контактні апарати

Хімічні реактори для проведення гетерогенно-каталітичних процесів називають контактними апаратами.

Головною характеристикою, по якій можуть бути класифіковані розглядаються реакційні апарати, є спосіб здійснення теплообміну в реакційної зоні: з теплообміном через стінку; з теплообміном при безпосередньому контакті з каталізатором або при змішуванні з теплоносієм (адіабатичні реактора).

Незалежно від способу здійснення теплообміну, реактори розрізняються за станом каталізатора, який може розташовуватися нерухомим шаром або перебувати в русі.

1. Контактні апарати з нерухомим шаром каталізатора.

Основним типом контактних апаратів з нерухомим шаром каталізатора є трубчасті реактори, що представляють різного виду теплообмінники, в трубках або міжтрубномупросторі яких розташований каталізатор. Реактори з каталізатором в трубках прийнято називати трубними (трубчастими), з каталізатором в міжтрубномупросторі - кожухотрубні.

Всі трубчасті реактори забезпечують хороший тепловий режим, що обумовлено високим відношенням поверхні тепловіддачі до обсягу каталізатора. Можливість досягнення значних лінійних швидкостей потоків газу в трубках обумовлює ефективну масо-і теплопередачу. До важливих недоліків трубчастих реакторів відноситься труднощі підтримки оптимального температурного режиму по довжині трубки.

До контактних апаратів з нерухомим шаром каталізатора відносять також адиабатические реактори. При адіабатичному режимі відсутня теплообмін з навколишнім середовищем. Однак більшість реакцій протікає з тепловими ефектами. Тому застосування істинно адиабатических реакторів обмежена процесами, що протікають з невеликими тепловими ефектами. Найчастіше для компенсації втрат або відведення надлишку тепла застосовують теплоносії або холодоагенти (змішуються з потоком реагує речовини) або попередньо нагріті або охолоджені тверді тіла (каталізатор, насадка з інертних матеріалів, гранульований рухається теплоносій). Такі апарати прийнято називати формально адіабатичними. Їх гідність -простота конструкції.

Для реакторів з нерухомим шаром каталізатора характерні наступні загальні недоліки:

• періодичність роботи (через необхідність регенерації каталізатора);

• для забезпечення безперервної роботи установки необхідно застосування батареї з декількох реакторів (сильно ускладнює і здорожує устаткування);

• нерівномірність умов процесу (незадовільний розподіл температур і потоків по перетину і висоті реакційної зони);

• відмінність умов в кожному реакційному циклі.

Все це призводить до нестандартності одержуваних продуктів і зниження ефективності роботи обладнання.

Цих недоліків в значній мірі позбавлені контактні апарати з рухомим каталізатором.

2. Контактні апарати з рухомим шаром каталізатора Основним принципом роботи реакторів з рухомим шаром каталізатора є безперервний потік останнього в реакційній зоні при постійному реакційному обсязі. Каталізатор безперервно надходить в контактний апарат і також безперервно і з такою ж швидкістю виходить з нього.

Установки з рухомим каталізатором є установками безперервної дії.

Всі контактні апарати з рухомим каталізатором відносяться до групи реакторів з теплообміном при безпосередньому контакті з каталізатором (попередньо нагрітим або охолодженим).

Реактори з рухомим шаром каталізатора суттєво різняться за конструкцією і закономірностям процесів в залежності від розмірів частинок застосовуваного каталізатора. Каталізатор може використовуватися у вигляді зерен розміром 3-5 мм (гранульований каталізатор) або у вигляді пилу з розміром частинок 0.01-0.1 мм (пилоподібний каталізатор).

Розмір частинок каталізатора в контактному апараті визначає спосіб переміщення каталізатора. Гранульований каталізатор переміщують в щільному шарі, пилоподібний - у вигляді псевдозріджених газопилової системи.

Показники роботи контактного апарату.

1. Час контакту - час зіткнення реагентів з каталізатором:

де Vг - об'єм суміші, що проходить через каталізатор в одиницю часу;

Vkat _ обсяг каталізатора.

2. Об'ємна швидкість - обсяг реакційної суміші, що проходить через одиницю об'єму каталізатора в одиницю часу:

3. Питома продуктивність каталізатора - маса продукту, що отримується з одиниці об'єму каталізатора в одиницю часу:

де VПP - обсяг продукту, отриманого з одиниці об'єму каталізатора в одиницю часу;

# 961; - щільність продукту.