БИЛЕТ № 9

1 Реакторы с непосредственным контактом газа с катализатором Реакторы такого типа представляют собой полые цилиндрические или конические аппараты, в которых слой катализатора расположен на решетке. В отличие от реакторов с теплообменом через стенку они более просты по конструкции. Аппараты, работающие при нормальном давлении, могут изготавливаться из кирпича, - под избыточным давлением выполняются из стали. Условия теплообмена во всех аппаратах такого типа благоприятны из-за непосредственного контакта газа с катализатором, на поверхности которого протекает реакция, сопровождающая выделением или поглощением тепла. В эндотермических процессах теплоносителем служит либо сам газ, либо катализатор, а в экзотермических процессах хладоагентом является только реагирующая газовая смесь.В реакторах с непосредственным контактом наблюдается неравномерное распределения температур по высоте реакционной зоны, поэтому применение их ограниченно. По способу подвода тепла они делятся на:реакторы с предварительным перегревом (или недогревом) поступающей в реактор смеси;реакторы с предварительным перегревом катализатора;реакторы с вводом дополнительных количеств нагретого или охлажденного сырья. Реакторы с предварительным перегревом (или недогревом) поступающей в реактор смеси Реактором такого типа может служить аппарат для дегидрирования н-бутиленов в дивинил. В этот аппарат поступает смесь бутилена и водяного пара, который служит для снижения парциального давления бутилена и является теплоносителем (рис. 3.26.). Катализатор может быть пересыпан инертным носителем (керамические, стеклянные или металлические сферы), что позволяет при работе аппарата в циклическом режиме аккумулировать тепло реакции в самом слое. Подобные реакторы применимы как для экзотермических, так и для эндотермических процессов. Рис. 3.26. Реакторы дегидрирования нормальных бутиленов:1 – устройство длясмешения водяного пара и бутиленов;2 – распределитель газового потока; 3 – слой катализатора;4 – слои насадочных колец; 5 – теплоизоляция;6 – люк для выгрузки катализатора; 7 – люк для загрузки катализатораА так же к реакторам рассматриваемого типа, можно отнести реактор дегидрирования алкилбензолов (рис.3.27.).Устройства реактора ясно из рисунка и не нуждается в пояснении.

Рис. 3.27. Адиабатический реактор для дегидрирования алкилбензолов: 1 – корпус; 2 – решетка; 3, 4, 6 –слои насадки;

5 – катализатор; 7 – решетка; 8 – распределительное устройство; 9 – смеситель; 10 – сопла; 11 – трубкиНаглядным примером рассматриваемого типа реактора является реактор дегидрирования этилбензола в стирол (рис. 3.28.). Реактор 2-ой ступени представляет собой стальной аппарат цилиндрической формы с крышкой 1 и днищем 2, диаметром 4500 мм и общей высотой 17406 мм. Обечайка реактора 4 установлена на опоре, приваренной к опорному Соединение опоры и кольца основания укреплено по периметру подаётся через штуцер А в аппарат второй ступени. Рис. 3.28. Реактор 2-ой ступени дегидрирования этилбензола в стирол: 1 – крышка; 2 – днище; 3- межступенчатый подгреватель; 4 – обечайка; 5 – косынка; 7 – распределительное устройство Подогрев контактного газа осуществляется во встроенном межступенчатом подогревателе 3, для этого в межтрубное пространство подогревателя подается водяной пар через штуцерВ, а выводится через штуцер Г Дегидрирование этилбензола производится в слое катализатора (железноокисный), через который проходит смесь.Внутри реактора на решетке, на которой расположена сетка, помещён слой катализатора. Для равномерного распределе газового потока по сечению реактора, в центре реактора установлено распределительное устройство 7.Контактный газ проходит слой катализатора и выходит из аппарата через штуцер Б.

2. Дегазация в валковых машинах В валковых машинах дегазация полимера осуществляется в тонкой пленке, создаваемой на поверхности вращающихся валков. Для отвода растворителя валки устанавливаются в герметичном кожухе. Валковые машины не получили широкого применения из-за наличия вращающихся частей. Такие машины могут быть одно- и многовалковыми. Валки в них, как правило, цилиндрические (рис. 6.46.). Рис. 6.46. Машины с параллельной работой валков: а – двухвалковая; б – одновалковая; 1 – валок; 2 – ножПри безводной дегазации каучука в валковых машинах поступает жидкость (полимеризат), а выходит твердый каучук. Организовать переработку жидкости и твердого полимера в одной машине трудно, поэтому предварительную отгонку растворителя целесообразно осуществлять на одновалковой машине. Дальнейшая дегазация осуществляется на двухвалковых дегазаторах. Они делятся на машины с параллельной (рис. 6.46. а) и последовательной (рис. 6.47.) работой валков. Рис. 6.47. Схемы движения пленки полимера при последовательной работе валков: а – полимеризат наливается на валок; б – валок погружается в полимеризат; 1 – валок; 2 – ножДля отгонки низкокипящих растворителей используется машина на рис. 6.48. Так как в пространстве между валками создается некоторый запас полимеризата, соприкасающегося с горячей поверхностью валков, то испарение растворителя начинается уже в этом пространстве.

Рис. 6.48. Двухвалковый вакуумный дегазатор: 1 – кожух; 2 – нож; 3 – валок; 4 – червякНа рис. 6.49. изображена машина, не имеющая сплошного кожуха, окружающего валки. Пленка каучука после прохождения зазора между рабочим и прижимным валками переходит на прижимной валок, с которого срезается ножом. Рис. 6.49. Валковый дегазатор с несплошным кожухом: 1 – подшипник; 2 – прижимной валок; 3 – валокДля дегазации жидких каучуков применяется двухвалковая машина (рис. 6.50.)Рис. 6.50. Двухвалковая машина для дегазации жидких каучуков:1 – бункер; 2 – патрубок; 3 – кожух; 4 – фрикционные шестерни;5 – распределительная головка; 6 – валок; 7 – нож; 8, 9 – трубопроводы; 10 – электродвигатель; 11- приводные шестерниВ машину (рис.6.51.) полимеризат подается либо через питающий бункер, либо через питающий необогреваемый валок. Растворитель испаряется на обогреваемом валке (рис.6.52.).

Рис. 6.51. Одновалковые машины: а – с питающим бункером;

б – с питающим необогреваемым валком; 1 – корпус;

2 – питающий бункер; 3 – валок; 4 – необогреваемый валок

Двухвалковые дегазаторы при равной конечной концентрации растворителя обладают большей производительностью по сравнению с одновалковыми благодаря тому, что толщина пленки на втором валке больше, чем на первом.

Окончательная дегазация каучука может производиться на червячной машине.

 

 

БИЛЕТ №11 рис. 3.61.

1Реакторы для проведения реакций в газовой фазе над жидким катализатором Реакторы для систем газ-жидкость имеют следующую классификацию:реакторы с мешалками;реакторы с механическим распыливанием жидкости;реакционные аппараты колонного типа с насадкой или тарелками;реакторы барботажного типа;реакторы пенного типа;реакторы пленочного типа;реакторы типа эрлифт.Реакторы первых двух типов в промышленности СК применяются лишь в лабораторном или опытном масштабе из-за неудовлетворительного контакта газа с жидкостью, трудности работы с агрессивными средами, значительных затрат электроэнергии. Реакционные аппараты колонного типа с насадкой или тарелками Данные реактора подобны абсорберам, однако имеется существенное отличие в питании аппарата жидкостью. Внутренние устройства массообменных аппаратов (колонное оборудование) К внутренним устройствам колонного оборудования можно отнести: брузго- каплеуловители, фильтры, распределители жидкости, опорные и прижимные решетки, распределители газожидкостного потока, а так же контактные устройства (насадки и тарелки).Насадка в химической технологии - тела различной формы и размера, служащие для заполнения рабочего пространства аппаратов - абсорберов, ректификационных колонн и др. с целью увеличения поверхности контакта между жидкостью и газом (паром) и усиления в результате этого взаимодействия между ними, а также выравнивания потоков, отделения брызг, изменения характера перемешивания. В абсорбционных и ректификационных аппаратах жидкость тонкой плёнкой покрывает насадку и стекает по ней; поверхность контакта с газообразной фазой при этом определяется величиной поверхности насадки. Различают следующие виды насадок - Блочная регулярная насадка; Насадка регулярная сегментная; Насадка нерегулярнаяВ реакторах с тарелками рис. 3.61. необходимый объем жидкости обеспечивается поддержанием соответствующего уровня на тарелках. В промышленности применяют следующие виды тарелок; Низкопрофильная тарелка; Колпачковая тарелка; Тарелки с фиксированными клапанами; Ситчатая и провальная тарелки; Центробежная тарелкаРеактор с тарелками, применяемый для окисления изопропилбензола приведен на рис. 3.61. В данном реакторе необходимый объем жидкости может быть обеспечен соответствующим регулированием уровня на тарелках реактора. При этом достигается хороший контакт между газом и жидкостью.Колонна состоит из корпуса, тарелок с переливными трубами и теплообменным элементом. Рис. 3.61. Колонна окисления изопропилбензола: 1 – корпус; 2 – тарелка; 3 – переливная трубка; 4 – встроенный теплообменник; 5 – штуцер для входа питания; 6 – штуцер для выхода реакционной массы; 7 – штуцер для входа воздуха; 8 – штуцер для выхода газа; 9 – штуцер для продувки; 10 – штуцер для термопары; 11 – штуцер для мерного стекла; 12 – лазУстройство колпачка обеспечивает стабильность работы колонны при снижении нагрузки по газу. При малых скоростях газа возможен провал жидкости через отверстия ситчатого диска, но через колпачок провала не будет.Таким образом, тарельчатые реакторы могут применяться для проведения разнообразных реакций, протекающих как в кинетической, так и в диффузионной областях.Если в абсорберах осуществляется проточная схема, то есть жидкость вводится в аппарат сверху, отводится снизу и далее направляется на переработку, то в реакторах работающих с жидким катализатором, последний циркулирует в системе (рис.3.64.).

Рис. 3.64. Схема реакционной установки с циркуляцией катализатора: 1 – реактор; 2 – сборник катализатора; 3 – насос Реакторы барботажного типа Наиболее простыми по устройству и весьма распространенными являются реакторы барботажного типа, представляющие собой полые колонны, заполненные жидким катализатором (рис.3.65.). Реактор алкилирования бензола этиленом представляет собой полую колонну, в нижнюю часть которой подаются: через штуцера А и (или) Б – бензольная шихта; штуцер В – бензольный конденсат; штуцер Г – полиалкилбензолы; штуцера Е и (или) Д – каталитический комплекс (на основе хлорида алюминия, этилхлорида, бензола и алкилбензолов). Этилен подается в реакционную колонну через штуцер К в барботажное устройство 5, для равномерного распределения по реакционному сечению алкилатора. Пары этилена барботируют (свободно всплывают) через слой жидкости при этом протекают реакции алкилирования и трансалкилирования. Процесс алкилирования является экзотермическим, и съем тепла осуществляется за счет подачи рециркулирующего каталитического комплекса (штуцер Н) и испарения бензола, пары которого отводятся через штуцер П. Реакционная

(рис.3.64.). смесь отводится через штуцер Л. Рис. 3.65. Реактор барботажного типа для алкилирования бензолаэтиленом:1днище; 2 – коллектор; 3 – люк; 4 – опора; 5 – распределитель; 6 – обечайка; 7 – косынка; 8 – кольцо накладноеБарботирующий газ выводится через патрубок на верхней секции аппарата, а ввод его может происходить как в нижней части, так и в нескольких точках по высоте аппарата. Применяется также подача газа под газораспределительную ситчатую тарелку или подвод газа через эжектор.

Большая высота слоя жидкости на тарелках позволяет встраивать над каждой тарелкой теплообменные элементы, работающие при полном погружении в жидкость, или применять тарелки-холодильники. Поддержание заданной температуры в реакторе тепла может осуществляться через охлаждающие рубашки. А в случае больших тепловыделений – через выносные теплообменники (рис.3.68.).

Реакторы пенного типа подобны барботажным аппаратам, однако пузырьки газа в них не свободно всплывают в слое жидкости, а поступают в нее с большой скоростью.Устройство пенного абсорбера приведена на рис. 3.73. Газ поступает в аппарат снизу и проходит последовательно все решетки, по которым перекрестным током перемещается жидкость, подаваемая на верхнюю решетку и перетекающая сверху вниз. Слой пены регулируется высотой порога 4. В результате происходит очень энергичное перемешивание реакционной массы и образование подвижной пены. Подвижная пена характеризуется малыми значениями диффузионных

(рис.3.65.).. 3.75. сопротивлений и поэтому эффективна для процессов, протекающих в диффузионной области. 4 Реакторы пленочного типа Высокая степень контакта между газом и жидкостью достигается в пленочных реакторах, в которых жидкость стекает тонкой пленкой по внутренним поверхностям труб. Такие аппараты удобны для процессов, протекающих в диффузионной области. Пленочный аппарат для синтеза алкоксисиланов из хлорсиланов и спиртов

Рис. 3.73. Схема трехполочного пенного аппарата: 1 – корпус; 2 – решетка; 3 – переливное устройство; 4 – порог

Рис. 3.75. Многотрубный пленочный аппарат для получения алкоксисиланов: 1 – реакционная камера; 2 – трубчатка (рабочие трубы); 3 – газовыводящие трубы; 4 – переливная камера; 5 – ниппельВ реакционной камере происходит основное превращение, далее продукт, пройдя через калиброванные ниппели 5, попадает в переливные камеры 4 и равномерной пленкой стекает по внутренним поверхностям труб. Навстречу пленке жидкости движется поток инертного газа, служащий для десорбции хлористого водорода.

Реакторы типа эрлифт Высокая степень контакта между газом и жидкостью достигается в барботажных аппаратах, использующий принцип эрлифта - подъема жидкости с помощью воздуха или газа. Аппарат состоит из двух частей – барботажной и циркуляционной (рис.3.76.).