Реактор с неподвижным слоем катализатора и одной текучей фазой, страница 5

 - диаметр реактора (реакторной трубки)

 - эквивалентный диаметр частиц.

Уравнение 2.30 может быть использовано для вычисления разности  для данного  и . В практике трубы диаметром > 50 мм не используются из-за опасности появления недопустимых радиальных градиентов. Это приводит к многотрубчатой конструкции реактора. Для этого типа реакторов относительно легко решается проблема масштабирования. В качестве пилотного реактора рассматривается одна трубка, работающая при соответствующих условиях. Масштабный переход заключается в применении сотен или тысяч таких трубок, работающих в параллели.

2.1.8. Тепловая устойчивость каталитических реакторов с неподвижным слоем

Температурная нестабильность проявляется аналогично тому, как и в случае однофазного реактора (см. предыдущий курс). В этом случае температурный профиль может установиться вдоль оси реактора, адиабатического или другого типа, и его поведение качественно изучено в зависимости от режимных параметров (концентрации реагентов на входе, входной температуры, температуры охлаждающей жидкости) и термических, гидродинамических кинетических характеристик химических реакций. Поэтому на этих аспектах останавливаться не будем. Тем не менее, отмечая положительные качества реактора с неподвижным слоем, необходимо отметить и его недостатки:

1.  Даже в многотрубчатом реакторе Т¹const. Перегревы возможны или в центре трубы, или  одной трубки по отношению к другой в случае больших тепловых эффектов. Существование таких горячих зон приводит к неработоспособности реактора. Горячие зоны являются причиной дрейфа активности и/или селективности и даже иногда к быстрой полной деструкции катализатора. Это происходит вследствие радиального температурного градиента, который много больше, чем в случае гомогенного реактора из-за низкой теплопроводности слоя и низкого коэффициента теплоотдачи на стенке.

2.  Для многотрубчатого и адиабатического реакторов с неподвижным слоем существует повышенный риск тепловой неустойчивости, связанной с предварительным подогревом потока (особенно в случае газообразной смеси) (заброс температуры). Это происходит часто, если энергия активации реакции достаточно высока. Высокая экзотермичность соответствует высокой энергии. Активация является причиной проблем при управлении реактором.

3.  Повышенный риск множественности режимов из-за градиента температур внутри гранулы (см. предыдущую главу).

2.1.9. Практические соображения

2.1.9.1. Адиабатические реакторы (схемы см. ранее)

Обычно применяется предварительное перемешивание, потока газа перед введением в реактор. Газ обычно подается сверху.

Необходим равномерный ввод газа при промежуточном охлаждении. Между секциями, как правило, предусматривается камера смешения, состоящая из пространства, заполненного турбулизирующими решетками для улучшения перемешивания. Особенно необходимо учитывать возможные забросы температур.

Радиальная конфигурация имеет преимущество низкого перепада давления. Мы уже установили, что для загруженного слоя часто 1-e_р=0,42. Эта порозность уменьшается со временем, приближаясь к 0,38.

Недавно появились системы загрузки катализатора, обеспечивающие уплотнение слоя в процессе загрузки. В этих системах катализатор вводится так, что:

(а)  Каждая частица находит свою равновесную позицию прежде чем будет распределена следующая.

(б) При этом устраняется уклон, который является причиной расслоения частиц (большие скатываются к основанию уклона), что приводит к неравномерности сопротивления слоя и неравномерности распределения потока.

ARCO и CFR-системы используют вращающиеся распределители для обеспечения равномерности загрузки. Результат может быть достигнут при загрузке частиц через перфорированную пластину (отверстия 10-15 мм в зависимости от размера частиц, одно отверстие на 150 см² слоя).

2.1.9.2. Реакторы с теплообменом через стенку