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.