Апарати з завислим (киплячим) шаром каталізатора

Якщо використовувати принцип фільтрувального шару каталізатора, то в шарі, в місцях дотику гранул каталізатора спостерігаються зони, які погано обтікаються газами. Для ліквідації цього недоліку з метою інтенсифікації каталітичних процесів застосовують киплячий шар, в якому кожна гранула каталізатора інтенсивно зі всіх сторін обтікається газом, який інтенсифікує процес каталізу.

Перевагою такого апарата є те, що інтенсивне перемішування части-нок обумовлює хорошу теплопровідність шару і високі коефіцієнти тепловіддачі від шару до поверхні теплообмінників, які часто монтуються безпосередньо в киплячому шарі. Рухомість киплячого шару каталізатора дозволяє механізувати і автоматизувати процеси безперервного заванта-ження і вивантаження каталізатора, підтримування висоти шару на постійному рівні тощо. Інтенсивне перемішування твердої фази усуває небезпеку локального перегрівання чи переохолодження каталізатора, що сприяє більш ефективному його використанню. З’являється можливість застосовувати каталізатор з гранулами малих розмірів, що збільшує питому поверхню і знижує дифузійні гальмування при каталізі. Завдяки вказаним перевагам киплячий шар у ряді випадків є ефективнішим порівняно з фільтрувальним шаром.

До недоліків киплячого шару необхідно віднести стирання і винесення пиловидного каталізатора з апарата, що вимагає встановлення пиловловлювальних пристроїв. Різний час перебування частинок в апараті при безперервному процесі знижує ефективність роботи каталізатора. До недоліків необхідно віднести також підвищену ерозію апаратури, розташованої в зоні киплячого шару.

Перераховані недоліки, як правило, не є визначними, а багато з них можуть бути частково або повністю усунені.

Рисунок 6.14 – Контактний апарат з киплячим шаром каталізатора:

1 – корпус циліндричний; 2 – каталізатор; 3 – верхня частина апарата;

4 – циклон; 5 – шнековий пристрій; 6 – решітка

Апарати з киплячим шаром каталізатора виготовляють у вигляді циліндра 1 (рис. 6.14), в нижній частині якого встановлена газорозподільна решітка 6. На решітку завантажують дрібнозернистий каталізатор 2 з діаметром частинок 0,5...1,5 мм. Знизу, під решітку, подається забруднений газ, швидкість якого повинна забезпечити перехід шару з нерухомого в псевдозріджений стан. Очищений газ виводиться з апарата через верхній штуцер і, пройшовши циклон 4, викидається в атмосферу. Завантаження каталізатора здійснюється за допомогою шнекового пристрою 5. Для зниження виносу дрібних частинок каталізатора верхня частина апарата 3 виконується розширеною.

Рисунок 6.15 – Каталітичний реактор з киплячим шаром і мішалкою:

1 – газорозподільна решітка; 2 – мішалка; 3 – шар каталізатора

За режимом роботи апарат з киплячим шаром каталізатора наближається до реакторів повного змішування. При такому режимі будь-який елементарний об’єм суміші миттю перемішується в шарі і концентрація компонентів у всіх точках шару однакова. А час перебування частинок в шарі змінюється від нуля до нескінченності, що є недоліком всіх безперервних процесів повного змішування.

Для упорядкованого переміщування твердої фази в киплячому шарі деколи вводять механічні мішалки, що сприяє осередненню часу перебування частинок в апараті. Для збільшення ступеня очищення газів використовують багатополичні апарати з киплячим шаром.