Основные типы технологических схем

Большое количество химических реакций в промышленных ус­ловиях не удается провести в одном реакторе из-за низкой ско­рости взаимодействия исходных веществ. В этом случае для хими­ческого процесса проектируется технологическая схема, которая

230

включает не один реактор, а несколько реакционных аппаратов. В зависимости от условий проведения процесса и потребности про­изводства технологическая схема состоит из нескольких одинако­вых реакторов, соединенных последовательно или параллельно, либо из аппаратов, отличающихся по режиму потока реакционной смеси. Схема может также включать рециркуляционные контуры для возврата непрореагировавших веществ в начало процесса. В ряде случаев усложнение технологической схемы вызывается необходимостью создания заданного температурного режима про­цесса.

И'.хтные

вещества

Продукты реакции

Рис. 192. Каскад реакторов смешения

Сложные технологические схемы крупнотоннажных произ­водств должны удовлетворять требованию непрерывности произ­водственного процесса. Поэтому в такие схемы редко включают аппараты периодического действия. Введение в схему производст­венного процесса аппаратов периодического действия всегда ус­ложняет процесс и увеличивает его продолжительность.

Рассмотрим несколько основных технологических схем непре­рывных процессов, получивших наиболее широкое распростране­ние в химической промышленности.

Каскад реакторов смешения — это непрерывно действующая технологическая схема, состоящая из последовательно соединен­ных однотипных реакторов смешения (рис. 192). Количество ре­акторов (от 2 до 12) зависит от скорости химического процесса. Исходные вещества подаются в первый аппарат и, проходя после­довательно через все реакторы, выходят из последнего аппарата. Время пребывания компонентов в одном реакторе рассчитывают по формуле (21.1). Суммарное время пребывания в цепочке реак­торов определяют сложением значений т. Другими словами, время пребывания компонентов в цепочке реакторов равно отношению общего реакционного объема схемы к объемной производительно­сти схемы:

x ={ V ₁ + V ₃ +... + V „)/ Q .                          (21.1а)

Технологические схемы такого типа применяются в основном для проведения жидкофазных гомогенных и гетерогенных реакций. Переток компонентов из предыдущего реактора в последующий осу­ществляется за счет понижения уровня каждого последующего ре­актора.

Каскад реакторов смешения с подпиткой одного из компонен­тов (рис. 193). По режиму работы схема аналогична рассмотрен­ной цепочке реакторов смешения. Отличие состоит в том, что один из взаимодействующих компонентов дозируют дополнительно в каждый реактор. Этим достигают увеличения концентрации дози­руемого вещества в последних аппаратах каскада и, следователь-

231

но, увеличения скорости реакции в этих аппаратах. В результате уменьшается необходимое время пребывания взаимодействующих веществ в каскаде реакторов и повышается производительность схемы. Следует учитывать, что из-за дополнительной дозировки общий расход реакционной смеси увеличивается от аппарата к ап­парату, вследствие чего уменьшается время пребывания компонен­тов в реакторах.

дополнительная дозирсвг.а исходного ымпоненп.и.

Исходные:

НещестЬи

D

л —•+

Продукп -,1 peanuu ; t

Рис. 193. Каскад реакторов смешения с дополни­тельной дозировкой (подпиткой) одного компонента

1сходные Вещества

ЦслеВой.' iwodyxnt

Сепара­ тор —пг

Рециркуляция

Рис. 194. Каскад реакторов с рециркуляцией

Исходное ^Вещество

Шовное

Веществе

Щ-угШТ~'

. Продукт реакции

Продукт реакции Рис. 195. Противоточная схема реакторов смешения

Каскад реакторов смешения с рециркуляцией (рис. 194) при­меняется при проведении жидкофазных гетерогенных процессов, когда один из взаимодействующих компонентов не успевает про­реагировать полностью. Последним аппаратом цепочки является сепаратор, с помощью которого гетерогенная смесь разделяется на фазы. Один продукт отводится для дальнейшей переработки или очистки, а второй возвращается в начало процесса. Тем са­мым достигается более по'лноё' использование сырья, однако сни­жается производительность схемы, так как увеличивается время пребывания смеси в системе и снижается концентрация взаимо­действующих веществ.

Противоточная схема реакторов смешения (рис. 195). Противо­ток компонентов используется в гетерогенных процессах для уве­личения скорости превращения. Один из взаимодействующих ком-

232

ионентов подается в первый аппарат технологической схемы, а* второй — в последний аппарат. После каждого реактора гетеро­генная система подвергается разделению и различные фазы на­правляются в противоположных направлениях.

Скорость химического взаимодействия в такой технологиче­ской схеме достаточно высока, так как в аппаратах поддержива­ются высокие концентрации взаимодействующих веществ. Недо-

дещестда

Теплоноситель

Продукты реакции

Рис. 196. Реактор вытеснения с секционированным теплообменом

Тепле/носите^

t *

Исходные

бещестда

>

?—*

Продукты

реакции-

Рис. 197. Батарея реакторов вытеснения

статок схемы заключается в необходимости введения дополнитель­ных аппаратов — сепараторов для разделения гетерогенной сис­темы.

Время пребывания компонента остается постоянным для всех аппаратов, так как объемный расход вещества не изменяется. Суммарное время пребывания компонентов в реакционном объеме рассчитывается по формуле (21.1а), причем величина Q являет­ся суммой прямого и обратного потоков.

Реактор вытеснения с секционированным теплообменом (рис. 196). Конструкцию аппарата вытеснения непрерывного действия, или трубчатого реактора, рассчитывают таким образом, чтобы время пребывания компонентов в реакторе обеспечивало задан­ную степень превращения исходных веществ в продукты реакции. При проведении сложных реакций помимо заданной степени кон­версии необходимо обеспечить максимальный выход целевого продукта и понизить содержание примесей. Этого достигают уп-

233

равлением температурным режимом реактора. Реактор проекти­руют таким образом, чтобы изменяющаяся по длине реактора тем­пература в каждой точке реактора обеспечивала максимальную скорость полезной реакции.

Конструктивно задача решается разделением теплообменни­ка — трубчатого реактора на отдельные зоны. В начало каждой секции подается теплоноситель с расчетной температурой. Чем •больше секций теплообмена, тем точнее выдерживается заданный температурный режим.

Батарея реакторов вытеснения (рис. 197). Если один реактор ие юбеспечивает необходимой производительности, то создают бата­реи из параллельно работающих однотипных реакторов вытесне-•ния. Условия проведения реакции одинаковы для всех реакторов. Суммарная производительность схемы увеличивается пропорци­онально количеству реакторов. Общее время пребывания равно времени пребывания компонентов в одном реакторе и рассчитыва­ется по формуле (21.2).

⇐ Предыдущая37383940414243444546Следующая ⇒

Поделиться: