Реакторы для проведения гомогенных реакций в газовой фазе

В промышленности используют гомогенные газовые реакции, имеющие достаточно высокую скорость. Например, синтез соляной кислоты; крекинг углеводородов в этилен и пропилен; окисление, хлорирование и нитрирование углеводородов.

1 - камера смешения; 2 - диффузор; 3 - блок горелки.

Рисунок 179 -Реактор типа Саксе для парциального окисления метанола кислородом в ацетилене.

Простота конструкций, высокая производительность, возможность использования различных автоматических устройств способствует распространению в промышленности реакторов с гомогенной газовой фазой. Для проведения расчета и проектирования таких реакторов удобно классифицировать их, взяв в качестве критерия тепловой режим.

Изотермические реакторы имеют постоянную температуру во всем реакционном пространстве, поэтому скорость реакции зависит только от состава, в связи с этим, расчет реактора прост.

Адиабатические реакторы термически изолированны от внешней среды. В них происходит изменение температуры и состава в реакционном пространстве. Решение расчетных уравнений осуществляется несколько раз графическим путем. Если имеется реактор с перемешиванием, то вследствие выравнивания температуры, он может быть как адиабатическим, так и изотермическим. Реакторы с программированным тепловым режимом и полным вытеснением имеют заданное изменение температуры по длине реактора. Применяют такие реакторы главным образом для улучшения выхода эндотермических реакций. В основном реакторы для гомогенной системы Г-Г непрерывного действия поэтому при рассмотрении конструкции реакторов остановимся в основном на непрерывно действующих.

Среди процессов нефтехимии получение ацитилена путем парциального окисления углеводородов кислородом (2CH₄ C₂H₂+3H₂) занимает значительное место

Для получения ацитилена из углеводородов необходимо довести температуру системы до высоких значений за короткое время.

После завершения реакции путем резкого охлаждения в системе сохраняется устойчивое равновесие. Реакция окисления метана происходит в пламени длиной 160 - 300 мм. в качестве реактора используется реактор типа Саксе (рисунок 179).

Реактор состоит из камеры смешения где происходит образование однородной смеси, используются в основном турбинные мешалки. Завершается эта операция в диффузоре.

Блок горелки охдаждается водой. Блок перфорирован каналами, через которые с большой скоростью протекают газы, высота блока 200 - 300 мм, диаметр каналов 8 - 22 мм. Под камерой сгорания пламя резко охлаждается до 80⁰С с помощью водяных оросителей, после чего газы из реактора направляются на установку для отделения сажи, концентрирования и очистки ацетилена. Производительность 2000 - 6000 м³/ч.

Для снижения температуры горения процесс получения ацетилена ведут при давлении 3 - 6 атм. (рисунок 180), что дает увеличение производительности реактора по сравнению с реактором (рисунок 179) под атмосферным давлением в 2 - 3 раза и нагрев газов предварительно ведут не до 600⁰, а до 400⁰, кроме того используют две ступени охлаждения: сначала каким-нибудь углеродом (жидким), а потом водой.

Рисунок 180 -Реактор для получения ацетилена по способу Фаузера-

Типичной конструкцией реактора для гомогенной реакции в системе Г-Г является реактор для получения соляной кислоты (рисунок 181). Хлор бурно реагирует с водородом по реакции H₂+Cl₂=2Cl

Реактор облицован кирпичем. Горелка выполнена из керамики, работает при давлении 0,5 атм. Температура в реакторе 1000⁰. Соотношение хлор - водород регулируется таким образом, чтобы при выходе газ содержал избыток водорода. В верхней части реактор имеет предохранительный клапан (диск толщиной 0,5 мм).

Беспламенные экзотермические реакторы. Для получения хлористых производных метана используется реакция хлорирования метана при температуре 390 - 450⁰С.

Реактор для хлорирования представляет собой цилиндрический сосуд со стаканами толщиной 13 мм, дно которого сделано из нихрома, т.к. нагревание происходит снаружи непосредственно горячим газом при погружении в другой аппарат из стали на глубину 3 м при общей высоте 4,6 м. Метан перемешивается с хлором в смесителе, затем по трубопроводу смесь подается в центральную керамическую трубу, которая выполняет роль нагревателя, поМонтекатини.

1 - взрывной диск; 2 - стальной корпус; 3 - горелка.

Рисунок 181 Реактор для синтеза соляной кислоты.

лучающего тепло из реакционной камеры.

Реакция протекает при температуре 400°, продукт реакции поступает в неизолированную зону, где охлаждается. Далее газы проходят через кольца Рашига, которые служат фильтром для сажи.