5. Конструктивные решения внутреннего устройства колонны реакционно-ректификационного типа

Для реализации в НСРРП одновременного протекания химической реакции и массообмена необходимо правильно определить конструктивное решение внутреннего устройства колонны. От этого зависит возможность и эффективность процесса.

Внутренние устройства реакционной зоны могут быть классифицированы следующим образом:

“Пояс ткани” - катализатор расположен в поясе ткани. Пояс обернут с помощью стальной проволоки, закрученной в спираль. Эффективность массопередачи очень низка из-за малой поверности контакта.

Контейнер с катализатором, установленный на тарелку - состоит из нормальной тарелки массопередачи и множества параллельно установленных прямоугольных труб (контейнеров) заполненных катализатором. Параллельные трубы (контейнеры) могут быть расположены выше тарелки массопередачи, но должны находиться в зоне пены. Жидкость может течь по тарелке как параллельно трубам (контейнерам) с катализатором, так и под прямым углом.

Неструктурированная упаковка - в колонне действует и как катализатор, и как устройство массопередачи. Катализатор может быть загружен в контейнер. Отверстия в контейнерах необходимы, чтобы пар и жидкость проникали и выходили из контейнеров. Поверхность контейнеров обеспечивает необходимую площадь для массопередачи.

Структурированная упаковка - состоит из рифленых пластин, между которыми помещен катализатор. Пластины плотно «упакованы» друг к другу и обрамлены жестким поясом. Данная структура укладки катализатора не подходит для реакций с низкой константой скорости.

Тарелка дистилляции совмещенная с неподвижным слоем катализатора - в данной структуре реакционная зона и зона дистилляции разделены. Паровая фаза не проходит сквозь слой катализатора. Зоны дистилляции состоят из нормальных тарелок дистилляции и пластины распределения жидкости. Устройства данного типа достаточно сложны и имеют высокую стоимость.

Слой катализатора с элементом распределения - в слое катализатора расположенная рифленая пластина, имеющая отверстия только в верхних и нижний точках пластины. Она вносит небольшой вклад в процесс массопередачи. Основное назначение – распределение жидкости в слое катализатора.

Слой катализатора с восходящим потоком жидкости - зона дистилляции и реакционная зона совмещены. Движение жидкости организовано по восходящему потоку через слой катализатора, что позволяет проводить процессы как с высокой так и низкой скоростью реакции. Движение паровой фазы может быть организованно раздельно от зоны реакции, через слой катализатора или инертной насадки. Данный тип устройства внутренней структуры колонны реакционно-ректификационного типа является предпочтительным. Так как он наиболее современен и соответственно включает в себя основные преимущества конструкций, рассмотренных выше (распределяющее устройство для «возвратной» жидкости, организация восходящего потока жидкости через слой катализатора, возможность использование массообменной «упаковки» и.т.д.).

6. Методы исследования совмещенных процессов

Методы исследования совмещенных реакционных-ректификационных процессов обладают некоторой спецификой в сравнении с традиционными методами, разработанных в соответствующих областях знаний. Рассмотрим основные этапы исследования реакционно-ректификационных процессов.

Первый этап – Анализ статики процессов. В процессе анализа статики НСРРП решаются следующие задачи: определение составов и числа фракций, на которые может быть разделена реакционная смесь методом ректификации; определение параметров химического равновесия; определение возможных значений степени превращения продуктов и выхода продуктов

Второй этап – Математическое моделирование процесса. Решаются задачи математического моделирования НСРРП: создание или выбор математической модели совмещенного процесса; исследование влияний различных параметров на результаты совмещенного процесса; выбор оптимальных параметров [8].