МАШИНОСТРОЕНИЕ

РЕАКТОРЫ ДЛЯ СИСТЕМ ЖИДКОСТЬ — ТВЕРДОЕ ТЕЛО

Реакции в гетерогенной системе жид­кость - твердое тело могут протекать при раз­личных условиях подачи реагентов:

жидкий реагент непрерывно проходит сквозь один или несколько слоев неподвижно­го твердого реагента - реакции умягчения воды ионообменом и регенерации ионообменной смолы и др. Для проведения процесса ионооб - мена необходимо иметь развитую поверхность жидкости в потоке, скорость которого должна выбираться таким образом, чтобы при выходе из реактора вода была полностью умягчена;

твердый реагент вводится в реактор непрерывно или периодически вместе с жид­ким реагентом (реакция происходит при не­прерывном перемешивании суспензии) - реак­ции гидрометаллургических процессов раство­рения нежелезистых металлов в кислотах, по­лучения суперфосфатных удобрений и др. Час­то твердый реагент содержит, по крайней мере, один растворимый компонент, растворение которого сопровождается химической реакци­ей. При этом между фазами возникает зона, насыщенная растворенным твердым реагентом. Реакция происходит вне этой зоны в жидкой фазе.

Расчетные уравнения для химических превращений жидкость - твердое тело. Для

Того чтобы скорость реакции была наиболь­шей, необходимо иметь по возможности более тонкий насыщенный слой на межфазной по­верхности. Достичь этого можно энергичным перемешиванием, приводящим к увеличению коэффициента массопередачи и к интенсифи­кации процесса в целом. Вывод уравнения об­щей скорости реакции, проводимой в гетеро­генной системе жидкость - твердое тело, ана­логичен выводу уравнения скорости реакции, протекающей в системе газ - твердое тело (не­каталитические реакции).

На рис. 6.6.1 дан профиль концентрации с Жидкого реагента х вблизи твердой сфериче­ской поверхности для реакции типа когда твердый продукт растворен в реакцион­ной среде, например,

2НС1 + MgO MgCl2 + Н20.

Предположив, что это реакция первого порядка, можно записать

RR =Skc(C0-се),

Где Гд - скорость химической реакции; кс - Константа скорости химической реакции; CQ - концентрация жидкого реагента у поверхности раздела; се - концентрация этого же реагента

В состоянии равновесия; S - площадь поверх­ности контакта реагентов в системе жидкость - твердое тело (межфазной поверхности).

Скорость переноса массы реагента через неподвижный слой твердых круглых частиц (зерен)

RD=SD*{CL-C0)5~[5].

Где D* - коэффициент диффузии жидкого реагента; с І - концентрация жидкого реагента в конвективной зоне на поверхности зерен; б - толщина пограничного неподвижного слоя (см. рис. 6.6.1).

При установившемся режиме обе скоро­сти должны быть равны, т. е. гR = Гр. Следо­вательно,

Необходимо учитывать, что площадь по­верхности твердых зерен изменяется в течение реакции вследствие уменьшения радиусов. Поэтому ее нужно выражать в функции изме­няющегося радиуса частицы. Общая скорость реакции, полученная таким образом, может быть использована для подстановки в одно из характеристических уравнений.

Можно получить уравнение общей ско­рости реакции и без учета объема твердой фа­зы, распределенной в жидкости. Обозначим через Cg концентрацию насыщения при рас­творении дисперсной твердой фазы в сплош­ной жидкой фазе и через с^ концентрацию,

При которой достигается переход всего количе­ства твердого вещества в раствор. Тогда

При Ci < Cg концентрация Cg не может быть достигнута;

При Ci > Cg при насыщении в дисперс­ной фазе еще остается нерастворенное вещест­во;

При cL = Cg в дисперсной фазе нахо­дится необходимое для достижения насыщения количество твердого вещества.

Пусть с - концентрация реагента в сплошной (жидкой) фазе в данный момент реакции. Скорость, с которой происходит ре­акция, пропорциональна произведению разно­сти Cg - с (величина отклонения от равнове­сия, выраженная через разность между концен­трацией насыщения, которую можно устано­вить для вещества, переходящего в сплошную фазу, и действительной его концентрацией в этой фазе) на площадь поверхности переноса между фазами. В свою очередь, площадь по­верхности переноса между фазами пропорцио­нальна количеству дисперсной фазы, еще не перемещенной в сплошную фазу в результате химической реакции, с І - с, т. е. разности меж­ду концентрацией, которая устанавливается в сплошной фазе, когда все количество вещества, находящееся в дисперсной фазе, перемещается в нее, и действительной концентрацией в сплошной фазе.

Кмоль/(м2 с), кмоль/(м3с); Z - мольная доля растворимого соединения во всем растворяе­мом материале; S - площадь поверхности твер­дого тела, м2; р - плотность раствора, кг/м3; М - средняя молекулярная масса раствора; (р/М)т - среднее арифметическое значений р на поверхности раздела фаз и в объеме раствора; Х\, Х2 - мольные доли растворимого твердого вещества на поверхности раздела фаз насыщения и в состоянии кристаллизации. Площадь поверхности твердых частиц опреде­ляется их средними линейными размерами. При обработке экспериментальных данных с использованием уравнения (6.6.2) получена зависимость общего вида:

-0,5

Kgd

X = с/с,

D*
Где D - диаметр мешалки, м; D* - коэффици­ент молекулярной диффузии растворимого компонента; ц - динамическая вязкость рас­твора; п - частота вращения мешалки, мин-1; a, b - коэффициенты для пропеллерной ме­шалки а = 0,13, b = 0,58; для турбинной ме­шалки а = 0,0032, b = 0,87.

Уравнение (6.6.3) действительно как для периодического, так и для непрерывного про­цесса.

Аппараты непрерывного действия для производства суперфосфата. Для производст­ва суперфосфата используются от трех до пяти вертикальных цилиндрических аппаратов, по-

РЕАКТОРЫ ДЛЯ СИСТЕМ ЖИДКОСТЬ - ТВЕРДОЕ ТЕЛО

Рис. 6.6.2. Аппарат непрерывного действия для производства суперфосфата

Следовательно соединенных между собой и изготовленных из стали, облицованной внутри кислотоупорным кирпичом. Каждый аппарат снабжен мешалками 1 с четырьмя плоскими лопастями (рис. 6.6.2). Окружная скорость первой мешалки 6... 6,5 м/с, последней 5,5 м/сек. Мешалки обернуты асбестом и по­крыты сверху кислотоупорной замазкой. Время перемешивания составляет 6 мин.

Аппарат имеет устройство для точной до­зировки серной кислоты и смеси фосфатов. Расход серной кислоты регулируется с помо­щью ковшевого дозатора, а подача фосфата осуществляется ленточным конвейером с авто­регулятором. Реакция между природным фос­фатом и серной кислотой протекает в опти­мальных условиях и точно выдерживается оп­ределенное время пребывания материала в реакторе.

В реакторе башенного типа непрерывно­го производства суперфосфата процесс не­прерывного производства суперфосфата сопро­вождается быстро протекающей реакцией ме­жду фосфоритной мукой и 62 %-ной серной кислотой. Реактор 2 выполнен из кислотоупор­ной стали (рис. 6.6.3). Производительность такого реактора 45 т суперфосфата в 1 ч. Удельный расход электроэнергии на 36 % меньше, чем при периодических процессах.

Фосфоритная мука

РЕАКТОРЫ ДЛЯ СИСТЕМ ЖИДКОСТЬ - ТВЕРДОЕ ТЕЛО

Дутье

Є2%-ная H2S04

Рис. 6.6.3. Схема башенного способа непрерывного производства суперфосфата:

I - питатель; 2 - реактор; 3 - аппарат для охлаждения; 4 - мельница; 5 - элеватор; б ленточный конвейер; 7- приспособление для сортировки

Реакторы для ионного обмена. Ионный обмен является обратимой химической реакци­ей, которая происходит между замещенными ионами различных нерастворимых твердых веществ и ионами раствора. Ионообмен в про­мышленных условиях осуществляется тремя способами:

в неподвижном слое (полупериодиче - ски или с непрерывной циркуляцией жидко­сти);

в суспензии (полупериодически);

в противотоке (непрерывно).

Приблизительно 90 % процессов ионооб-

Мена проводят в неподвижном слое.

Реактор с ионообменом в неподвижном слое имеет форму вертикального цилиндра с перфорированной тарелкой, которая поддер­живает слой ионообменной смолы, занимаю­щий 50...75 % всего объема реактора (рис. 6.6.4).

Процесс, протекающий в этом реакторе, состоит из следующих этапов:

обрабатываемый раствор проходит че­рез неподвижный слой обычно сверху вниз (реакция); реакция заканчивается, когда кон­центрация ионов, которые должны быть удале­ны, достигает предельного значения, называе­мого точкой проскока;

слой промывается водой, которая течет снизу вверх и одновременно увеличивает его высоту от 50 до 100 % (очистка); цель промы­вания заключается в очистке ионообменной смолы от посторонних фильтрующих примесей и в разрыхлении слоя;

слой обрабатывается раствором, кото­рый содержит ионы, участвующие в обмене (регенерация);

вторичное промывание водой для уда­ления избытка регенерирующего раствора (от­мывка).

РЕАКТОРЫ ДЛЯ СИСТЕМ ЖИДКОСТЬ - ТВЕРДОЕ ТЕЛО

Рис. 6.6.4. Схема комбинированного реактора:

А - раствор NaOH - вода; В - истощенный раствор NaOH и H2S04 - вода; С - раствор H2S04 - вода

Аппараты с механическими переме­шивающими устройствами. Наиболее рас­пространенный класс оборудования - стан­дартные аппараты с мешалками, по разным оценкам они составляют 80...90% общего числа применяемого оборудования. Они отли­чаются простотой и универсальностью.

При обработке систем жидкость - твер­дое тело необходимо обеспечить упорядочен­ное движение обрабатываемой среды. При этом интенсификация протекающих в аппарате с мешалкой процессов достигается за счет уве­личения скорости диссипации энергии в еди­нице объема перемешиваемой среды. Наиболее благоприятные условия для увеличения интен­сивности перемешивания достигаются при возникновении устойчивого циркуляционного движения. Циркуляция может быть принуди­тельной при наличии замкнутого контура, ес­тественной при возникновении одиночного или парного вихрей или ряда самостоятельных, как правило, парных, обменивающихся между со­бой вихрей.

Для аппаратов циркуляционного типа ха­рактерно движение обрабатываемой среды по замкнутому контуру. В них используются од­нотипные мешалки - встроенные осевые насо­сы. Их совершенствование связано с более тщательным учетом особенностей проведения конкретных технологических процессов. Оп­тимальные условия достигаются путем изме­нения формы корпуса и использования встро­енных устройств специальных конструкций.

При проведении кристаллизации за счет химического превращения необходимо:

Обеспечить быстрое смешение исходных компонентов с циркулирующей в аппарате суспензией;

Свести к минимуму измельчение кристал­лов;

Создать взвешенный слой кристаллов в определенной части аппарата, в которой воз­можна их частичная классификация по разме­рам.

В аппаратах с циркуляционной трубой, показанных на рис. 6.6.5, а, б, используется специальная мешалка 4 винтового типа, снаб­женная отражательным кольцом б, создается устойчивая циркуляция при минимальном ме­ханическом воздействии на кристаллы. В аппа­рате с перфорированным диффузором (рис. 6.6.5, в) с рабочей поверхности непрерывно удаляется осадок за счет динамического воз­действия на него со стороны циркулирующего потока обрабатываемой среды.

РЕАКТОРЫ ДЛЯ СИСТЕМ ЖИДКОСТЬ - ТВЕРДОЕ ТЕЛО

Рис. 6.6.5. Схемы циркуляционных аппаратов:

А, 6-е циркуляционной трубой; в - с перфорированным диффузором: / - привод; 2 - корпус; 3 - диффузор; 4 - мешалка; 5 - перелив; 6 - отражательное кольцо; 7 - перфорированный диффузор

Б)

В)

А)

Недостатком аппаратов циркуляционного типа, несмотря на их высокую эффективность, является значительное увеличение их высоты при необходимости увеличения объема (при постоянном диаметре). Увеличение диаметра приводит к нарушению устойчивости движе­ния восходящего потока суспензии и образова­нию обратных токов. Аппарат с перфориро­ванным диффузором обеспечивает устойчивое вихревое движение фаз (рис. 6.6.5, в). Движу­щаяся с большой скоростью вдоль теплооб - менного устройства жидкость вызывает вихре­вое движение суспензии в объеме аппарата. Данный аппарат примененяется при кристал­лизации веществ с высокой растворимостью и способностью образовывать устойчивые пере­сыщенные растворы.

Для аппаратов емкостного типа харак­терно развитое трехмерное вихревое (циркуля­ционное) движение обрабатываемой среды с высокой интенсивностью (рис. 6.6.6). Для под­вода и отвода теплоты от реагирующих сред внутри аппарата размещают змеевики 6 (рис. 6.6.6, а), которые позволяют увеличить по­верхность теплообмена и являются достаточно простыми в изготовлении, это способствовало их широкому распространению.

РЕАКТОРЫ ДЛЯ СИСТЕМ ЖИДКОСТЬ - ТВЕРДОЕ ТЕЛО

А) б)

Рис. 6.6.6. Схемы аппаратов емкостного типа:

У - привод; 2 - корпус; 3 - мешалка;

- вертикальные теплообменные элементы;

- отражательная перегородка; б - змеевик

При обработке систем жидкость - твер­дое тело при прочих равных условиях необхо­димо стремиться к снижению частоты враще­ния мешалки, с тем, чтобы исключить дробле­ние кристаллов. Использование лопастных ме-

РЕАКТОРЫ ДЛЯ СИСТЕМ ЖИДКОСТЬ - ТВЕРДОЕ ТЕЛО

Рис. 6.6.7. Схема аппарата вихревого типа:

1 - корпус; 2 - кольцевая камера; 3 - днище;

4 - верхний ротор; 5 - нижний ротор

А-А

Гт и?

ГіГ

Шалок с отношением высоты к диаметру 1... 1,2 позволяет снизить частоту ее вращения при неизменной эффективности перемешивания. Установка профилированных отражательных перегородок непосредственно около мешалки позволяет свести к минимуму вращательное движение жидкости, повысить скорости ее радиального и вращательного движения и ис­ключить дробление образовавшихся кристал­лов.

С целью упрощения очистки наружной поверхности теплообменника в качестве пере­городок используют трубки Фильде (рис. 6.6.6, б). В аппаратах такой конструкции осу­ществляют обработку неньютоновских сред с большим содержанием дисперсной фазы.

В вихревых аппаратах для повышения эффективности процесса перемешивания во внутреннем пространстве поток разделяется на ряд вихрей. Малые линейные размеры вихрей и высокая интенсивность циркуляции в них об­рабатываемой среды позволили получить удельную скорость диссипации энергии 600... 1800 Вт/кг.

Аппараты вихревого типа делятся на две группы: с кольцевыми вихревыми потоками, с винтовыми вихревыми потоками. Кольцевой вихрь - это вихревая трубка тока, замкнутая сама на себя. Кольцевое вихревое движение суспензии может быть обеспечено с помощью специальных вихревых аппаратов. Однако бо­лее эффективным оказалось создание вихревых колец между двумя коаксиальными цилиндра­ми, имеющими различную частоту вращения, при небольшом относительном зазоре между ними.

В таких конструкциях, как показано на рис. 6.6.7, перегородка лабиринтного типа яв­ляется теплопередающей поверхностью, разби­вает объем аппарата на две не сообщающихся между собой зоны. В одной зоне находится обрабатываемая среда, в другой - теплоноси­тель. Вихревое движение обрабатываемой сре­ды, так называемые вихри Тейлора, образуются между вращающимися и неподвижными коак­сиальными цилиндрическими поверхностями. Благодаря лабиринтной форме каналов для обрабатываемой среды и хладагента исключа­ется их проскок. Такие аппараты применяются при проведении процессов растворения и хи­мического превращения.

Радиальные винтовые потоки использу­ются в аппаратах для обработки дисперсных частиц (рис. 6.6.8). В вихревой камере на рото­ре 1 под действием центробежных сил суспен­зия движется от центра к периферии. На стато­ре 2 вследствие более высокого давления на периферии имеет место обратное направление движения. За счет противоположного движе­ния фаз интенсифицируются процессы на по­верхности твердых частиц.

Общим для приведенных конструкций аппаратов является рациональное сочетание размеров корпуса с внутренними перемеши­вающими устройствами. При этом достигается высокая эффективность химического превра­щения в системе жидкость - твердое тело при минимальных частотах вращения мешалки.

МАШИНОСТРОЕНИЕ

Производство и продажа хонинговальных головок

Хонинговальные головки 36-160 мм. Контакты для заказов хонголовок: Украина: +38 050 457 1330 Россия: delo7.ru - представитель в России hon@msd.com.ua Видео обзор хонов от 60 до 80мм: Видео хонголовок с …

ЭКСТРУЗИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Экструзией называется процесс непре­рывного или периодического выдавливания профилированных изделий бесконечной или ограниченной длины из вязкого материала через формующий инструмент определенного поперечного сечения. Одним из наиболее распространенных видов оборудования для переработки …

СУБЛИМАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Сублимацией (возгонкой) называют пе­реход вещества из твердой фазы в газообраз­ную, минуя жидкую фазу. В процессе субли­мации давление пара вблизи твердой поверх­ности ниже равновесного. Десублимация - конденсация вещества из газообразного со­стояния …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.