Для чего нужен контактный аппарат
Контактные аппараты
Химические реакторы для проведения гетерогенно-каталитических процессов называют контактными аппаратами.
Главной характеристикой, по которой могут быть классифицированы рассматриваемые реакционные аппараты, является способ осуществления теплообмена в реакционной зоне: с теплообменом через стенку; с теплообменом при непосредственном контакте с катализатором или при смешении с теплоносителем (адиабатические реактора).
Независимо от способа осуществления теплообмена, реакторы различаются по состоянию катализатора, который может располагаться неподвижным слоем или находиться в движении.
1. Контактные аппараты с неподвижным слоем катализатора.
Все трубчатые реакторы обеспечивают хороший тепловой режим, что обусловлено высоким отношением поверхности теплоотдачи к объему катализатора. Возможность достижения значительных линейных скоростей потоков газа в трубках обуславливает эффективную массо- и теплопередачу. К принципиальным недостаткам трубчатых реакторов относится трудность поддержания оптимального температурного режима по длине трубки.
Для реакторов с неподвижным слоем катализатора характерны следующие общие недостатки:
• периодичность работы (из-за необходимости регенерации катализатора);
• для обеспечения непрерывной работы установки необходимо применение батареи из нескольких реакторов (сильно усложняет и удорожает оборудование);
• неравномерность условий процесса (неудовлетворительное распределение температур и потоков по сечению и высоте реакционной зоны);
• различие условий в каждом реакционном цикле.
Все это приводит к нестандартности получаемых продуктов и снижению эффективности работы оборудования.
Этих недостатков в значительной степени лишены контактные аппараты с подвижным катализатором.
2. Контактные аппараты с движущимся слоем катализатора Основным принципом работы реакторов с движущимся слоем катализатора является непрерывное перемещение последнего в реакционной зоне при постоянном реакционном объеме. Катализатор непрерывно поступает в контактный аппарат и также непрерывно и с такой же скоростью выходит из него.
Установки с движущимся катализатором являются установками непрерывного действия.
Все контактные аппараты с движущимся катализатором относятся к группе реакторов с теплообменом при непосредственном контакте с катализатором (предварительно нагретым или охлажденным).
Реакторы с движущимся слоем катализатора существенно различаются по конструкции и закономерностям процессов в зависимости от размеров частиц применяемого катализатора. Катализатор может использоваться в виде зерен размером 3-5 мм (гранулированный катализатор) или в виде пыли с размером частиц 0.01-0.1 мм (пылевидный катализатор).
Размер частиц катализатора в контактном аппарате определяет способ перемещения катализатора. Гранулированный катализатор перемещают в плотном слое, пылевидный — в виде псевдоожиженной газопылевой системы.
Показатели работы контактного аппарата.
1. Время контакта – время соприкосновения реагентов с катализатором:
Vkat _ объем катализатора.
2. Объемная скорость – объем реакционной смеси, проходящей через единицу объема катализатора в единицу времени:
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Контактный аппарат
Контактный аппарат ( рис. 3), предназначенный для очистки 1200 нм3 / ч ПГ с содержанием около 3 об. % гомологов метана, содержит две полки с одним смесительным устройством. [2]
Контактный аппарат представляет собой систему трубок, по которым распределяется реакционная смесь. [5]
Контактные аппараты с неподвижным слоем катализатора ( контактной массы) выполняются в виде реакторов типа РИВ-Н. Многополочные контактные аппараты, содержащие несколько слоев катализатора ( рис. 11.1), применяются в процессах с высоким положительным или отрицательным тепловым эффектом. [7]
Контактные аппараты с движущимся слоем катализатора работают в режиме реакторов РИС-Н и РПТ-Н. В них катализатор распыляется в движущемся потоке газа или жидкости и переносится вместе с ним. [8]
Контактные аппараты с псевдоожиженным слоем катализатора работают по принципу аппарата КС в режиме реакторов РИС-Н и применяются, главным образом, в производствах органического синтеза, в которых катализатор быстро теряет активность и требует непрерывной регенерации. [9]
Контактный аппарат 4, футерованный огнеупорным кирпичом, не имеет поверхностей теплообмена. На специальной решетке из жаростойкого сплава помещается гранулированный катализатор, через который газы проходят сверху вниз. На катализаторе происходят основная реакция ( дегидрирование) и побочные процессы. [13]
Контактный аппарат выполнен из листовой стали Ст. Обечайки аппарата защищаются от газовой коррозии шамотным кирпичом на шамотном растворе. [14]
Аппараты контактного типа.
В контактных аппаратах процессы тепло-и массообмена протекают при непосредственном контакте воздуха и воды. Для тепловлажностной обработки воздуха водой в технике кондиционирования применяют различные контактные аппараты. Конструктивно аппараты отличаются друг от друга методами образования развитой поверхности контакта между воздухом и водой.
Основные типы контактных аппаратов.
1. Форсуночные камеры, в которых поверхность контакта воздуха с водой образуется дроблением воды на капли с помощью механических распылителей воды (обычно форсунок). Проходящий через камеры воздух взаимодействует с поверхностью многочисленных капель, вылетающих из форсунок.
2. Аппараты с орошаемой насадкой, в которых тепловлажностная обработка воздуха в камерах осуществляется в результате его взаимодействия с пленкой воды, омывающей пористый материал орошаемого слоя.
3. Пенные аппараты, в которых создается водовоздушная эмульсия или пена вследствие пропуска под давлением потока воздуха через слой воды. Поверхностью взаимодействия воздуха с водой в этом случае ‑ поверхность воды, находящейся в совместном движении с раздробленным потоком воздуха.
4. Пленочные камеры, в которых поверхность контакта воздуха с водой образуется пленкой воды, стекающей по пластинам, расположенным в камере вертикально; воздух проходит между пластинами горизонтально.
Устройства, использующие различные принципы контакта между воздухом и водой, показаны на рис. 16. Каждый из упомянутых типов контактных аппаратов имеет свои достоинства и недостатки.
Вода, подаваемая в контактный аппарат, должна соответствовать требованиям государственных стандартов на питьевую воду. Микроорганизмы, содержащиеся в воздухе, попадают в воду, и поэтому требуется периодическая смена воды. Коррозия элементов камеры приводит к попаданию в воду различных окислов.
Достоинства контактных аппаратов:
1. Возможность осуществлять в них самые различные процессы тепловлажностной обработки воздуха водой: охлаждение с осушением воздуха, охлаждение с увлажнением, нагрев с увлажнением и др. (рис. 7).
2. Очистка воздуха от пыли и бактерий, а также от некоторых газов, которые растворяются в воде.
3. Ионизация воздуха в результате образования легких отрицательных ионов вследствие баллоэлектрического эффекта.
Форсуночная камера. В корпусе камеры помещается оросительное устройство с форсунками, разбрызгивающими воду на мелкие капли. Воздух, проходящий через камеру, взаимодействует с поверхностью капель воды. В настоящее время форсуночные камеры выпускают с оросительными устройствами двух типов: с форсунками, размещенными на вертикальных стояках (рис. 16, а); с форсунками, размещенными на горизонтальном коллекторе, расположенном в верхней части камеры (рис. 16, б). В этом случае для вторичного дробления капель под форсунками предусмотрены два яруса сеток. Для осуществления политропных процессов тепловлажностной обработки воздуха рекомендуется применять камеру орошения с большей плотностью расположения форсунок, а при адиабатных процессах − с меньшей. Вода в форсунки подается насосом.
 |
В зависимости от принятой схемы процесса обработки воздуха используется вода либо с постоянной температурой из водопровода, либо после охлаждения в холодильных машинах, либо используется рециркуляционная вода. После кондиционера вода направляется в канализацию, на охлаждение или частично на подмешивание к холодной воде, подаваемой к форсункам.
В случае адиабатного процесса взаимодействия с воздухом воду из поддона камеры можно вновь подать на форсунки. Для очистки воды, забираемой из поддона камеры, предусмотрен фильтр, который устанавливается непосредственно в поддоне. Для охлаждения и осушки воздуха на форсунки подается холодная вода с постоянной температурой.
Для того, чтобы предотвратить унос капель воды потоком воздуха, на выходе из оросительного пространства устанавливают каплеотделитель. Он представляет собой набор зигзагообразно изогнутых листов, перекрывающих поперечное сечение камеры так, что образуются извилистые проходы для воздуха. Капли, осевшие на поверхностях листов, стекают в поддон. Каплеотделитель, расположенный на входе в оросительное пространство камеры, предназначен для защиты от капель воды устройств, установленных до форсуночной камеры. Входной каплеотделитель также выравнивает поток воздуха, поступающего в оросительное пространство. Тонкость распыла воды зависит от диаметра выходного отверстия форсунки и давления воды в форсунке. С увеличением давления и уменьшением диаметра выходного отверстия форсунки относительная масса мельчайших капель увеличивается. Размер капель и относительная масса мелких капель имеют весьма существенное значение в процессах тепловлагообмена, происходящих в камере. Мелкие капли сравнительно больше времени находятся в потоке воздуха и, обладая меньшей массой, принимают в процессе охлаждения воздуха более высокую температуру по сравнению с крупными каплями. Вследствие этого мельчайшие капли испаряются, и воздух увлажняется. Охлаждать и осушать воздух рекомендуется форсунками, которые обеспечивают более крупный распыл воды. Расход воды через форсунки зависит от давления воды перед форсунками.
Камеры с орошаемой насадкой(рис. 16, в). Схема подачи воды на орошаемый слой зависит от характера обработки воздуха. Для адиабатного увлажнения воздуха осуществляют циркуляцию воды по замкнутому кругу: поддон − насос − орошаемый слой. Вода быстро принимает и в дальнейшем сохраняет постоянную температуру, близкую к температуре по мокрому термометру. При охлаждении и осушке воздуха на орошаемый слой подается вода с постоянной температурой из холодильного центра или из других источников. Вода из поддона направляется на охлаждение или в канализацию. На выходе из камеры располагается каплеотделитель, выполняемый иногда из того же материала, что и орошаемый слой. Для изготовления орошаемых насадок применяют такие материалы, с помощью которых можно создать пористые слои, обладающие большой удельной поверхностью, большим свободным объемом и большим живым сечением для прохода воздуха, достаточной механической прочностью и долговечностью. Эффективность тепловлажностной обработки воздуха в камерах с орошаемой насадкой зависит от гидродинамических условий взаимодействия пленки волы, стекающей по поверхности орошаемого слоя, и воздушного потока, движущегося навстречу пленке. В зависимости от расходов воды и воздуха в орошаемой насадке могут наблюдаться три основных режима движения: режим раздельного течения воды и воздуха (или пленочный), промежуточный режим (или режим турбулизации пленки) и режим совместного движения воды и воздуха (или режим эмульгирования).
Достоинства камер с орошаемой насадкой: высокая эффективность тепло-и влагообмена при сравнительно низких коэффициентах орошения и давлении воды; малые габаритные размеры камер; дополнительная очистка воздуха; сравнительно низкое аэродинамическое сопротивление.
Аппараты пенного типа(рис. 16, г). Развитая поверхность контакта воздуха с водой в аппаратах пенного типа создается в результате образования водовоздушной эмульсии (пены) путем пропуска потока воздуха через слой воды. Поверхность взаимодействия воздуха с водой имеет очень сложную форму, которую приобретает вода, находящаяся в совместном движении с диспергированным потоком воздуха. По способу образования пены различают аппараты полочные, циклонно-пенные и ударно-пенные. Ударно-пенные аппараты представляют собой цилиндр, нижняя часть которого заполняется водой. Внутри цилиндра расположена труба, по которой на поверхность воды направляется поток воздуха со скоростью 15…25 м/с. Под воздействием воздушного потока часть воды поднимается в реактивное пространство аппарата, поддерживается воздухом во взвешенном состоянии и, перемещаясь с воздухом, образует водовоздушную эмульсию (пену). Подвижная водовоздушная эмульсия может занимать весь объем реактивного пространства. Высота и подвижность слоя пены в реактивном пространстве зависит от уровня воды в корпусе и скорости воздуха на выходе из сопла и в сечении реактивной камеры. Вода подается в аппарат без разбрызгивания. Уровень воды в аппарате поддерживается регулятором уровня, снабженного поплавковым клапаном и переливным устройством. При адиабатном увлажнении воздуха вода в аппарате не меняется. В этом случае требуется только пополнение испарившейся воды. При охлаждении и осушке воздуха в аппарат подается холодная вода. Отепленная вода из аппарата возвращается в холодильный центр.
Дата добавления: 2016-05-11 ; просмотров: 2749 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Конструкции контактных аппаратов
Рис.3.3. Контактный аппарат, совмещенный с картонным фильтром. 1- аварийная мембрана, 2- картонные фильтры, 3-распределительная решетка, 4- катализаторные сетки, 5- слой колец, 6- жаростойкая футеровка.
Контактный аппарат работает под атмосферным давлением, аммиачно-воздушная смесь подается сверху. Для тонкой очистки аммиачно-воздушной смеси в верхней части аппарата расположен картонный фильтр 2. Катализаторные сетки 4 опираются на колосники. Ниже на распределительной решетке 3 расположен слой металлических колец 5, выполняющих роль аккумулятора теплоты, а также служат для улавливания наиболее крупных частиц платины, уносимых газом.
Наиболее распространено улавливание платины фильтрованием нитрозных газов. Для этого используют механические фильтры разнообразных конструкций и фильтрующие материалы. В основном фильтры набивают непрерывным стекловолокном. В настоящее время разработаны массы на основе оксида кальция, которые химически связывают пары платины. При этом способе улавливания сорбент устанавливается непосредственно в контактном аппарате за катализаторными сетками и работает у условиях окисления аммиака.
Сочетание химического связывания (массой на основе оксида кальция) и применение обычных механических фильтров с насадкой из волокнистых материалов позволяет довести степень улавливания платины до 85-90%.
Рис.3.4. Контактный аппарат, работающий под давлением 0,716 МПа. 1- корпус, 2- кольца Рашига, 3- термопары, 4- смотровое окно, 5- поворотный механизм, 6- взрывная пластина, 7- трубка для разогрева катализатора, 8- распределительная решетка, 9- пробоотборник, 10- катализаторные сетки, 11- колосники.
Контактный аппарат состоит из двух частей: верхней в виде усеченного конуса и нижней цилиндрической. Между конусообразной и цилиндрической частями в специальной кассете расположены 12 платиновых катализаторных сеток. Кассета с катализаторными сетками установлена на решетке из концентрических колец. Под ними на колосниковой решетке размещен слой керамических колец, уложенных правильными рядами. Слой колец, с одной стороны, частично улавливает платину, с другой – стабилизирует тепловой режим на катализаторных сетках.
Аммиачно-воздушная смесь поступает в контактный аппарат сбоку, огибает внутренний конус и сверху подается на катализаторные сетки. Верхний штуцер аппарата перекрыт предохранительной взрывной пластиной, которая разрывается в случае внезапного повышения давления внутри аппарата.
Для снижения потерь платины перспективным является проведение процесса окисления аммиака в двухступенчатом катализаторе, в котором первой ступенью служат катализаторные сетки, второй – оксиды металлов.
Рис.3.5. Контактный аппарат с двухступенчатым катализатором, работающий под давлением 0,54 МПа: 1- верхний конус, 2- платиновые сетки, 3- нижний конус, 4-трубка для отбора проб, 5- водяная рубашка, 6- термопара, 7- неплатиновый катализатор.
На платиноидных сетках осуществляется первая ступень окисления аммиака. Неплатиновый катализатор загружают в катализаторную корзину из жаропрочной стали. На опорные ребра, приваренные к корпусу аппарата, укладывают литую колосниковую решетку из жаропрочной стали. Поверх решетки размещают нихромовые сетки, которые перекрывают все зазоры между корпусом и корзиной, во избежание проскока аммиака и уноса потоком газа таблеток катализатора. В качестве неплатинового катализатора используют железохромовый катализатор.
Конструкции контактных аппаратов
Лекция 16
Современные контактные аппараты, используемые для проведения каталитических процессов в промышленности, должны обладать высокой производительностью, обеспечивать непрерывность процесса при оптимальных технологических режимах, быть легкими в управлении, поддаваться автоматизации и управлению с помощью ЭВМ.
По способу взаимодействия газов с катализатором контактные аппараты подразделяются на аппараты: с фильтрующим слоем катализатора; с взвешенным (кипящим) слоем катализатора; с пылевидным катализатором. В промышленности широкое применение нашли аппараты с фильтрующим слоем катализатора. К этой группе относятся емкостные, трубчатые и полочные контактные аппараты, принцип действия которых основан на фильтрации газа через слой неподвижного катализатора. На этом принципе основана работа большинства контактных аппаратов. Причем катализатор может находиться в виде металлических сеток, натянутых по ходу движения газа (рис.16.1а), трубчатых контактных аппаратов (рис.16.1б), или в виде твердых тел различной формы, располагаемых на перфорированных решетках (рис.16.1в).
Газы поступают в аппарат сверху или снизу. При подаче газа снизу (под решетку) его скорость не должна превышать скорость псевдоожижения катализатора, иначе он может переходить во взвешенное состояние. Достоинством этих аппаратов является простота конструкции, к недостаткам следует отнести отсутствие теплообмена, что позволяет проводить в них только те реакции, которые сопровождаются небольшими тепловыми эффектами. Для полноты протекания процесса в одном аппарате может быть установлено несколько слоев контактной массы.
Рис.16.1. Схема контактных аппаратов с фильтрующим слоем катализатора.
Часто теплообмен при катализе производят в трубках Фильда, устанавливаемых непосредственно в слое катализатора. Охлаждение или нагрев газа в процессе катализа может осуществляться также путем ввода между слоями катализатора нагретого (холодного) газа или воздуха. К этому же типу следует отнести контактные аппараты, у которых катализатор выполнен в виде составных керамических, проницаемых для газа блоков. Блоки укладываются на решетки и перекрывают свободное сечение аппарата, располагаясь в один или несколько параллельных рядов.
Аппараты с взвешенным (кипящим) слоем катализатора
Если использовать принцип фильтрующего слоя катализатора, то в нём в местах соприкосновения гранул катализатора наблюдаются зоны, плохо омываемые газом. Для устранения этого недостатка с целью интенсификации каталитических процессов используют кипящий слой. В кипящем слое каждая гранула катализатора интенсивно со всех сторон омывается газом, что интенсифицирует процесс катализа.
Достоинством такого аппарата является то, что интенсивное перемешивание частиц обусловливает хорошую теплопроводность слоя и высокие коэффициенты теплоотдачи от слоя к поверхности теплообменников, которые зачастую монтируются непосредственно в кипящем слое. Подвижность кипящего слоя катализатора позволяет механизировать и автоматизировать процессы непрерывной загрузки и выгрузки катализатора, поддержание высоты слоя на постоянном уровне и т. д. Интенсивное перемешивание твердой фазы устраняет опасность локального перегрева или переохлаждения катализатора, что способствует более эффективному его использованию. Появляется возможность использовать катализатор с гранулами малых размеров, что увеличивает удельную поверхность и снижает диффузионные торможения при катализе. Использовать мелкозернистый катализатор в фильтрующем слое невозможно из-за повышенного сопротивления и неравномерности температурного поля в поперечных и продольных сечениях слоя. Благодаря указанным преимуществам кипящий слой в ряде случаев оказывается более эффективным по сравнению с фильтрующим слоем.
К недостаткам кипящего слоя следует отнести истирание и унос пылевидного катализатора из аппарата, что требует установки пылеулавливающих устройств и предъявляет дополнительные требования к прочности катализаторов, а также невозможность осуществления принципа противотока, что снижает движущую силу процесса. Различное время пребывания частиц в аппарате при непрерывном процессе снижает эффективность работы катализатора. К недостаткам следует отнести также повышенную эрозию аппаратуры, расположенной в зоне кипящего слоя.
Перечисленные недостатки, как правило, не являются определяющими, а многие из них могут быть частично или полностью устранены.
Аппараты с кипящим слоем катализатора изготовляют в виде цилиндра, в нижней части которого устанавливают газораспределительную решетку. На решетку загружают мелкозернистый катализатор с диаметром частиц 0,5. 1,5мм. Снизу, под решетку подается газ, скорость которого должна обеспечить переход слоя из неподвижного в псевдосжиженное состояние. Очищенный газ выводится из аппарата через верхний штуцер и, пройдя циклон, выбрасывается в атмосферу. Загрузка катализатора осуществляется с помощью шнекового устройства. Для снижения уноса мелких частиц катализатора верхняя часть аппарата выполняется расширенной.
По режиму работы аппарат с кипящим слоем катализатора приближается к реакторам полного смещения. При таком режиме любой элементарный объем реагирующей смеси мгновенно перемешивается в слое пребывания отдельных частиц изменяется от нуля до бесконечности, что является недостатком всех непрерывных процессов полного смешения.
Для упорядоченного перемешивания твердой фазы в кипящем слое иногда вводят механические мешалки, что способствует усреднению времени пребывания частиц в аппарате. Для увеличения степени очистки газов используют многополочные аппараты с кипящим слоем. С целью интенсификации процессов катализатор применяют в виде мелких частиц, которые с помощью специальных сопел распыляют во всем объеме аппарата. Этим достигается более полное использование реакционного объема аппарата. Такого типа аппарат состоит из цилиндрического корпуса, в нижней части которого расположены сопла и бункера. Подлежащий очистке газ делится на два потока. Один поток поступает в эжекторное устройство, смешивается с катализатором и под напором подается в реактор. Сюда же через другое сопло подается второй поток газа, способствующий более полному и равномерному перемешиванию газа с катализатором. Частицы катализатора, находясь во взвешенном состоянии, со всех сторон интенсивно омываются газовым потоком, благодаря чему каталитический процесс интенсифицируется. Реакция протекает в тот момент, когда частицы катализатора находятся в полете. Осевшие частицы катализатора собираются в нижней части аппарата и вновь поступают в эжектор для повторного использования или на регенерацию. Большая доля частиц катализатора выносится с газовым потоком. Улавливание частиц катализатора осуществляется в циклоне, после чего они вновь смешиваются с газом и возвращаются в реактор.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет