотоннажных ...

газовой и жидкой фаз, т. е. приемом увеличения поверхности жид кой фазы. Процессы газ—жидкость проводят в:

Фпленочных реакторах с насадкой (насадочных колоннах): жид кость распределяется по поверхности насадки пленкой и стека ет вниз противотоком взаимодействующему с ней газовому реа генту, иногда применяется прямоток;

Фколонных реакторах трубчатого типа (полые колонны);

Фбарботажных реакторах, которые могут иметь от одной до не скольких десятков колпачковых или ситчатых тарелок;

Фполых башнях с разбрызгиванием жидкости (а также полых ка мерах с разбрызгиванием жидкости), в которых развитие по верхности жидкой фазы происходит за счет ее диспергиро вания, т. е. разбрызгивания, распыления пневматическим или механическим путем в объеме или потоке газа;

Фпенных реакторах, в которых газ проходит снизу вверх через решетку и находящийся на ней слой жидкости, а иногда в мно гополочных пенных аппаратах;

Фтрубчатых реакторах (типа «труба в трубе»), которые исполь зуются главным образом для высокотемпературных процессов.

Для осуществления процессов газ—твердое тело в основном применяются печи различного типа. И наконец, для осуществле ния процессов в системе жидкость—твердое тело применяют:

Фреакторы с фильтрующим слоем, состоящие из ситчатых или колпачковых тарелок (иногда колосниковых), на которых рас полагается слой пористого материала, через который пропуска ется жидкость;

Фреакторы со взвешенным слоем зернистого твердого материала

в жидкости или с фонтанирующим слоем;

фреакторы с механическими мешалками, а также с пневма тическими перемешивающими устройствами (для растворения, выщелачивания и т.д.). Эти же реакторы применяются для про ведения гомогенных реакций в жидкой фазе и взаимодействия несмешивающихся жидкостей;

Фреакторы со шнеком, которые редко используются в отрасли основного органического и нефтехимического синтеза.

Реакторы для гетерогенных реакций в жидкой фазе обычно снаб жены мешалками разного типа и имеют теплообменные устройства (обычно для косвенного теплообмена). Эти реакторы с мешалками работают при режиме, близком к режиму полного смешения.

Глава 3. Технологическое оформление реакторных полсистем

123

Рис. 3.10. Типы перемешиваю щих устройств:

а — с о п л о ; б —горелка; в — м е шалка; г — пневм атический см е ситель

На рис. 3.10 представле ны наиболее часто встреча ющиеся устройства для пе ремешивания взаимодейст вующих реагентов или фаз.

Классификация реак торных устройств по конст

руктивным элементам дана в табл. 3.2. Там же приведены гидродинамические режимы, агрегатное состояние реагентов, формы теплообмена и примеры химических процессов, осуществ ляемых в этих реакторах. Конструкционные схемы реакторных ус тройств показаны на рис. 3.11-3.13.

По фазовому признаку реагентов, продуктов и катализатора ре акторы для гетерогенных процессов можно разделить на четыре класса (см. табл. 3.3).

В химических реакторах подводить или отводить тепло можно разными методами. Выбор способа теплообмена определяется прежде всего теплотами реакций и температурными условиями хи мического процесса. Необходимо также учитывать физические, теп-

реакции

Рис. 3.11. Колонные реакторы (см. табл. 3.2)

124 Часть 7. Теоретические основы технологии крупнотоннажных ...

аб

Рис. 3.12. Колонные реакторы (см. табл. 3.2)

а б

Рис. 3.13. Реакторы (см. табл. 3.2):

а —шахтный; б —реакционная камера; в —печь

Таблица 3.2. Классификация реакторов по конструктивным элементам

Типы	Конструкционная	Гидродинамический	Агрегатное	Форма теплообмена и наличие			Пример химического
реакторов	схема	режим	состояние	поверхности теплообмена			процесса
	реактора		реагентов
				без поверх	с наружной	с внутренней
				ности	поверхностью	поверхностью
				теплооб
				мена

Трубчатый
	Рис. 3,11, а	Полное вытеснение	r f g	l l Я Н Н	н	н	м	н	ш
	Рис. 3 .1 1 ,6	Тож е	ж	-	+		-
	Рис. 3.11, в.		ж -ж		S	H	H	B	H
Колонный	Рис. 3.12, а	Полное вытеснение	г -ж	—	—		+
	Р и с 3.12, б	Ш Ш Ш Ш Ш Я Ш	Г - Ж	;(
		Полное вытеснение
	Рис. 3.12, в	(газ),	г -ж	—	+		—
	Рис. 3.12, в	полное смешение	г -ж	—	+		—
		полное смешение
		(жидкость)
	Рис. 3.12, г	Полное вытеснение	г -ж
		Полное вытеснение	г - г - т
	Рис. 3 .1 2 ,6	(газ), полное смешение	г - г - т		-		+
		(твердая фаза)

Синтез винилацетата газофазным методом, окисление этилена до оксида этилена

Алкилирование бензола

Получение

диметилдиоксана

Окисление углеводородов

Нейтрализация HCI

Окисление твердых парафинов

Окисление ацетальдегида

Синтез акрионитрила

5 2 1 поасистем реакторных оформление ехнологическоеТ .3 лаваГ

Продолжение табл. 3.2.

Колонный	Рис. 3.12. е	Тож е
		Полное вытеснение
	Рис. 3.12, ж	(газ), полное смешение
		(твердая фаза)
	Рис. 3 .12,3	Полное вытеснение
Шахтный	Рис. 3.13, а	Тож е
Реакционные
камеры с	Р и с 3 .1 3 ,6	Полное смешение
перемешива	Р и с 3 .1 3 ,6	Полное смешение
нием
		Тож е
Печи	Рис. 3 .1 3 ,8	Полное вытеснение

1 |М И |Й г +

г - т -

г - г - т М И И

г - т +

ш ш т

г -ж +

ж-ж

г- г —

\|1 1 И В 1 1 \|\|\|\|		Хлорирование углезодо-
		родов
+		Получение оксида
+	-	этилена

Фторирование углеводо родов

-	-	Дегидрирование этил
		бензола

Гомогенный гидролиз жиров им асод.хлоэбензола;

получение винилхлорида из дихлорэтана

++ Хлорирование этилена

V ; Сульфирование бензола

++ Парциальное окисление

углеводородов в олефи ны

крупнотоннажных технологии основы еоретическиеТ .1 астьЧ 126

Таблица 3.3. Классификация реакторов по фазовым состояниямреагентов и катализатора

Класс	Фазовое			Фазовое	Вид катализатора
	состояние		состояние
	реагентов		катализатора
	или среды
1			щ ?	Й Е Щ :	-Труба или сетка
			щ ?	Й Е Щ :	-Труба или сетка
	г			Т	Фильтрующий или не
	г			Т	подвижный слой
11— i s					подвижный слой
11— i s				i i i i i i i i	фзвёшенный сш й
					фзвёшенный сш й
	г			т	Движущийся
2	ш	.		'Ш Ш Я Ш Су Неподвижныйслой-
1	ш	.
	ж	v	„	т	Взвешенный слой
	ж	v	„
	ж				Взвесь
п Ш Ш Ш ШШшМШшШШшшМ
	ж			т	Равномерно распреде
	ж			т	ленные частицы в жид
					кости
3	г-ж	-
	Тож е			Тож е	Тож е
				г	‘
	Тож е			Тож е	Тож е
?	> •	4	.;чж	е

Конструктивный тип реактора

Контактный
Трубчатый
’ ■ Р а й о н н а я камер?
Тож е
'■ й ^ .- Т р ^ а т ы й ; 1
Реакционная камера
Копониьм	*

Ш Я Я Я Н И Н ш Н Н Я Ш И вШ ш

Аппарат с мешалкой

Пример химического процесса
Синтез синильной ш елотьг; окирэдтепьное
дегидрирование спиртов	й . .
Гидрирование ароматических углеводородов
и насыщенных альдегидов
Хлорирование углеводородов д	-	И
Каталитический крекинг
Р е а к ц и и гидрирования. ■’ ' f ‘‘4 ' ■:	\
Получение олефинов
С и н т е з у к с у с н о й ки с л о ты ив м е т а н о л а и С О		-1

Алкилирование бензола жидкими олефинами

K rn rffB h irf f l i jf t i e n i t t t f __________	П п п т п т Г ’ ‘ *	♦.	‘
Барботажные колонны (барботаж	Окисление ацетальдегида в уксусную кислоту;
газа через жидкость или взвесь	гидратация ацетилена
твердого в жидкости)

*’ Л	‘ ‘> n a f 9 & V # * f ■ 1
	Аппарат с мешалкой
X / .	и

Колонные (эжектор-отстойник, тур босмеситель-отстойник)

Синтез этилхлорида и дихлорэтана

А л к и л И о о в а н и в у г л е в о д о р о д о в "
в п р и с у т с т в и и K S C U	• •

Получение алкилсульфатов, нейтрализация

сложных эфиров, хлорпроиэводных углеводо

родов водным раствором щелочи

7 2 1 полсистем реакторных оформление ехнологическоеТ .3 лаваГ

128 Часть 1. Теоретические основы технологии крупнотоннажных ...

лофизические и химические свойства теплоносителя. По этому при знаку все реакторы могут быть разделены на два типа: 1) реакторы

спрямым теплообменом; 2) реакторы с косвенным теплообменом.

Вслучае прямого теплообмена передача тепла в реакторе осуще ствляется при непосредственном контакте реакционной смеси и теплоносителя (при этом тепло может выделяться за счет экзо термической реакции или его необходимо подводить для осуще ствления эндотермической реакции).

Классификация реакторов с фильтрующим слоем катализато ра по типу подвода или отвода тепла приведена в табл. 3.4.

Таблица 3.4. Классификаия реакторов с фильтрующим (стационарным)

слоем катализатора по типу подвода и отвода тепла

Класс	Тип подвода	Вид реак	Тип процесса	Примерыхимиче
	(отвода)тепла	торного		скихпроцессов
		устройства
1	Периодический	Реактор	Изотермический	Реакции полимери
		с меш алкой		зации, поликонден
				сации
2	З а счет внеш них теплооб	Трубчаты й	Изотермический	Получение акрило
	менников	реактор		вой кислоты окис
				лением пропилена
3	З а счет внутренних тепло	Колонный	Политермический	Получение уксусной
	обменников:	аппарат	(на ступ ен ях ади а	кислоты окислени
			батический)	ем уксусного а л ьд е
				гида

3	.1 .	ступенчаты й
3	.1 .1 .	с теплообменниками меж
		д у полками
3 .1 .2 .		с охлаж дением между
		полками за счет дополни
		тельного введения холо д
		ны х реагентов

Газоф азное гидрирование

Гидрирование на сы щ енны х альдеги дов; синтез м етано л а из С О и Нг

Как было показано ранее, по гидродинамическому режиму ре акторы делятся на: 1) реакторы идеального вытеснения; 2) реакто ры полного смешения; 3) каскад реакторов полного смешения; по температурному режиму на: адиабатические, изотермические и политермические.

Глава 3. Технологическое оформление реакторных поасистем

129

Таблица 3.5. Классификация реакторов для гомогенных химических процес

сов по температурному реж иму

Процесс	Тип реактора	Температурный			Пример
			режим работы		химического
					процесса
Гомогенный	Кдмеркые реакторы	Адиабатический		Прямая гидратация
процесс	- с эжекторными смеет*			-	.--,$тййена	■. ■(
в газовой	тблямкгазов и паров
фазе	Камерный реактор		Близок
	с центробежным пере-	кизотермическому
	мешиванием газовой
	смеси
	Трубчашй реактор	Политермический			Крекинг
	СТ^вйЗОбменом между	полного вытесне-		углеводородов
	' двумйТазами		ния
	Реактор типа «труба	Политермический		Пиролиз углеводоро
	в трубе» с водным или	идеального вытес-		дов в олефины, пиро
	другим охлаждением		нения	лиз ацетона в кетен
	или нагревом
Гомогенный	Прямоточные аппараты	Изотермический-,		Полимеризация эти- t
процесс	большойдлины с теп-	полного вытесне-		лена теломеризацйя:
в жидкой	-лообменом		ния	олефинов, синтез .
фазе					альделя
	Батарея из нескольких	Политермический
	реакторов	идеального вытес
			нения
	МногасекциоНные		Тоже	Алкилирование утле-
	шшшяшшшяшвншвяв				олефинами
	аппараты			. водородов жидкими -
	Реакторы с различными	Изотермический		Сульфатирование
	мешалками или други-	полного смешения		спиртов, нитрование
	ми перемешивающими			ароматических угле
	устройствами				водородов
Гомогенный	’ Колонные аппараты	Изотермический		Нитрование парафи
процесс	‘с ‘теплоо§менными эле-	идеального вытес-			нов Сто	■
в жидкой	ментами		нения
фазе	Насадочные колонны		То же	Реакция нейтрализа
	или колонны, секциони				ции
	рованные решетками
	Автоклавыпериодиче-	-	Тоже	Гомогенны^реакции
	ского действия	. при повышенном		в жидкой фазе или
			давлении	Гетерогенные- в сис
	• Л *—		- г	теме жидкость-
	• Л *—		- г	• ~	жидкой*'	•*

130 Часть 1. Теоретические основы технологии крупнотоннажных ...

Классификация реакторов для гомогенных процессов по тем пературному режиму представлена в табл. 3.5.

ВЫБОР РЕАКТОРНЫХ УСТРОЙСТВ

Учитывая сложность процессов, протекающих в реакторах, а также поливариантность самих реакторных устройств, выбор кон струкции реакторного устройства должен проводиться на основе системного подхода. Тем более что очень часто наблюдаются кон курентные ситуации при организации технологического процесса только в рамках реакторного устройства.

В связи с этим при выборе реакторного устройства необхо димо учитывать все технологические и экономические требова ния. При этом на каждом этапе следует проводить сравнение раз ных вариантов.

Одной из важнейших характеристик реакторных устройств яв ляется удельная производительность, численно равная количеству основного продукта, получаемого с единицы реакционного объема в единицу времени. В случае гетерогенно-каталитических процес сов объем продукта может относиться к единице массы катализа тора. Удельная производительность реактора связана непосредст венно с кинетикой химических процессов и типом реактора.

Сравнение непрерывно действующего реактора и реактора пе риодического действия показывает, что для достижения одной и той же удельной производительности в аппаратах требуется разное вре мя. В реакторах периодического действия ко времени химического процесса т необходимо добавлять время т0, затрачиваемое на за грузку, выгрузку, охлаждение и нагревание потоков.

Влияние дополнительного времени сильнее всего проявляется при проведении быстрых химических реакций. В этом случае явно невыгодно использовать реакторы периодического действия. И на оборот, для реакций, протекающих медленно и в малом объеме, мо гут применяться реакторы периодического действия.

Другим очень важным фактором при выборе реакторного уст ройства является метод подвода или отвода тепла. Известно, что количество тепла, которое выделяется или поглощается при осу ществлении химического процесса, всегда пропорционально коли честву реагирующих веществ (реакционному объему). Вместе с тем количество тепла, подводимого или отводимого при осуществле нии процесса, должно быть пропорционально поверхности тепло

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 5413 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги