Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Smirnov-2011.doc
Скачиваний:
102
Добавлен:
19.08.2019
Размер:
20.82 Mб
Скачать

31. Химические реакторы. Классификация. Устройство реактора периодического действия. Виды обогрева. Типы теплопередающих поверхностей. Оснастки реакторов.

Классификация.

  1. по гидродинамике

  2. по типу обогрева

  3. по конструкции

По конструкции реакторы делят на:

- вертикальные (рис, рив)

- горизонтальные (рив)

- колонного типа (многосекционные колонны с переливными трубками, роторно-дисковые колонны, пульсационные колонны)

Устройство реактора периодического действия.

Основные элементы:

1) крышка (эллипт.или сферич.формы, съемная. Крепится с помощью фланц.соединения болтами. Фланцы выбираются по ГОСТу. На крышке имеются: привод-редуктор + ЭД во взрывобезоп.исполнении; технолог.люк Д=400 мм, ряд штуцеров для ввода сырья, пробоотбор, автоматики и др; отверстие для вала. Для исключения прорыва газ.выбросов сущ.2 типа уплотнения – сальниковое и торцевое)

2) котел = обечайка + днище. Днище обычно приварное. В нем имеется патрубок для слива продукта реакции. Управление сливов осущ.вручную или дистанционно.

3) Конструктивные размеры и объемы.

Высота реактора Н/ ширина Д = 1,2 – 1,8

Высота днища/ ширина реактора Д = 0,25

Объем: 1.5, 6.3, 10, 12, 15, 20, 32, 60, 80 куб.м.

4) толщина крышки, обечайки. R = 6 – 14 мм. Рассчитывается в зависимости от давления, темп-ры, агресс-ти среды. При учете Р, учитывают Р столба реакц.массы и Р инерт.газа.

Кроме того, учитывается работа реактора при разрежении.

5) материал. Зависит от Т,Р и агресс-ти среды. Наиболее стойкая нержавейка, но на заводах чаще применяют конструкц.сталь, плакированную нержавейкой (2-3 мм)

6) крепление реактора. Как правило, реактор провисает со 2 этажа на первый.

Обогрев реакторов:

1) Обогрев продуктами сгорания топлива. Может применяться жидкое ( мазут ), твердое ( уголь, торф ) , газообразное ( газ природный ) топливо. При применении твердых топлив они сжигаются в выносных топках, и образующиеся дымовые газы собственно и обогревают реактор. Газ непосредственно сжигают под днищем реактора с помощью форсунок – это огневой обогрев. По эффективности : КПД твердое топливо=15%, жидкое=30%, газообразное=60%. Недостатки этого обогрева : 1) взрыво-, пожаро-опасность. 2) местные ( локальные ) перегревы , которые снижают качество олигомера : возрастает полидисперсность и уменьшается молек. масса.3) длительность охлаждения.

2) Обогрев теплоносителями .

а) горячая вода (до 80 ºС) б) водяной пар (до 160 ºС) в) обогрев ВОТ-высокотемпературные органические теплоносители (до 300 ºС).

б)Обогрев водяным паром: его ограниченность в том,что он до 160 ºС – это невысокотемпературный обогрев. Достоинства: 1) высокий коэффициент теплоотдачи от пара к стенке змеевика: =5000-10000 Вт/( *К) 2) Относительная дешевизна- дешевле электроэнергии – существенно. На практике применяют водяной пар с давлением 0,3-0,4 МПа.

в) Обогрев ВОТ: применяются различные ВОТ, но наиболее широкое применение имеет дифенильная смесь ( ДФС : ) = 35% дифенилоксида ( ДФО : ) + 65% дифенил . ДФС-эвтектическая смесь-у отдельных компонентов . Обогрев может проводится как жидкой ДФС , так и ее парами. Достоинством обогрева парами ДФС по сравнению с водяным паром является ≈ в 35 раз более низкое давление. Дифенильная смесь при 320 ºС может эксплуатироваться несколько лет, при 350 ºС – 1 год. Достоинства обогрева жидкой ДФС : 1) короткое время нагрева и охлаждения, т.к. осуществляется змеевиком 2) возможность тонкого регулирования температуры, что обеспечивает хорошее качество 3) не корродирует сталь 4) более низкая стоимость, чем при э/и обогреве. Недостатки : 1) очень высокая проницаемость жидкой ДФС через все уплотнения, соединения в запорной арматуре и др. Поэтому все коммуникации и сальниковые уплотнения требуют высокой герметичности, что усложняет коммуникации и запорную арматуру. 2) при высоких температурах высокий риск пожаро-, взрывоопасности. 3) отрицательное воздействие на человека, т.е. токсичность паров ДФС. 3) Электроиндукционный обогрев. Принцип работы э/и нагревателя : реактор помещают в индуктор –катушка , на которой намотан медный провод в изоляции. На катушку подают переменный эл. ток , в результате образуется переменное магнитное поле, которое пронизывает стенки реактора. Вследствие этого в самой стенке возникают вторичные токи или токи Фуко ( вихревые токи ). Отсюда происходит нагрев самой стенки реактора. Здесь тепло передается от нагретой стенки реактора к реакционной массе. Т.о. здесь этот индуктор вместе с реактором образует как бы трансформатор , где первичная обмотка – катушка, а вторичная – корпус реактора.

Достоинства э/и обогрева : 1) высокий КПД=90% . 2) возможность дистанционного управления температурного режима всех реакторов из единого центра. 3) небольшой перепад температуры между стенкой реактора и температурой реакционной массы при пусковом периоде 20-40 ºС , в стационарный 5-8 ºС . 4) возможность тонкого регулирования температуры из-за малой инерционности. 5) высокая культура обслуживания и относительная простота управления температурного режима . 6) это обогрев высокотемпературный до 300 ºС и выше .

Недостатки : 1) Высокая стоимость электроэнергии . Поэтому часто применяют комбинированный обогрев: до 120 ºС – водяным паром через внутренний змеевик , выше 120 ºС – индуктором.

Устройство реакторов с э/и обогревом . Конструкция реактора с э/и обогревом должна отвечать правилам ПУЭ ( правила устройства электроустановок ) пожаро- и взрывоопасных производств. В таких производствах должен быть исключен контакт катушек ( индуктора ) с атмосферой цеха , поэтому катушки закрываются герметичным кожухом , через который пропускается чистый воздух с определенным давлением = 250 МПа. Этот кожух защищает катушки от газов , искр, от нагревания . Для исключения внештатной работы всей системы предусмотрена автоблокировка по давлению чистого воздуха. Если давление упало , то индуктор автоматически отключится. Требования к кожуху : 1)Достаточная прочность и герметичность . 2) Он должен быть сделан из немагнитного материала, применяют пластмассовый и алюминиевый сплавы. Конструкция индуктора : как правило индуктор выполняют таким образом, чтобы число катушек было кратно 3. Это обусловлено тем , что необходимо избежать перегрузки сети, иначе может быть пожар.

Регулирование температуры : 1 способ - включением и отключением отдельных катушек. 2 способ - изменением соединения фаз : . Тепловая изоляция в виде асбестового картона расположена между корпусом и индуктором.

4) Комбинированный обогрев с помощью ТЭНа ( теплоэлектро-нагреватель ). Непосредственно реакционную массу ТЭНами не греют, т.к. создают неравномерный обогрев и они также взрывоопасны. Поэтому применяют комбинированный обогрев : ТЭН вводят в жидкий ВОТ.

Конструкции теплопередающих поверхностей: 1) Обогрев парами ( водяным или ВОТ ) Здесь применяются гладкие рубашки. В некоторых случаях , когда загрузка сырья осуществляется постепенно, то делают несколько рубашек. 2) Обогрев жидкими теплоносителями. Здесь гладкие рубашки применять нельзя- через гладкие рубашки нельзя достичь необходимой скорости движения теплоносителя, отсюда коэффициент теплоотдачи будет маленьким, поэтому применяют не гладкие рубашки , а профильные конструкции. 3) Э/и обогрев- нет . 4) Огневой обогрев . Греют само днище открытым пламенем. 5) Обогрев внутренним змеевиком . Внутренний змеевик используется не только для обогрева, но и для охлаждения , что эффективно , т.к. он охлаждает реакционную массу очень быстро.

Оснастка реакторов. – это система для улавливания, отвода и конденсации летучих из реактора, а также для соединения реактора с внешней средой. Оснастка определяется характером процесса.

А) Индивидуальные оснастки:

1) Вертикальный обратный конденсатор ( холодильник ): служит для возврата летучих в реактор при синтезе, летучие – мономеры и растворители. Применяется если Тсинт меньше Ткип растворителя.

2) Наклонный обратный конденсатор, соединенный с приемником дистиллята. : Предназначена оснастка для последовательного обеспечения двух последовательных операций : а) возврат летучих веществ в реактор в процесе синтеза, при этом вентиль 1 открыт, 2 закрыт. б) отгонка летучих после завершения синтеза. Вентиль 1 закрыт, 2 открыт. Оснастку ставят при условии, что Тсинт больше Ткип.

3) Наклонный обратный конденсатор , соединенный с разделительным сосудом.

Такая оснастка применятеся в том случае, если необходимо удалять реакц.воду и реакц.массу, в частности, при синтезе алкидов на стадии полиэтерификации (моноглиц.способ) или необх.удалять воду, которая пришла в виде водного раствора вещ-ва, например, при синтезе смолы 101 (формалин), при синтезе ЭО (Э-40, водн.NaOH). Эта оснастка предназначена для азеотропного обезвоживания.

Принцип азеотроп.обезвоживания. В реакц.массу добавляют орг.ж., не смеш-ся с водой (при синтезе алкидов), но дающую с ней азеотр.смесь, т.е. нераздельно кипящую бинарную смесь жидкостей. Т.е. их невозможно разогнать по отдельности, они используются совместно в опр.соотношении. Пары аз.смеси (вода+ксилол) через теплообменник поступают в конденсатор, где они конденсируются, конденсат стекает в разделит.сосуд, в кот.происходит разделение смеси на 2 слоя. Верхний слой – толуол(ксилол), нижний – вода. Аппаратчик видит ПРФ через стекло. По мере накопления воды, она периодически сливается. Ксилол же непрерывно самотеком из верхней части разд.сосуда стекает назад в реактор, где снова образует аз.смесь с водой. Т.о. ксилол циркулирует непрерывно: реактор – конд-р – разд.сосуд – реактор, до тех пор, пока не отобрана вся вода. Вода удаляется, чтобы исключить обратную реакцию.

4)Оснастка для азеотропного обезвоживания фирмы Dupont.

О на вкл.в себя насад.колонну, наклон.конд-р, разд.сосуд другой констр-ии и насос. Нас.колонна устан-ся вместо теплооб-ка.

Принцип работы:

В отличие от класс.варианта, есть нас.кол. вместо тепл-ка. Она обогревается паром. Т внутри колонны строго реглам-на (105-110 град.С). Суть: пары аз.смеси эту колонну пролетают и поступают в конденсатор. Кроме аз.смеси исп-ся также ФА. Пары ФА поступают в нас.кол. и крист-ся на насадках, потому что ТплавФА = 130 градС. Конденсат аз.смеси стекает в разд.сосуд, там он расслаивается. Этот реакц.сосуд имеет глухой кольц.карман, в который заливается ксилол. Насос выкачивает ксилол из ниж.части кармана. Из нижней части разд.сосуда ксилол закачивается насосом в верхнюю часть нас.кол., где он смывает кристаллы ФА назад в реактор. Т.о. дост-вом этой оснастки является исключение потерь ФА.

  1. Блочная оснастка. Предназначена для синтеза алкидов.

Вкл.в себя сублимационную трубу и уловитель погонов (летучих). Сублимац.труба обогрев.паром. Внутри трубы темп-ра должна быть такой, чтобы пары ФА пролетали через нее, не кристаллизуясь. Принцип работы: В реактор не добавляют орг.жидкости. Обезвоживание достигается высокой темп-рой синтеза. Кроме воды здесь будет удаляться ФА. Пары ФА поступают в сублимац.трубу (Т = 140 град.С). Пары пролетают через трубу и поступают в уловитель, где они орошаются тонко распыленной водой. ФА гидролизуется и превращается в фторфталевую кислоту с образованием шлама (фт.к-та с водой). Периодически шлам нагревают для уменьшения вязкости и сливают. Уловитель соединен с вакуум-линией, а также со станцией термич.очистки газ.выбросов. Т.о. блочная оснастка имеет сущ.нед-к, т.к. она допускает большие потери ФА.

32. Механические перемешивающие устройства – классификация, конструкции, техническая характеристика, критерии выбора.

Целью перемешивания является максимальное снижение температурных и концентрационных градиентов в реакц.массе. Полным является такое смешение, при котором бесконечно малые пробы реакц.массы, взятые из любой точки объема, имеют одинаковую температуру и концентрацию.

А) Конструкция МПУ. МПУ состоит из 3 частей:

- рабочий орган (лопасть)

- вал

- привод (электродвигатель + редуктор)

Б) Классификация и основные типы МПУ. В основу классификации заложены такие показатели, как тип течения, конструкция, скорость.

Конструкция

Тип течения

Скорость

1. турбинная с вертикальными прямыми и изогнутыми лопатками

радиальное

Быстроходная

2. пропеллерная

Аксиальное

Быстроходная

3. турбинная с наклонными лопатками

Радиально-аксиальное

Быстроходная

4. рамная, лопастная, якорная

Тангенциальное

Тихоходная

*турбинные МПУ (6 лопаток). Технич.хар-ки: п = 2-20 об/мин, w = 3-9 м/мин, d/D = 0,25 (д – диаметр описываемой лопастью окружности, Д – диаметр корпуса реактора). Эти мешалки короткие, вязкость = 1 – 50 000 сПз.

  1. с вертикальными прямыми лопатками

  2. с вертикальными изогнутыми лопатками

  3. с наклонными прямыми (45 град)

  4. с горизонтальным диском и приварными вертикальными лопатками.

*пропеллерные (3 лопатки). Технич.хар-ки: п = 7-30 об/мин, w = 6-15 м/мин, d/D = 0,25 – 0,33, вязкость 1 – 10 000 сПз. Легко поднима.т твердые частички со дна реактора вверх, широко применяется для получения дисперсий и суспензий. Имеют насосный эффект. На самом деле это не пропеллер, а корабельный винт.

  1. стандартный вариант

  2. с отверстиями (для трудносмачиваемых порошков)

  3. с зубчатыми краями

«минус» - высокая стоимость

* лопастные (2 лопасти). Тихоходные мешалки, самые дешевые, создают тангенциальное течение. У них лопасти длиннее, чем у турбинных и пропеллерных. W = 1,5 – 4 м/мин, d/D = 0,5 – 0,8, вязкость 102-104 сПз.

  1. с вертикальными прямыми низкими лопатками

  2. с вертикальными прямыми высокими лопатками с отверстиями (широко применяются в синтезе алкидов с d/D = 0,5, потому что в реакторах есть внутр.змеевик.

  3. с наклонными прямыми лопатками.

*якорные. Тихоходные, создают тангенциальное течение, по форме напоминают морской якорь. Особенность: это длинные мешалки. Их длина характеризуется зазором между лопастью и корпусом реактора. Техн.характеристика: w= 0,5-1,5 м/мин; п = 0,3 – 1 об/мин;

е(зазор)= 0,005 – 0,1 D, вязкость 102-104 сПз.

  1. стандартный вариант

  2. с пальцами и отражательными перегородками.

*рамные – тихоходные, тангенциальное течение, длинные, характеризуются зазором.

W = 0,5 – 1,5 м/мин; п = 0,3 – 1 об/мин; зазор е = 0,005 – 0,1 D, вязкость 103 – 105 сПз

  1. якорно-рамная

  2. рамная

В) основные критерии выбора МПУ.

1) для гомофазных низковязких систем рекомендуется МПУ всех рассмотренных типов.

2) для гомофазных высоковязких систем (синтез алкидов) чаще всего применяют лопастные с высокими лопаткам и d/D = 0,5, потому что в реакторах синтеза находится внутр.змеевик.

3) для гетерофазных низковязких (дисперсии, эмульсии, суспензии) рекомендуется турбинные и пропеллерные мешалки.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]