плотным слоем, с псевдоожиженным (кипящим) слоем, с катализатором, движущимся в режиме пневмотранспорта (данный тип реакторов применяется для проведения быстро протекающих реакций (например, синтеза углеводородов) с интенсивным коксообразованием).

Вустановках с медленно движущимся плотным слоем используется гранулированный катализатор с размером частиц 3–5 мм. Установка обычно состоит из двух аппаратов: реактора и регенератора, через которые осуществляется циркуляция катализатора. Схема установки реактор-реге- нератор напоминает непрерывно действующий адсорбер с зернистым адсорбентом (см. рис. 6.10).

Вреакторах с псевдоожиженным слоем применяют мелкий и пылевидный катализатор с размерами частиц 0,01–0,1 мм. Если в процессе происходит его быстрая дезактивация, то в состав установки должен входить регенератор (отдельно стоящий или совмещенный в одном корпусе с реактором).

На рис. 7.11 приведена схема р е а к т о р а с п с е в д о о ж и ж е н- н ы м к а т а л и з а т о р о м для крекинга соляровых или керосиновых фракций. Конструктивно такие реакторы выполняются в виде колонн или труб, внутри которых размещаются системы улавливания пыли из отходящих газов (циклоны, фильтры), устройства, препятствующие продольному перемещению частиц катализатора (сетки, перфорированные тарелки), теплообменники, отпарные секции.

Достоинства реакторов определяются, в первую очередь, свойствами псевдоожиженного слоя (способностью течь подобно жидкости), хорошей теплоотдачей, возможностью использования мелких частиц катализатора, в которых отсутствует внутридиффузионное сопротивление протеканию химических реакций.

7.3.4. Реакторы для проведения процессов в системе газ–жидкость

Среди процессов данного типа можно назвать окисление, гидрогенизацию, алкилирование, галогенирование, нитрование, сульфирование, гидратацию и многие другие процессы. Основными условиями эффективного проведения этих процессов, при которых достигаются высокие степень превращения и селективность, а также устойчивость процесса, являются обеспечение хорошего контакта фаз и теплообмена в реакторе.

Реакторы смешения. К данному типу аппаратов относятся реакторы с механическими смесителями, а также реакторы с использованием газлифтов или инжекторов для перемешивания газожидкостной среды за счет гидродинамических эффектов. Теплообмен в таких реакторах осуществляется через стенки циркуляционных труб или с помощью встроенных теп-

263

7.3.5.Реакторы для проведения процессов

всистеме жидкость–твердый катализатор

Подобные каталитические процессы в технологии осуществляются достаточно редко вследствие возникающих трудностей с обеспечением хорошего теплообмена. Несколько улучшить теплообмен можно принудительной турбулизацией потока с помощью перемешивающих устройств или созданием большой поверхности теплообмена.

Реакторы смешения. Наиболее типичными реакторами для проведения процессов в системе жидкость–твердый пылевидный катализатор являются аппараты емкостного типа с рубашками и механическими мешалками (обычно турбинными, пропеллерными или лопастными) для переме-

264

шивания суспензий с содержанием твердой фазы до 70–90 % (см. рис. 2.3 и 2.4). Интенсивность перемешивания выбирается достаточной для создания суспензии катализатора в жидкости и для поддержания хорошего теплообмена.

Для создания суспензии твердых частиц катализатора используют также барботирующий через жидкость инертный газ или псевдоожижают слой катализатора потоком жидкости.

Реакторы вытеснения. В зависимости от величины теплового эффекта применяются реакторы трубчатого типа, колонные с неподвижным слоем катализатора (адиабатические или секционированные) и колонные, в которых катализатор используется в виде суспензии. Конструкции этих реакторов аналогичны реакторам для проведения химических процессов в системах газ–твердый катализатор.

7.3.6.Реакторы для проведения процессов

всистеме жидкость–жидкость

Примерами таких процессов могут служить процессы алкилирования ароматических и парафиновых углеводородов, синтеза диметилдиоксана из формальдегида и изобутилена и другие. Конструктивные особенности реакторов определяются необходимостью обеспечения хорошего контактирования фаз и интенсивного теплообмена.

Реакторы смешения. На установках для проведения химических процессов в системе жидкость–жидкость применяются реакторы емкостного типа, оборудованные рубашками и пропеллерными или турбинными мешалками (см. рис. 4.1). Для достижения высоких степеней превращения и селективности применяются каскады реакторов смешения с организацией противоточного движения реагентов.

Реакторы вытеснения. Основные типы реакторов – тарельчатые колонны со встроенными теплообменниками (для реакций с небольшим тепловым эффектом) или реакторы кожухотрубного типа (для сильно экзотермических процессов). Для эффективной работы реакторов кожухотрубного типа необходимо обеспечить высокую степень диспергирования одной жидкости в другой, что достигается интенсивным перемешиванием жидкостей в быстроходной мешалке или подачей эмульсии в реактор через специальные сопла, установленные на каждой трубе.

7.3.7. Реакторы для проведения процессов в системе газ–жидкость–твердый катализатор

Процессы протекающие в тройной системе, широко распространены в нефтехимии. Примерами могут служить процессы гидрирования. В реак-

265

торах для реализации указанных процессов в первую очередь обеспечивают хороший массообмен между жидкостью и катализатором и между газом и жидкостью, а также устойчивый тепловой баланс процесса.

Реакторы смешения. В малотоннажных производствах применяются аппараты с мешалками (турбинными, пропеллерными или лопастными), а катализатор может применяться в виде суспензии или в неподвижном состоянии.

Реакторы вытеснения. Примеры таких реакторов – аппараты с неподвижным слоем катализатора колонного типа со сплошной (адиабатические реакторы) или секционированной загрузкой, аналогичные реакторам для систем газ–твердый катализатор. В настоящее время на крупных установках гидроочистки работают реакторы диаметром до 3 м с 1–5 слоями катализатора высотой 3–5 м каждый.

В процессах сероочистки и гидрокрекинга нефтяных фракций, гидрирования органических соединений в жидкой фазе и других процессах используются реакторы колонного типа с внутренними теплообменными устройствами, катализатор в которых находится в виде суспензии. Достоинства этих аппаратов по сравнению с реакторами, в которых катализатор находится в неподвижном состоянии: хорошая теплоотдача к поверхности, помещенной в слой; интенсивный массообмен между фазами; возможность непрерывного обновления катализатора. К недостаткам относится интенсивная эрозия стенок аппаратуры.

Контрольные вопросы

1.Что такое химический реактор?

2.Какие требования предъявляются к химическим реакторам?

3.По каким основным признакам классифицируются реакторы?

4.Как классифицируют реакторы в зависимости от способа организации процесса?

5.Как классифицируют реакторы в зависимости от температурного режима процесса?

6.Как классифицируют реакторы в зависимости от режима движения реагентов?

7.Каков принцип работы адиабатического реактора?

8.Каков принцип работы изотермического реактора?

9.Каков принцип работы политермического реактора?

10.Как можно охарактеризовать работу реактора идеально вытеснения?

11.Как можно охарактеризовать работу реактора идеально перемешивания?

266

12.Какие аппараты называются промышленными печами?

13.По каким основным признакам классифицируются промышленные печи?

14.Перечислите основные виды промышленных печей.

15.Как устроена и работает электродуговая печь прямого нагрева?

16.Как устроена и работает циклонная печь?

17.Как устроен и работает адиабатический реактор термического хлорирования метана?

18.Как устроен и работает трубчатый реактор парофазного пиролиза нефтепродуктов?

19.Как устроен и работает трубчатый реактор-альдолизатор?

20.Как устроена и работает колонна синтеза аммиака под средним давлением?

21.Как устроен и работает адиабатический шахтный реактор дегидрирования алкилбензолов?

22.Как устроен и работает адиабатический полочный реактор?

23.Как устроен и работает контактный аппарат окислительного аммонолиза метана?

24.Как устроен и работает реактор крекинга углеводородного сырья с псевдоожиженным слоем пылевидного катализатора?

25.Как устроен и работает реактор высокого давления идеального смешения с турбинной мешалкой?

Литература

Основная.

1.Рабочая программа курса пожарная профилактика технологических процессов (5 лет обучения). –М.: ВИПТШ МВД России, 1995.

2.А л е к с е е в М. В., В о л к о в О. М., Ш а т р о в Н. Ф. Пожарная профилактика технологических процессов производств. –М.: ВИПТШ МВД СССР, 1985.

Дополнительная.

1.К а с а т к и н А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.

–М.: Изд. «Химия», 1975.

2.М у х л е н о в И. П., Т а м б о в ц е в а В. Д., Г о р ш т е й н А. Е. Основы химической технологии. 2-е изд., перераб. и доп. –М.: Изд-во «Высшая школа», 1975.

3.Справочник нефтехимика: В 2-х т./ Под ред. канд. хим. наук С.К. Огородникова. –Л.: Изд-во «Химия», 1978.

267