В современной технике громадное количество самых разно­образных закрытых сосудов, работающих периодически при условиях повышенного давления и температуры, принято назы­вать автоклавами, начиная с больших сосудов для проведения различных химических реакций и кончая небольшими автокла­вами для стерилизации парами воды перевязочного материала.

В дальнейшем будут рассмотрены автоклавы, служащие для проведения химических реакций под высокими давлениями и при повышенных температурах, когда один или оба эти фактора уско­ряют реакцию или дают более высокие выходы продукта.

В автоклавах проводят, как правило, реакции, в которых один или все компоненты находятся в жидкой фазе, поэтому в них часто предусматривают перемешивание, которое обеспе­чивает равномерное и более быстрое протекание реакции в же­лаемом направлении. По характеру своей работы автоклавы являются аппаратами периодического действия и применяются, в частности, для таких процессов, как гидрирование, дегидриро­вание, аминирование, карбонизация, полимеризация, гидролиз, окисление, гидратация и ряд других синтезов.

При проектировании установки, оборудованной автоклавами, кроме вопросов, связанных с прочностью и безопасностью, тре­буется знание особенностей химического процесса, так как только таким образом может быть выбран рациональный метод на­грева, перемешивания и других операций, необходимых для пра­вильного технологического режима. Без этого наилучшая с механической точки зрения, конструкция не обеспечивает по­лучения удовлетворительной продукции.

Исходные данные при проектировании установки должны, по возможности, включать сведения о ее производительности, сырье, технологическом процессе, протекающих реакциях и ко­нечном продукте. Особое внимание следует обратить на физиче­ские характеристики реагентов, в частности, на вязкость при различных стадиях процесса, на давление паров, теплоемкость, точку кипения, удельный вес, теплоту реакции и коррозионное воздействие. Необходимы также данные о температуре и давле­нии в продолжение всего цикла. Если установку предпола­гают использовать в дальнейшем для другого процесса или рас­ширить, то эти возможности следует учесть в первоначальном проекте.

Важную роль в проведении автоклавного процесса играет выбор рациональной системы нагрева, а если это необходимо, то и быстрого охлаждения. В автоклавах высокого давления эта роль приобретает особое значение, так как неравномерная тем­пература стенок и их перегрев не только нарушают процесс, но могут привести и к взрыву аппарата, последствия которого тем тяжелее, чем выше было давление и чем больше емкость авто­клава. В зависимости от требующейся скорости и температуры нагрева, величины установки и экономических факторов при­меняют нагрев при помощи огня, топочных газов, горячей воды, водяного пара, электрического тока, минерального масла, дау- терма, легкоплавких металлов, ртути, расплавленных солей и т. д.

Обогрев

Непосредственный огневой нагрев до сих пор имеет широкое применение в установках, работающих при температурах до 500° и выше. Топливом служат: газ, мазут, уголь, кокс и реже дрова — первые два позволяют легко регулировать температуру.

На рис. 35 изображена автоклавная установка с огневым на­гревом. Оба автоклава имеют мешалки и самостоятельные печи, оборудованные форсунками, работающими на мазуте. Соотно­шение между поступающим в топку топливом и воздухом регу­лирует специальный автомат. Внутри автоклава расположен охлаждающий змеевик, предназначенный для регулирования температуры процесса и для быстрого охлаждения автоклава перед разгрузкой.

Первоначальные затраты по оборудованию установок и эксплоатационные расходы сравнительно низки. Нагрев и охла­ждение проводятся быстрее и проще, чем при применении таких теплоносителей, как жидкая дифенильная смесь и горячее масло. Наряду с этим при огневом нагреве имеется опасность возникно­вения местных перегревов содержимого автоклава и термических перенапряжений его стенок. Следует также учесть, что раскален­ная кладка охлаждается медленно, а охлаждение ее холодным воздухом после остановки не дает большого эффекта. Это иногда приводит к пригоранию продукта в автоклаве, остановленном для новой загрузки. Однако правильно сконструированные промышленные установки с хорошим перемешиванием и равно­мерным нагревом работают вполне удовлетворительно.

На рис. 36 показан лабораторный автоклав, подогреваемый газовой горелкой. Автоклав имеет ножевой затвор и применяется для ряда химических процессов, не требующих мешалок.

Рис. 36. Лабораторный автоклав с газовым подогревом.

1 —выпускной вентиль; 2—холодильник для выпускаемого продукта; 3- манометр; 4 —карман для термометра; 5—вентиль для взятия проб; 6 —вентиль для впуска и выпуска газа; 7—защитный кожух; 8—газовая горелка.

     Нагрев дымовыми газами имеет некоторые преимущества перед непосредственным нагревом. Продукты горения при этом способе поступают к автоклаву из отдельно расположенной топки, омывают его и вновь возвращаются дымососом в топку, где снова подогреваются сгорающим в ней топливом.

Часть топочных газов выводится после автоклава в дымовую трубу, а вместо них в топку поступает свежий воздух, поддержи­вающий горение. Этим способом можно одновременно нагревать несколько автоклавов, а также реак­торы трубчатого типа. Подогрев ды­мовыми газами равномерен, темпера­тура его хорошо регулируется и пожароопасность при проведении про­цессов с горючими продуктами значи­тельно меньше, чем при непосред­ственном огневом нагреве.

К недостаткам этой системы сле­дует отнести довольно высокую перво­начальную стоимость.