| отока. Колонные Р. х. конструктивно менее приспособлены для интенсивного теплообмена, поэтому их применяют в тех случаях, когда подвод (или отвод) тепла к зоне реакции отсутствует или ограничен. Для ускорения межфазного массообмена и уменьшения разброса времени пребывания частиц реагентов колонные аппараты заполняются иногда твёрдой насадкой (см. Насадка). В Р. х. для газо-жидкофазных реакций развитая межфазная поверхность достигается диспергированием одного из реагентов. В колонных Р. х. очень существенно равномерное распределение потока по сечению колонн. Проточные Р. х. при необходимости снабжаются циркуляционными контурами для возврата непрореагировавших исходных веществ.
Выбор рабочего давления в Р. х. всех типов зависит от характера реакции, агрегатного состояния реагентов, от экономич. факторов (расхода энергии, металлоёмкости и др.). В пром-сти в многотоннажных произ-вах часто используются Р. х. высокого давления (напр., синтез аммиака, рис. 1).
Требуемый тепловой режим Р. х. обеспечивается путём размещения в зоне реакции различных теплообменных элементов (рубашки, змеевики, трубные пучки и пр.). В нек-рых случаях зоны реакции чередуются с теплообменниками или с непосредственными вводами холодных реагентов или инертных газов в промежутки между зонами реакции (рис. 2). Для подвода или отвода тепла применяют либо независимые теплоносители, либо используют тепло отходящего потока для подогрева исходных веществ; в последнем случае возможны явления неустойчивости, к-рые могут привести к недопустимому разогреву (или охлаждению) Р. х. и остановке процесса.
Р. х. с гомогенным катализатором конструктивно не отличаются от некаталитических. В ёмкостных Р. х. с перемешиванием гетерогенный (твёрдый) катализатор может применяться в виде тонкой суспензии или, чаще, в виде зёрен, неподвижный слой к-рых заполняет аппарат трубчатого или колонного типа; из-за малой теплопроводности такого слоя в Р. х. возможны значит. перепады темп-ры. Уменьшение размера зёрен ускоряет реакции за счёт более развитой поверхности, но вызывает снижение теплопроводности слоя и рост его гидравлич. сопротивления, поэтому в практике применяют зёрна диаметром в неск. миллиметров. Схема каталитич. контактного аппарата приведена на рис. 3.
Рис. 1. Колонна для синтеза аммиака под высоким давлением: 1 - корпус колонны; 2 - изоляционная труба; 3 - теплообменная труба; 4 - катализаторное пространство; 5 - центральная труба; 6 - спираль нагрева; 7 - стальной стержень. Движение реакционной смеси указано стрелками.
Рис. 2. Контактный аппарат с тремя ступенями контактирования и вводом воздуха между ступенями.
Быстрые реакции часто проводят на сетках из металлич. катализатора. Р. х. с псевдоожиженным (см. Кипящий слой) и движущимся слоем имеют характерные особенности, отличные от др. реакторов. Преимущества таких Р. х.: возможность непрерывного ввода свежей и отвода отработанной твёрдой фазы, высокая скорость теплообмена, независимость гидравлич. сопротивления от скорости сжижающего агента (газа, пара, жидкости), широкий диапазон свойств твёрдых частиц (включая суспензии, пасты) и сжижающего агента. Однако применение реакторов с псевдоожиженным и движущимся слоем ограничено, т. к. они не обеспечивают одинакового времени пребывания частиц обеих фаз в слое и сохранения свойств твёрдой фазы, требуют мощной пылеулавливающей аппаратуры.
Известны Р. х. с движущимся (падающим) зернистым слоем, используемые для осуществления непрерывных процессов в гетерогенных системах с твёрдой фазой (рис. 4). Значительна специфика конструкций реакторов для электрохимич. и плазменных процессов (см. Электролизеры, Плазменный реактор).
Рис. 3. Контактный аппарат для окисления нафталина во фталевый ангидрид: 1 - катализаторные трубки; 2 - расплав солей (селитряная баня); 3 - пропеллерная мешалка; 4 - трубки для воздушного охлаждения; 5 - рубашка для воздушного охлаждения; 6 - коллектор отходящего воздуха.
Для проведения реакций, требующих механич. перемешивания реагентов, особенно при средних и высоких давлениях, применяют Р. х. с экранированным приводом, освобождающим от сложных уплотняющих устройств (сальников).
При расчёте Р. х. определяются необходимые для достижения заданной производительности объём, скорость потока, поверхность теплообмена, гидравлич. сопротивление, скорость замены катализатора, конструктивные параметры (особенно Р. х. высокого давления). Для расчёта используются экспериментальные данные по кинетике реакций и отравлению катализатора, скорости тепло-и массопереноса и пр. (см. Макрокинетика). Наиболее полный расчёт, включая определение полей темп-ры и концентрации в Р. х., определение оптимальной схемы теплообмена и рециркуляции, анализ устойчивости режима Р. х. и выбор параметров регулирующих устройств, проводится с использованием ЭВМ (см. Моделирование). В реакторостроении наблюдается тенденция создания аппаратов большой мощности.
Рис. 4. Схемы установок с циркулирующим катализатором: а-реактор и регенера |
