ТЕХНОЛОГИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ

РЕАКТОРЫ ДЛЯ ЖИДКОФАЗНЫХ ПРОЦЕССОВ Реакторы с перемешивающими устройствами

Аппараты с перемешивающими устройствами для переработки жидкостей или суспензий могут работать как в условиях периоди­ческой загрузки и выгрузки материала, так и непрерывно. Для непрерывной работы устанавливают обычно батареи или каскады реакторов с последовательным перетоком реагентов. Большинство аппаратов, предназначенных для проведения указанных выше операций, представляют собой вертикальные цилиндрические сосуды, снабженные мешалками и устройствами для теплообмена, загрузки, выгрузки, измерений режимных параметров.

В производстве катализаторов большое применение нашли аппараты периодического действия. Это связано главным образом с относительно невысокой тоннажностью подавляющего большин­ства предприятий, а также обусловлено и некоторыми преимуще­ствами такого рода аппаратов перед реакторами непрерывного действия. В условиях производства катализаторов наиболее важными являются следующие достоинства реакторов периоди­ческого действия:

Простота загрузки реагентов и выгрузки полупродуктов, а также точность дозировки, позволяющая добиться высокой стабильности химического состава катализатора;

Возможность точного и плавного изменения параметров прове­дения процесса и последовательной переработки одной партии реагентов на всех стадиях производства с пооперационным кон­тролем, что облегчает выявление причин отклонения качества катализатора от нормы и уменьшает вероятность бракировки боль­ших партий катализатора;

Более высокая технологическая надежность при переходе от лабораторных исследований к организации промышленного вы­пуска, что способствует ускорению завершения научно-исследова­тельских разработок и быстрому освоению новых технологий.

Как правило, рассматриваемые реакторы являются типовыми аппаратами, изготовляемыми из сравнительно небольшого числа нормализованных по размерам однородных деталей, смена боль­шинства которых возможна без демонтажа самого реактора. По­добные аппараты применяют в различных производствах. Описа­ние их, вопросы расчета, конструирования подробно изложены в литературе [51, 164—166].

Устройства для теплообмена разделяют на внутренние и на­ружные. Наружные теплообменные элемеяты выполняются, как правило, в виде рубашек или змеевиковых каналов, примыкающих к наружной стенке корпуса аппарата. Реже в производстве катализаторов используют внутренние погружные змеевики. Применять такие змеевики в сосудах с вязкими жидкостями или при наличии осадка не ре­комендуется. В корпусах некоторых чугунных аппаратов при их отливке предусматривают змееви-ковые каналы для осуществле­ния теплообмена. Разработаны конструкции аппаратов с различ­ными вращающимися теллообменными поверхностями, выполня­ющими одновременно роль перемешивающих устройств. Такие аппараты позволяют увеличить теплосъем за счет добавочной поверхности теплообмена в объеме аппарата и повышенной эффек­тивности теплообмена от реакционной среды к вращающейся поверхности. Установка теплообменного перемешивающего уст­ройства позволяет увеличить удельную площадь поверхности теплообмена в 1,8 раза, а его интенсивность — в 1,6—2,0 раза [167, 168]. В качестве хладоагента чаще всего используют воду. Из теплоносителей наибольшее распространение как самый до­ступный и дешевый имеет водяной пар.

Устройства для механического перемешивания. Перемешива­ющие устройства служат для гомогенизации смесей в различных системах, а также для интенсификации процессов тепло - и массо - обмена. При перемешивании достигается однородность концен­трации и температуры в объеме реактора. Различают механическое, гидравлическое и пневматическое перемешивание. Наиболее рас­пространено механическое перемешивание. Чаще всего аппараты комплектуют с лопастными, пропеллерными, якорными, рамными и турбинными мешалками. Лопастные и пропеллерные мешалки применяют для перемешивания жидкостей с вязкостью до 4 Па-с. Рамные, якорные и турбинные мешалки обеспечивают перемеши­вание жидкостей с вязкостью до 40 Па-с. Преимуществом пропел­лерных и турбинных мешалок является быстроходность, высокая эффективность, малый пусковой момент, что значительно упрощает их эксплуатацию. Конструкции и характеристики мешалок рас­смотрены в работе 151]. Интенсивность и эффективность работы

Мешалок рассмотрены в работе [51]. Интенсивность и эффектив­ность работы мешалок являются критериями при оценке их при­менения в конкретных технологических процессах, проводимых в рассматриваемых реакторах.

Интенсивность действия определяют временем ра­боты аппарата, необходимым для достижения технологического результата. Эффективность оценивают энергозатратами на перемешивание. При одинаковых конструкциях мешалок интен­сивность зависит от частоты вращения перемешивающего устрой­ства и соотношений геометрических размеров. Интенсифицировать процесс можно, либо увеличивая частоту вращения, либо умень­шая отношение диаметра корпуса аппарата Da к диаметру вра­щения лопастей машалки dм. В табл. 4.1 представлены ориенти­ровочные данные относительной эффективности и интенсивности различных конструкций мешалок. Эти результаты получены при перемешивании маловязких жидкостей. За основу сравнения взята пропеллерная мешалка, интенсивность и эффективность которой приняты за единицу.

Виброперемешивание гетерогенных жидкофазных сред с по­мощью механических колебаний звуковой частоты применяют для интенсификации процессов, скорость протекания которых лими­тируется скоростью тепло - и массопереноса, а вязкость реакцион­ной среды не превышает 0,1 Па-с. Рациональный диапазон ча­стот — 10—100 Гц [169, 170]. В качестве перемешивающего уст­ройства применяют горизонтально расположенный диск, перфо­рированный коническими отверстиями. При работе вибровоз­будителя шток с перемешивающим органом получает вертикально направленное колебательное движение. Реакционная среда полу­
чает как колебательное, так и направленное циркуляционное движение за счет насосного эффекта, создаваемого конус­ными отверстиями диска.