Реакционные аппараты

Реакционные или контактные аппараты предназначаются для проведения в них процессов химического взаимодействия веществ. Особенности химических процессов, осуществляемых под давле­нием, обусловливают многообразие типов и конструкций аппа­ратов.

Реакционные аппараты различают по признаку периодич­ности или непрерывности их действия, кроме того они могут от­личаться и по фазовому состоянию реагирующих в них веществ.

Реакционный аппарат любой конструкции представляет собой пустотелый цилиндр с внутренней насадкой или без нее, рассчи­танный на рабочее давление процесса, или же трубчатку, со­стоящую из большого количества отдельных труб малого диа­метра, как, например, в крекинг-трубчатках, а также в некото­рых реакторах для парофазного гидрирования угля и полимери­зации этилена.

Герметического соединения крышек с корпусом достигают при помощи затворов различных конструкций. В корпусе и крышках аппарата помещают штуцеры для ввода реагирующих веществ и вывода продуктов реакции, а также пирометрические карманы, электровводы и другие вспомогательные устройства.

Аппараты непрерывного действия

Непрерывно протекающие химические процессы рентабельнее процессов периодических, проводимых в автоклавах. Кроме ряда других преимуществ непрерывных процессов, следует учитывать, что при периодических процессах объем автоклава, приходя­щийся на единицу продукции, больше, чем у аппарата непрерыв­ного действия. Последнее обстоятельство сильнее сказывается при высоких давлениях, так как стоимость аппаратов, возрастаю­щая с давлением, в значительной мере определяется их размерами.

Реакционные аппараты непрерывного действия, в зависимости от протекающих в них процессов, формы аппарата и наличия или отсутствия в них катализаторов называются реакторами, колоннами синтеза, трубчатками (трубчатыми реакторами), кон­тактными аппаратами и т. д.

Внутреннее устройство аппарата определяется как фазовым состоянием реагирующих веществ, так и другими технологиче­скими особенностями процесса.

Большинство газовых реакций, идущих под давлением, — реакции каталитические, поэтому внутреннее устройство контакт­ного аппарата имеет, как правило, резервуар, заполненный ката­лизатором (катализаторную коробку). В случае реакций, иду­щих со значительным выделением тепла, в катализаторную ко­робку обычно вводят теплообменные трубки для отвода тепла реакции и нагрева за этот счет поступающего газа. Для пред­варительного разогрева, для компенсации теплопотерь, а также при эндотермичности процесса, реакторы часто имеют внутрен­ний или наружный электронагрев. Наружный нагрев бывает также газовый, паровой, жидкостный и т. д. Иногда в реак­ционные аппараты кроме теплообменной поверхности в катализаторной коробке помещают дополнительные теплообменники, в которых свежий газ, поступающий в аппарат, нагревается газом, выходящим из катализаторной коробки.

Применение выносных теплообменников уменьшает размеры реакционного аппарата и упрощает его устройство. Наряду с этим выносные теплообменники имеют и ряд недостатков: на­личие горячих трубопроводов, работающих при высоком давле­нии, повышенные теплопотери и т. д. Учет этих факторов и определяет выбор рационального теплообменника для каждого конкретного случая.

Основные требования, предъявляемые к контактному аппа­рату, следующие:

- высокая производительность катализатора (съем с еди­ницы объема), обеспечиваемая соблюдением заданного тем­пературного режима и оптимальной объемной скоростью газа;

- высокий процент использования емкости аппарата (от­ношение объема катализатора к внутреннему объему аппарата должно быть, по возможности, большим);

- длительный срок службы катализатора, который обеспе­чивается не только очисткой газа от ядов и отсутствием пере­гревов, но и условиями размещения самого катализатора в за­висимости от величины зерен и их механической прочности;

- простота конструкции аппарата и его прочность;

- надежность и длительность работы внутренних частей, ко­торая определяется максимальной свободой перемещения от­дельных деталей и насадки в целом при температурных удлине­ниях, механической прочностью деталей, а также коррозионной и тепловой стойкостью материалов, из которых они выпол­нены;

- быстрота разборки и сборки аппарата для смены катали­затора или устранения каких-либо неполадок.