МАШИНОСТРОЕНИЕ

ЖИДКОСТНЫЕ РЕАКТОРЫ

Производим и продаем электроприводы ЭТУ, ЭПУ для двигателей постоянного тока, тел./email +38 050 4571330 / rashid@msd.com.ua

Привод ЭПУ 25А с дросселем - 5500грн

Критериями, по которым классифициру­ют жидкостные реакторы, являются периодич­ность или непрерывность процесса, его гидро­динамический и тепловой режимы, физические свойства взаимодействующих веществ [22]:

По принципу организации процесса - не­прерывного, периодического и полунепрерыв­ного действия;

По гидродинамическому режиму - полно­го вытеснения, полного смешения и с проме­жуточным гидродинамическим режимом.

В реакторе непрерывного действия все отдельные стадии процесса химического пре­вращения вещества (подача реагирующих ве­ществ, химическая реакция, вывод готового продукта) осуществляются параллельно (рис. 6.1.1, а). Характер изменения концентраций реагирующих веществ в реакционном объеме различен в каждый момент времени в разных точках объема аппарата, но постоянен во вре­мени для одной и той же точки объема.

В реакторе периодического действия все отдельные стадии процесса протекают после­довательно, в разное время (рис. 6.1.1, б). Ха­рактер изменения концентраций реагирующих веществ одинаков во всех точках реакционного объема, но различен во времени для одной и той же точки объема.

Реактор полунепрерывного действия ра­ботает в неустановившихся условиях (рис. 6.1.1, в). Такой реактор можно рассматривать как непрерывнодействующий аппарат, в кото­ром потоки входящего и выходящего из реак­тора вещества не равны (вследствие чего изме­няется общая масса реагирующих веществ в объеме), и, кроме того, как периодически дей­ствующий аппарат, в котором ввод одного из реагирующих веществ или вывод продукта реакции осуществляется периодически.

Сравнение реакторов периодического и непрерывного действия показывает одно различие между ними. В реакторе периодиче­ском концентрация целевого компонента из­меняется от начальной до конечной, тогда как

Исходные еещество

А)

III

III

О

' Теплоноситель Продукты реакции

Б)

Рис. 6.1.1. Схема реакторов:

А - непрерывного действия; б - периодического действия; в - полунепрерывного действия; 1 - теплообменный аппарат; 2 - реактор

При непрерывном режиме работы концентра­ция в реакторе всегда равна минимальной для данного процесса.

При переходе от периодического процес­са к непрерывному снижение скорости реакции приходится компенсировать за счет увеличе­ния среднего времени пребывания среды. В этих условиях вместо одного аппарата ис­пользуют каскад реакторов - систему из двух или более аппаратов. Чаще всего из соображе­ний удобства эксплуатации используют аппа­раты одинакового объема.

Реактор полного вытеснения характери­зуется переменной концентрацией реагирую­щих веществ по длине аппарата, наибольшей разницей концентраций на входе и выходе из реактора (рис. 6.1.2). Изменение концентрации в реакционном объеме носит плавный харак­тер, так как последующие реакционные объе­мы реагирующих веществ не смешиваются с предыдущими, а полностью ими вытесняются (рис. 6.1.3).

Практически к режиму полного вытесне­ния можно приблизиться в реакторе с малым

Диаметром и большой длиной при относитель­но высоких скоростях движения реагирующих веществ.

Следует отметить, что реакторы вытесне­ния имеют самую большую среднюю движу­щую силу процесса (АС = Ср - С). Несмотря на это они не получили широкого распростра­нения вследствие того, что на входе в реактор
происходит скачок концентрации. Справиться с этим явлением довольно трудно. Существует несколько способов преодоления этого недос­татка.. Можно распределить дозировку компо­нентов по длине реактора, обеспечить мгно­венное смешение компонентов на входе в реак­тор таким образом, чтобы начало реакции в уже приготовленной смеси происходило в ре­акторе. Примером последнего способа может служить реакторная установка для получения нитроглицерина (рис. 6.1.4). Исходные компо­ненты через дозаторы подаются под давлением в инжектор 2, где происходит их мгновенное смешение. Затем смесь поступает в змеевик /, в котором протекает реакция с выделением теплоты.

Реактор полного перемешивания обычно снабжен перемешивающим устройством и ха­рактеризуется постоянством концентрации целевого компонента во всем объеме реактора в любой момент времени (рис. 6.1.5). Предпо­лагается практически мгновенное перемешива­ние реагирующих компонентов на входе в ре­актор. Поэтому изменение концентрации целе­вого компонента на входе носит скачкообраз­ный характер. Далее изменение концентрации

Не наблюдается. Средняя движущая сила про­цесса в таком реакторе меньше, чем в аппарате полного вытеснения АС (рис. 6.1.6).

Реакторы этого типа наиболее широко применяются для процессов нитрования, суль­фирования.

Следует учитывать, что введение понятия о мгновенном распределении веществ по всему объем> аппарата является идеализированным. На практике можно говорить только о той или

Иной степени приближения к этим идеальным условиям. Тем не менее эта модель, благодаря своей простоте, используется применительно к реакторам с мешалками наиболее часто.

Реактор с промежуточным гидродина­мическим режимом появился в связи со стрем­лением объединить преимущества реакторов полного вытеснения и перемешивания по средней движущей силе и температурной об­становке. Средняя движущая сила процесса в этих реакторах больше, чем в аппаратах полно­го перемешивания, но меньше, чем в аппаратах полного вытеснения. Характер изменения кон­центрации С целевого компонента аналогичен показанному на рис. 6.1.3.

В аппарате должны существовать две зо­ны: полного перемешивания и полного вытес­нения.

Реакторы с промежуточным гидродина­мическим режимом применяются в тех случа­ях, когда процесс химического превращения вещества сопровождается большим тепловым эффектом или протекает при высоких концен­трациях реагирующих веществ.

В реакторе с центральным диффузором и кожухотрубным теплообменником в диффузо­ре 5, ниже перемешивающего устройства, ус­танавливаются лопатки, профилированные по •винтовой линии, обратного направления по отношению к лопастям перемешивающего устройства (рис. 6.1.7). Они предназначены для спрямления потока в целях уменьшения гидрав­лического сопротивления внутренних потоков.

В диффузоре происходит мгновенное пе­ремешивание поступающих компонентов. Затем смесь под напором поступает в трубки
теплообменника 4, в котором протекает реак­ция и осуществляется съем реакционной теп­лоты. При постоянном уровне в реакторе одна часть жидкой фазы отводится через переточ­ный патрубок, а другая - возвращается во внутренний циркуляционный контур. Необхо­димо отметить сложность изготовления реак­тора такой конструкции, что связано с наличием внутри аппарата зоны полного перемешивания.

Особенностью другого конструктивного варианта реактора с промежуточным гидроди­намическим режимом (рис. 6.1.8) является вы­несенная камера полного перемешивания и выполненная в виде кожухотрубного теплооб - менника-реактора 1 зона полного вытеснения. Винтовая мешалка 4 (колесо осевого насоса) формирует прямолинейный поток. Принцип работы реактора аналогичен описанному выше.

В некоторых случаях процесс химическо­го превращения веществ проводится не в од­ном аппарате полного перемешивания, а в не­скольких таких реакторах, соединенных после­довательно (рис. 6.1.9).

Рис. 6.1.10. Схема многосекционного горизонтального реактора

Такая система, состоящая в некоторых случаях из десятка и более аппаратов, получи­ла название каскада реакторов (или батареи реакторов). Близок к каскаду и многосекцион­ный горизонтальный аппарат (рис. 6.1.10). В каскаде реакторов изменение концентрации реагирующих веществ носит ступенчатый ха­рактер, так как продукт реакции предыдущего реактора (или секции) является исходным реа­гирующим веществом в последующем реакто­ре. Гидродинамический режим работы каскада реакторов является промежуточным и зависит от числа аппаратов, с увеличением числа кото­рых он приближается к режиму полного вы­теснения. В каскаде увеличивается время пре­бывания реагирующих компонентов по срав­нению с реактором полного перемешивания, а также возрастает выход целевого компонента.

Противоток в каскаде реакторов, требуемый при разделении двух фаз, осуществляется с использованием гравитационных или центро­бежных сепараторов, которые могут быть как самостоятельными машинами, так и совме­щенными с реакторами. Характер изменения концентраций С в прямоточном каскаде реак­торов приведен на рис. 6.1.11.

В реакторе с коническим подъемником 2 эмульсии разделение на легкую и тяжелую фракции происходит в статическом сепараторе 3 за счет разности плотностей (рис. 6.1.12). Статические сепараторы могут размещаться и рядом с нитраторами. Но при такой компонов­ке оборудования требуются дополнительно насосы для транспортирования легкой и тяже­лой фаз. При этом возрастает требуемая произ­водственная площадь.

С целью сокращения времени сепарации, а следовательно, габаритных размеров обору­дования, применяют центробежные сепарато­

Ры, установленные на одном валу с перемеши­вающими устройствами (рис. 6.1.13).

В отдельную группу можно выделить ре­акторы с герметическим приводом и винтовым перемешивающим устройством. Их применяют для проведения быстродействующих жидко - фазных изотермических процессов с большим тепловым эффектом, для токсичных, взрыво­опасных и других сред, утечка которых не до­пустима. Они могут быть использованы как эффективные смесители и подогреватели без осуществления химических процессов.

Реактор с герметическим приводом (рис. 6.1.14) состоит из корпуса 1 с теплообменным устройством 2, герметического привода 3, вин­тового перемешивающего устройства 4.

Герметический привод к винтовому пе­ремешивающему устройству выполняется на базе серийного асинхронного электродвигате­лю и является взрывозащищенным (рис. 6.1.15). Такой привод называется электромаг­нитным. Вращающийся магнитный поток соз­дается статором асинхронного электродвигате­ля, представляющим собою электромагнит с бегущим магнитным полем. Статор привода охлаждается посредством масляного термоси­фона. Масло охлаждается водяной рубашкой. Для защиты ротора и подшипников привода от проникновения коррозионной среды из реакто­ра в верхнюю часть привода подается инерт­ный газ. Винтовые перемешивающие устрой­ства состоят из винта 7, направляющего аппа­рата 2 и диффузора 3, переходящего в цирку­ляционную трубу (рис. 6.1.16).

Корпуса аппаратов изготовляют цельно­сварными или с отъемной крышкой. Примене­ние отъемных крышек для корпусов большого диаметра считается нецелесообразным, прежде всего, из-за повышенного расхода металла, трудоемкости изготовления фланцев большого диаметра и их уплотнения. Возможность внут­реннего осмотра и чистки аппарата, а также сборки и разборки мешалок и внутренних уст­ройств, обеспечивается в этих случаях путем установки люков достаточно большего раз­мера.

Данные по выбору корпусов аппаратов с мешалками, типов перемешивающих, тепло - обменных устройств, приводов аппаратов приведены в справочной литературе [12, 14, 20,21].

Оригинальной конструкцией реакторов являются аппараты, изготовляемые из спечен­ной керамики «твердого фарфора». Применя­ются они для проведения химических реакций агрессивных жидких сред. Находят примене­ние в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Твердый фарфор является абсолютно водо - и газонепро­ницаемым. Он обладает высокой коррозионной стойкостью против кислот (за исключением плавиковой кислоты), примерно до 40 °С про­тив щелочей небольшой концентрации и про­тив органических жидкостей и смесей. Вслед­ствие высокой прочности на истирание прак­тически не наблюдается изнашивание под аб­разивным действием сред во время работы мешалки. Глазурованные поверхности предот­вращают выпадение веществ и позволяют вес­ти легкую очистку. Все соприкасающиеся со средой части изготовлены из керамики.

Реакторы состоят из конструкционных групп: фарфорового котла, нагревательного или охлаждающего бака, крышки, якоря и при­водного агрегата с двигателем с прифланцо - ванным редуктором. В баке для нагрева или охлаждения находится змеевик, через который протекает нагревающий или охлаждающий агент.