Реактор с неподвижным слоем катализатора и одной текучей фазой, страница 6

Реакторы с теплообменом через стенку выполнены часто в виде множества труб (Рис.2.5). Они имеют достаточно сложную конструкцию, особенно, если реакционные трубы установлены непосредственно в печи (как в случае парового риформинга, когда реакция сильно эндотермичная) (Рис. 2.6.). Иногда  тепло может быть передано с помощью оребренных труб, размещенных в слое (Рис.2.7.).

Многотрубчатые реакторы имеют специфические гидродинамические проблемы. Чтобы получить одинаковые потоки в каждой трубе, характеристики слоя также должны быть абсолютно идентичными в каждой трубе. Для этого каждая труба должна содержать в точности одинаковую массу катализатора,  занимающего в точности одинаковый объем. После заполнения труб, если возможно, необходимо измерить перепад давления в каждой трубе при заданной скорости потока. Трубы с ненормальным перепадом давления необходимо заполнить заново.

2.1.10. Заключение

Относительно реакторов с неподвижным слоем можно заключить следующее:

1.  Поршневой поток может быть получен при соответствующих числах Рейнольдса, перепадах давления и геометрических параметров n и m.  

2.  Осевая диффузия (массы и тепла) в большинстве случаев пренебрежима.

3.  Радиальная диффузия массы D_R, хотя и значительно меньше чем осевая диффузия, не имеет ощутимого эффекта при достаточно хорошем распределении на входе.

4.  Радиальная диффузия тепла не имеет значения в чисто адиабатическом реакторе.

5.  Радиальная диффузия тепла очень важна в реакторе с теплообменом на стенке: это может быть отражено посредством введения коэффициента теплоотдачи, который зависит от условий течения, свойств жидкости и отношения диаметра реактора к диаметру частицы.

Большинство реакторов с теплообменом на стенке многотрубчатые. На практике обычно диаметр труб не превышает 50 мм.

2.2. Реакторы с движущимся слоем

2.2.1. Общие замечания

В движущемся слое гранулы катализатора перемещаются под действием силы тяжести с сохранением их позиции относительно друг друга. Слой движется по отношению к стенкам реактора, в котором он находится. Слой может двигаться в противотоке, спутном токе, в перекрестном токе по отношению к току реактантов. Поршневой режим желателен как для катализатора так и реакционной смеси. Использование движущегося слоя предпочтительно в случае короткого периода активности катализатора. Очень важно, чтобы в слое не было застойных зон, поэтому при проектировании реактора необходимо очень внимательно относиться к вопросу разрешения внутренних вставок. Если такого рода предосторожности приняты, движущийся слой проявляет все свойства неподвижного слоя, особенно преимущества градиентного реактора. Он позволяет достичь высокой конверсии при высокой селективности. Более того, движущийся слой обеспечивает возможность непрерывного или нерегулярного отвода катализатора для регенерации катализатора вне реактора или рециркуляции (на повторный ввод).

Основные проблемы технологии движущегося слоя связаны обработкой (перемещением) большого количества гранулированного материала. Сопротивление истиранию является жизненно важным качеством катализатора. Движущийся слой обычно часто применяется для осуществления адиабатических операций, но особенно, для реакций эндотермических химических превращений. Это связано с тем, сто большая часть необходимой энергии может быть подведена в реактор с самими гранулами, которые накапливают значительное количество тепла в регенераторе. В других случаях, тем не менее необходимую энергию легко подать. Если катализатор одновременно является и теплоносителем, важно гарантировать, что термический цикл гранулы не влияет на ее механические свойства и каталитическую активность.

Катализатор может быть нагрет за счет сжигания отложившегося на его поверхности кокса (совместный нагрев и регенерация), за счет прямого теплообмена с ожижающим газом, или за счет непрямого нагрева с использованием теплоносителя.