Реакторы каталитических газофазных процессов. Реакторы с псевдоожиженным слоем зернистого катализатора. Тепловой баланс адиабатического реактора

Реакторы каталитических газофазных процессов пред­назначены для химического превращения газов в присут­ствии катализатора. Известно, что газы легко смешиваются один с другим, для этого достаточно, например, создать турбулентный режим их движения в реакторе. Поэтому в этих реакторах отсутствуют специальные перемешиваю­щие органы (мешалки). Наиболее существенно на конструк­цию этих реакторов влияет катализатор, а вернее его со­стояние и устройства для поддержания этого состояния.

В качестве катализаторов используют различные неор­ганические и органические соединения. В зависимости от химической природы катализатора, его эффективности, скорости реакции и способа производства целевого продукта, катализатор готовят в виде таблеток разной формы, полосок, сеток, порошков и жидких растворителей.

Во многих случаях необходимо, чтобы твёрдый катализатор имел высокопористую структуру с большой удельной поверхностью (удельная поверхность катали­затора суммарная поверхность пор в м², находящихся в каждом грамме катализатора). Современные способы производства катализаторов позволяют получать пористые структуры с удельной поверхностью до 1000 м² /г и диа­метром порядка 1 • 10⁶ мм.

Действие катализатора специфично, т.е. каждый кон­кретный катализатор эффективен лишь для вполне опре­деленных реагирующих веществ.

Катализатор активно влияет на реакционную среду, которая также воздействует на него, причем чаще отри­цательно. Под влиянием реакционной среды катализатор постепенно снижает свою первоначальную активность.

При отравлении «ядами» катализатор изменяет свою физическую структуру и химический состав.

В последние годы широкое распространение получили аппараты, в которых зернистый катализатор переводится контактирующим газом в состояние псевдоожижения («кипения»). Псевдоожиженный («кипящий») слой ката­лизатора имеет некоторые свойства, аналогичные свойствам кипящей жидкости: текучесть, «вязкость», способность принимать форму вмещающего его сосуда, всплески на поверхности, проскоки пузырей. Сущность процесса псевдоожижения зернистого мате­риала состоит в следующем. Если через слой материала, лежащего на решетке, продувать газ, то до некоторой ско­рости газа частицы слоя остаются неподвижными.Происходит обычный процесс, фильтрации газа через поры слоя. Начиная же с некоторой крити­ческой скорости газового потока, частицы начинают перемещаться. Слой разбухает, начинается псевдоожи­жение материала.Если в состоянии фильтра­ции перепад давления на слое увеличивается с ростом скорости газового потока, то в состоянии псевдоожижения перепад давления остается постоянным. Если увеличить еще больше скорость газа, то может наступить момент, когда частицы материала будут уноситься вместе с газо­вым потоком.

Для псевдоожиженного слоя используются зернистый (размер частиц от 4 до 0,1мм) катализаторы. Недостатки псевдоожиженного слоя: быстрое истирание частиц в слое; более низкая интенсивность процесса в сравнении с неподвижным слоем вследствие того, что продукты реакции смешиваются с поступающим сырьем; неравномерность газового потока по поперечному сечению слоя; большой унос катализатора газом.

Описание: газ со свежим катализатором (сырье) подается под газораспределительную решетку (3) через штуцер (4), в отпарной секции (2) отходящий на регенерацию катализатор отпаривается от исходных продуктов водяным паром. В основание днища подается азот который препятствует проникновению в регенератор реакционных газов и сырья. реакционные газы, выйдя из псевдоожиженного слоя катализатора, проходят циклонный сепаратор (6), где освобождаются от унесенной из слоя пыли катализатора.