Реакторы для проведения процессов в системе газ-жидкость .

Реакторы для проведения реакций в системах газ-жидкость чаще всего конструируются по принципу абсорбционных аппаратов обычно непрерывного действия, реже применяются реакторы полупериодические с непрерывным питанием газом, еще реже периодические реакторы (преимущественно для систем жидкость-жидкость).

 

Рис. 4.2. Принципиальные схемы реакторов для проведения реакций между газом и жидкостью:

а – насадочная колонна; б – барботажная колонна с колпачковыми тарелками; в – барботажная колонна с сетчатыми тарелками; г – распределительная колонна; д – реактор полного смешения с сепаратором. На рис. 4.2 приведены наиболее распространённые конструкции. Слайд 4.3 до далее слайд 4.4:

 

     Насадочная скрубберная и полая башни, показанные на рис. 4.2, а и г, широко применяются при оформлении самых разнообразных гетерогенных процессов в системе газ-жидкость. В таких башнях газ (реагент) движется снизу вверх на встречу орошающей жидкости (реагент). В насадочной башне жидкость смачивает насадку башни, при этом создается большая поверхность соприкосновения фаз. В полой башне соприкосновение фаз осуществляется через поверхность образующихся капель жидкости.

Существенные достоинства этих реакторов состоят в том, что они имеют несложную конструкцию, обладают малым гидравлическим сопротивлением, доступны и просты в обслуживании. Недостатки башен заключаются в том, что они громоздки и малоинтенсивны.

Барботажные колонны, показанные на рис. 4.2, б и в, также широко используются в химической промышленности. В этих реакторах газ с большой скоростью проходит через отверстия в сетчатых тарелках или через колпачки в колпачковых тарелках и, проходя через слой жидкости, образует пузырьки. Жидкость перетекает с верхних тарелок на нижние.

Такие реакторы конструктивно сложнее башен и обладают более высоким гидравлическим сопротивлением. Однако, за счет, большой скорости газового потока (реагента) сопротивление внешней диффузии мало. Этим и объяснятся их широкое применение при оформлении химико-технологических систем.

 В баке с мешалкой (рис.4.2, д) обеспечивается интенсивное смешение газообразного и жидкого (или двух жидких) реагентов и создается большая поверхность соприкосновения фаз. Однако эти аппараты относительно сложны и малопроизводительны, поэтому их используют для производства малотоннажных и дорогих химических продуктов.

Слайд 4.4 до далее слайд 4.5:

 

Реакторы для проведения некаталитических и каталитических

Гетерогенных процессов.

В настоящее время насчитывается большое число гетерогенных некаталитических процессов и десятки тысяч гетерогенно-каталитических процессов, осуществляемых в различных реакторах.

Конструкция реакторов для проведения этих процессов приведена на рис. 4.3.

В полочной печи для обжига твердого сырья (рис. 4.3, а) организованно смешанное движение потоков, работающих в режиме вытеснения, но с перемешиванием твердой фазы.

На рис. 4.3, г показан реактор, представляющий собой вращающийся барабан. Здесь также создается режим вытеснения, но при прямом токе реагентов. К недостаткам реакторов вытеснения в которых протекают процессы в системе газ-твердое тело относится либо незначительное перемешивание фаз (рис. 4.3, а), либо полное отсутствие обновления поверхности контакта фаз (рис. 4.3, б). Такие реакторы невыгодно применять в тех случаях, когда процесс протекает в области внешней диффузии; рациональнее использовать реакторы, в которых твердый реагент находится в режиме смешения.

Примером реактора с псевдоожиженным слоем является аппарат, представленный на рис. 4.3, в. Псевдоожиженный слой твердых частиц образуется при продувании газа снизу вверх сквозь слой твердого зернистого материала с такой скоростью, при которой частицы как бы взвешиваются, плавают и пульсируют в потоке газа.

При применении реактора с псевдоожиженным слоем твердый материал подается на решетку, а снизу поступает газ. Продукт реакции или зола непрерывно выводится из реактора. В таких реакторах твердый зернистый материал находится в режиме смешения, а газ – между режимом смешения и вытеснения. Достоинством аппаратов с псевдоожиженным (кипящим) слоем состоит в том, что при высоких скоростях газового потока снижается внешнедиффузионное сопротивление газовой фазы в десятки раз и, соответственно, увеличивается скорость процесса.

Слайд 4.5 до далее слайд 4.6:

Рис. 4.3. Принципиальные схемы реакторов для проведения химических некаталитических и каталитических гетерогенных процессов:

а – аппарат со смешанной организацией потока, работающий в режиме вытеснения (с механической мешалкой); б – полупериодический реактор, газ – в режиме вытеснения; в – аппарат с псевдоожиженным слоем, твердая фаза – в режиме смешения, газ – в промежуточном режиме; г – аппатарат с параллельным током, работающий в режиме вытеснения; д – реактор с одним неподвижным слоем катализатора; е – аппарат с одним псевдоожиженным слоем катализатора и регенератором катализатора; ж – полочный аппарат (катализатор находится на полках) с промежуточным охлаждением (нагреванием) реагентов; з - трубчатый реактор с охлаждением (нагреванием) реагентов; Т – температура теплоносителя (хладагента); 1 – реактор; 2 – регенератор; 3 – катализаторопровод.

Слайд 4.6 до далее слайд 4.7: