Реакторы с движущимся слоем. Конструирование реактора с движущимся слоем. Реакторы с псевдоожиженным слоем

2.2.2. Конструирование реактора с движущимся слоем

Если реактор определен как реактор с неподвижным слоем (постоянная активность во времени, но не в пространстве, от высоты слоя зависит), важно разработать элементы, связанные с мобильностью частиц. Начиная с реактора, который в данном случае более важен, чем оставшаяся часть системы определить способ подачи и отвода ожижающего агента. Необходимо рассмотреть все проблемы, связанные с циркуляцией катализатора.

2.2.2.1. Ввод исходной смеси

Способ ввода смеси не вызывает особых проблем, если смесь в газообразном виде. Смесь может быть подана в слой с помощью сопел, направленных вниз (рис. 2.8.). Для парожидкостной смеси проблема ввода требует более пристального внимания (об этом будет в параллельном курсе).

2.2.2.2. Удаление газа

Удаление летучих паров было объектом пристального исследования около 12 лет назад. Сейчас же проблема достаточно удовлетворительно решена и каналы для удаления могут быть спроектированы достаточно точно. Рис. 2.9. показывает сборку, которая является в настоящее время стандартной для спутного и противотока. Для перекрестного тока ввод исходной смеси и отвод продуктов осуществляется через вертикальные решетки, как показано на рис. 1.2..

2.2.2.3. Проблемы, связанные с циркуляцией жидкости. Перепад давления в засыпке

Очень важно определить правильно перепад давления как с точки зрения конструкции реактора, так и с точки зрения динамических характеристик. Чтобы предотвратить взаимопереток между объемами, соединенными линиями транспорта катализатора, очевидно, невозможно использовать вентили, за исключением для перекрытия потока катализатора.

Рис. 2.8. Реактор с движущимся слоем, газообразной реакционной смесью, совместным током газа и катализатора:

§  непрерывная линия – линия газа

§  двойная линия – линия катализатора

§  двойная прерывистая линия – линия активирующего пара.

Рис. 2.9. Спутно движущийся слой

Перетоки между двумя объектами, находящиеся обычно под разными давлениями, предотвращаются обычно за счет введения инертных газов в соединительные трубы, которые находятся при повышенном давлении. Начиная с точки ввода в соединительной трубе, часть газа поднимается в верхний объем, в то время как оставшаяся часть опускается вместе с катализатором в нижний объем. В то время как нисходящие потоки газа и катализатора способствуют движению катализатора, противоток ведет к снижению расхода катализатора, и уменьшает производительность трубы.

Расчет труб перетока базируется на вычислении падения давления в трубе в зависимости от скорости газа в трубе. Падение давления может быть вычислено на основе уравнения Эргана (см. ранее). Для этого в первую очередь необходимо оценить  правильно. Порозность движущегося слоя практически такая же, что и в неподвижном, состоящим из тех же частиц, но все же выше. Второй важный момент – это средняя по сечению скорость газа . Если скорость частиц мала по сравнению со скоростью газа, то относительная скорость газа и частиц. Заметим, что, если  используется как выражение для скорости в уравнении Эргана, где относительная скорость газа и частиц. Заметим, что, если может рассматриваться как  (реальная скорость газа), величина  близка к .

2.2.2.4. Циркуляция катализатора

Обычно циркуляция катализатора осуществляется за счет газлифта. В нижнюю часть структуры, образованной реактором и регенератором, постоянно поступает катализатор, и гранулированные частицы вводятся в трубку лифта (рис. 2.10). Так называемый вторичный газовый поток движет катализатор по направлению к подъемной трубе, где катализатор подхватывается потоком первичного газа, так, что поднимается в виде разреженной фазы в верхнюю часть резервуара, из которого вновь опускается под действием силы тяжести в реакторе в виде плотного слоя (плотной фазы). Расход катализатора регулируется расходами вторичного и первичного потоков газа. Особенности конструкции аппаратов с движущимся слоем и пневмотранспортом можно найти в специальной литературе.

Рис. 2.10. Блок подъема: вторичный газ продвигает катализатор к каналу первичного газа, где катализатор поднимается в разреженном состоянии

2.2.2.5. Удаление катализатора из объема большого размера (Рис. 2.8 и 2.11)

Требование обеспечения как можно более равномерного потока катализатора по поперечному сечению реактора большого объема приводит к использованию большого числа стоков катализатора. Эти стоки объединяются в один (или больше) коллектор и катализатор транспортируется под действием силы тяжести в нижний объем. Этот сборник используется, чтобы обеспечить газовый затвор и удалить катализатор, если это необходимо.

Рис. 2.11. Движущийся слой. Деталь трубопровода катализатора в основании движущегося слоя. Комбинация труб, собранных в кольцо. Вид в плане, под нижней пластине реактора.