Читайте также:
|
Классификация химических реакторов
Несмотря на обилие конструкций реакторов, можно выделить общие признаки классификации реакторов.
В настоящее время реакторы принято [1-3] классифицировать по следующим признакам:
1. По способу организации процесса в реакторе:
а) периодического действия;
б) непрерывного действия;
в) полупериодического действия.
2. По гидродинамической обстановке в реакторе:
а) реактор идеального смешения;
б) реактор идеального вытеснения;
в) реактор промежуточного или смешанного типа работы.
3. По условиям теплообмена:
а) изотермический реактор, в котором в каждой точке реакционного пространства стараются поддерживать постоянную температуру;
б) адиабатический реактор, в котором вся теплота, выделяющаяся или поглощающаяся в результате химических процессов, расходуется на «внутренний» теплообмен – на нагрев или охлаждение реакционной смеси;
в) неизотермический реактор с изменением температуры по длине или объему реактора иногда по определенному, управляемому закону;
г) автотермические реакторы, в которых необходимая температура процесса поддерживается без использования внешних источников энергии.
4. По фазовому составу:
а) для проведения гомогенных процессов в системах:
газ-газ,
жидкость-жидкость,
твердое -твердое;
б) для проведения гетерогенных процессов в системах:
газ-жидкость,
газ-твердое,
жидкость-твердое,
в трехфазных системах: газ+жидкость+твердое.
5. По давлению в реакторе:
а) реакторы под вакуумом;
б) низкого давления – до 1 МПа;
в) среднего давления – до 10 МПа;
г) высокого давления – до 32 МПа;
д) сверхвысокого давления – более 32 МПа.
6. По использованию катализатора в процессе реакции, наличие которого часто оказывает огромное влияние на конструктивное оформление реактора:
а) каталитические реакторы;
б) некаталитические реакторы.
Контактные аппараты для окисления сернистого газа
В производстве серной кислоты контактным способом применяют полочные 4-х и 5-ти слойные реакторы производительностью от 60 до 1515 т кислоты в сутки (0,69 – 17,5 кг/с). Необходимость разделения катализатора на 4 или 5 слоев связана с необходимостью решения тепловой задачи, так как реакция окисления сернистого газа протекает с большим экзотермическим эффектом
2SO2 + O2 = 2SO3 + q,
где q = 70,8 кдж/кмоль.
На каждом слое катализатора двуокись серы окисляется в адиабатическом режиме. Между слоями газ охлаждают в выносных теплообменниках или за счет подачи холодного газа и воздуха.
В типовом аппарате (Рис. 1.17), который предназначен для окисления сернистого газа, полученного обжигом колчедана, в цилиндрическом корпусе 11 размещено пять полок 9. Сернистый газ с температурой 390 – 440 0С (в зависимости от вида катализатора) вводят через штуцер 1. Конус 2 способствует равномерному распределению газа по сечению аппарата. Равномерность распределения газа обеспечивается также слоем дробленого кварца 3, лежащего на сетке 4 и решетке 5. Сетки укладывают на каждой полке, поверх них настилают слой кварца, выше слоя катализатора 7 также располагают слой кварца, чтобы устранить выдувание катализатора газовым потоком. После первого слоя газ охлаждается до 450 – 460 0С за счет подачи холодного газа или воздуха по штуцеру 16.
Полка 9 состоит из восьми секторов, каждый из которых изготовлен из швеллеров и листовой стали. Сектора опираются на выступы, имеющиеся на центральной колонне 10 и на кольцо из уголка 8, приваренное к обечайке 11. С целью уменьшения потерь тепла контактный аппарат изнутри футерован слоем теплоизоляции и огнеупорным кирпичом 6, связанным кислотоупорным цементом. Снаружи аппарат изолирован стекловатой и покрыт кожухом из алюминия.
После второго слоя катализатора газ обычно выводят для охлаждения в выносной теплообменник. После третьего и четвертого слоев газ охлаждают во встроенных горизонтальных теплообменниках 12, так как количество выделяющейся теплоты по мере увеличения степени превращения SO2 в SO3 начинает падать. Охлаждающий агент – холодный сернистый газ движется по трубках кожухотрубчатого теплообменника, а охлаждаемый газ - по межтрубному пространству. Горизонтальное расположение теплообменников облегчает их ремонт. Ниже теплообменников в аппарате расположено распределительное устройство 13, включающее завихрители и решетку. Газы выходят из аппарата по штуцеру 14. Для осмотра и ремонта предусмотрены люки 15.
Например, контактный аппарат производительностью 540 т кислоты в сутки имеет диаметр 9 м и общую высоту 20,5 м, в него загружают 165 м3 катализатора. Общая поверхность внутренних теплообменников составляет 3550 м2, а внешнего после пятого слоя – 2960 м2.
Рис.1.17. Контактный аппарат с фильтрующим слоем для окисления сернистого газа: 1 – патрубок входа SO2; 2 – распределитель газа; 3 - сетка; 4 – дробленый кварц; 5 – решетка; 6 – футеровка; 7 – катализатор; 8 – опорный уголок; 9 – опорный швеллер; 10 – опорная колонна; 11 – корпус реактора; 12 – встроенные теплообменники; 13 – окна для подачи реагентов на 5-ю ступень; 14 – штуцер вывода SO3.
Контактные аппараты мощностью1030 т кислоты в сутки рассчитаны на переработку 136000 м3/ч газа, содержащего 7,5 % SO2. Внутренний диаметр их равен 12 м, высота аппарата 28,1 м, общее количество катализатора – 324 м3. Поверхность выносного теплообменника после второго слоя составляет 4400 м2, а после 5-го слоя - 8800 м2. Газы после 3-го и 4-го слоев охлаждают в выносных экономайзерах.
Основные детали контактных аппаратов для окисления SO2 изготовляют из углеродистых сталей, поверхность которых алитируют для уменьшения коррозии, которая резко активируется во время остановок оборудования и конденсации влаги.
Центральную колонну, как правило, отливают из чугуна или изготовляют из стали 1Х18Н10Т. Колонна из стали Х18Н10Т весит значительно меньше, чем чугунная колонна и имеет меньший диаметр. Полки первого и второго слоев, где температура достигает 550 – 600 0С, изготавливают из легированных высокохромистых сталей.
Другим примером контактного реактора, работающего под атмосферным или небольшим давлением, являются реакторы в производстве слабой азотной кислоты.
Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 137 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |