48. Реакторы для гомогенных процессов

Устройство реакторов для проведения гомогенных процессов проще, чем устрой­ство реакторов для гетерогенных процессов ввиду легкости перемешивания. Все реальные аппараты занимают промежуточное положение между аппаратами идеального вытеснения и полного смешения. Движущая сила процесса в реальных реакторах меньше, чем в реакторах идеального вытеснения. Следовательно, в реакторах для гомогенных процессов перемешивание необходимо усиливать только до перехода процесса из диффузионной области в кинетичес­кую, дальнейшее же усиление перемешивания снижает скорость процесса. В некоторых случаях бывает необходимо усиление пере­мешивания и в кинетической области, например, для устранения местных перегревов реакционной смеси, для усиления теплопередачи между реакционной смесью и теплообменными поверхностями и т. п. Конструкции реакторов зависят от характера среды (газ, жидкость), параметров процесса и свойств соединений, участвую­щих в реакциях.

Фактически во всех реакторах в большей или меньшей степени идет перемешивание, снижающее движущую силу процесса и соот­ветственно общую скорость его. Коэффициенты, учитывающие влияние переме­шивания, находятся экспериментально. Наиболее существенно влияет на скорость процесса перемешивание по длине или высоте аппарата, а перемешивание в направлении, перпендикулярном потоку, влияет меньше. Скорость реакции в жидкой фазе, отнесенная к единице объема, в тысячи раз больше, чем в газовой, а коэффициенты молекулярной диффузии в тысячи раз меньше. Поэтому процессы в жидкой фазе чаще проходят в диффузионной области, чем газовые и именно для интенсификации жидкостных процессов решающее значение имеет перемешивание. Перемешивание обеспечивает также получение однородных физических смесей и интенсификацию теплообмена.

Для газовых гомогенных процессов

приме­няются в основном камерные и трубчатые реакторы. Для смешения газа в реакторах применяются сравнительно простые устройства: сопло, эжектор, центробежный лабиринтный, каскадный смеситель и др. Наиболее типичные и широко применяемые аппараты для процессов в газовой фазе:

1. Камерные реакторы с эжекторными смесителями газов и па­ров. Например, печь для синтеза хлористого водорода; форсуночная печь для сжигания серы, печь для термоокислитель­ного крекинга метана.

2 . Камерный реактор с центробежным перемешиванием газовой смеси (рис. 53) по режиму работы близок к полному смешению и изотермичному типу.

3. Трубчатый реактор с теплообменом между двумя газами работает по режиму вытеснения. Этот реактор политермичен.

4. Реакторы типа труба в трубе с водяными или другими жидкост­ными охлаждением или нагревом (рис. 55) работают по принципу идеального вытеснения. Реакторы типа труба в трубе политермичны и обычно используются дли протекающих с большим тепловым эф­фектом. Количество труб, расположен­ных друг над другом и соединенных коленами, может достигать 15 и более; они составляют секцию. В реакторах большой мощности устанавливаются десятки секций, работающих параллель­но и объединенных коллекторами.

Для жидкостных гомогенных про­цессов применяются реакторы с различ­ными перемешивающими устройствами механического и пневматического типа. Для повышения к. п. д. (выхода продукта) используют прямоточные аппараты большой длины, батареи из нескольких реакторов, а также многосекцион­ные аппараты, в которых степень превращения возрастает с увеличением числа секций. Реакционные аппараты снабжены теплообменниками (рубашки, змеевики) для подвода или отвода тепла.

Широко применяются реакторы с различными видами механи­ческих мешалок и другими типами перемешивающих устройств, обеспечивающих режим, близкий к полному смешению.

В установке со струйно-эжекторным смешением теплообменник может служить холо­дильником или подогревателем. Вследствие перемешивания эти реакторы изотермичны. Для повышения к. п. д. используются каскад реакторов с мешалками или секционированные реакторы с мешалками или без ме­шалок.

Непрерывно действующие реакторы проточ­ного типа работают по принципу идеального вытеснения.

Для работы под давлением применяют автоклавы периодического действия.