9.5.2 Реактори для проведення реакцій в системах г—р і р—р

Такі реактори найчастіше конструюються за принципом апаратів абсорбції, звичайно безперервної дії, рідше застосовуються реактори напівперіодичні з безперервним живленням газом, ще рідше періодичні реактори (переважно для систем р—р). Розглянемо найбільш поширені конструкції.

Насадна скруберна і порожниста башти, показані на рис. 9.21, а і г, широко застосовуються при оформленні найрізноманітніших гетерогенних процесів в системі г—р. У таких баштах газоподібний реагент рухається від низу до верху назустріч зрошуючій рідині. У насадній башті рідина змочує насадку башти, при цьому створюється велика поверхня зіткнення фаз. У порожнистій башті зіткнення фаз здійснюється через поверхню крапель рідини, що ут-ворюються. Істотні переваги цих реакторів полягають в тому, що вони мають нескладну конструкцію, мають малий гідравлічний опір, доступні і прості в обслуговуванні. Недоліки башт полягають в тому, що вони громіздкі і малоінтенсивні. У цих баштах створюють як протитечію, так і паралельний потік.

Рис. 9.21. Принципові схеми апаратів для проведення реакцій між газом і рідиною і між двома важкорозчинними рідинами: а—насадна колона (режим витиснення); б—барботажна колона з ковпачковими тарілками (режим витиснення); в—барботажна колона з сітчастими тарілками (режим витиснення); г—розподільча колона (режим витиснення), д—реактор ідеального змішання (з сепаратором)—одностадійний контакт фаз; е—каскад реакторів змішання, протитечійна система.

Барботажні колони, показані на рис. 9.21, б і в, також широко використовуються в хімічній і інших галузях промисловості. У цих реакторах газ з великою швидкістю надходить через отвори в сітчастих тарілках або через ковпачки в ковпачкових тарілках і, проходячи через шар рідини, утворює бульбашки. Рідина перетікає з верхніх тарілок на нижні. Такі реактори конструктивно складніше за башти і мають вищий гідравлічний опір. Проте за рахунок великої швидкості газового потоку опір зовнішньої дифузії малий. Цим і пояснюється їх широке застосування при оформленні технологічних схем.

У реакторі з мішалкою (рис. 9.21, д) забезпечується інтенсивне змішання газоподібного і рідкого або двох рідких реагентів і створюється велика поверхня зіткнення фаз. Проте ці апарати відносно складні і малопродуктивні, тому їх використовують для виробництва малотоннажних і дорогих хімічних продуктів.

У трубі Вентурі, що використовується для проведення реакцій в системі г—р, в потоці газоподібного реагенту розбризкується рідина. Швидкість газу дуже велика—100—150 м·с^-1, тому в потоці газу виникають могутні турбулентні пульсації, які сприяють додатковому подрібненню рідини на дуже дрібні краплі. В результаті створюється велика поверхня зіткнення фаз і відбувається інтенсивне перемішування потоків, при цьому знижується опір зовнішньої дифузії. Переваги такого реактора полягають в тому, що в ньому створюється високоінтенсивний процес; його недоліки полягають у великому гідравлічному опорі і необхідності установлення спеціальних апаратів для виділення захоплюваних газом найдрібніших крапель рідини.

Висока інтенсивність процесу забезпечується також в пінних апаратах, в яких через шар рідини, що знаходиться на решітках, пропускають від низу до верху потік газу з такою швидкістю, що створюється зважений шар рухомої піни у вигляді рухомих плівок, струменів і крапель рідини, що тісно перемішуються з бульбашками і струменями газу. При зниження швидкості газу пінний режим переходить в барботажний, а за збільшення швидкості газу зважений шар рухомої піни руйнується і вона несеться у вигляді потоку крапель. У пінних апаратах розвивається велика поверхня зіткнення між рідкою і газовою фазами, відбувається постійне оновлення цієї поверхні, що сприяє високій інтенсивності процесу. Завдяки цьому прості по конструкції пінні апарати знаходять все більш широке застосування в промисловості у вигляді однополичних і багатополочних апаратів.