Главная > Разное > Газожидкостные реакторы
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

3. Реакторы пленочные (группа РП)

Аппаратам с пленочным течением жидкости до сих пор уделялось мало внимания как химическим реакторам. Однако в ряде случаев они оказываются наиболее приемлемыми устройствами для проведения химических превращений в системах газ—жидкость. Прежде всего это относится к случаям быстрых реакций, когда объемное соотношение расходов газа и жидкости, участвующих в реакции, очень велико, т. е. когда мала концентрация реагирующего компонента в газовой фазе. Например, при озонолизе углеводородов концентрация озона в воздухе не превышает 2% и для обеспечения материального баланса реакции в непрерывно действующий аппарат воздуха необходимо подавать примерно в 1000 раз больше, чем жидкости. При таком соотношении равномерное распределение газа и жидкости по сечению аппарата может быть обеспечено только за счет создания пленочного течения жидкой фазы.

Различие конструкций пленочных аппаратов, представленных в классификации четырьмя типами, обусловлено в основном характером движения жидкости в пленке.

Реактор со свободно стекающей пленкой (тип РПС). Наиболее совершенным устройством этого типа является кожухотрубный аппарат (рис. 6). Жидкость, подаваемая на верхнюю трубную решетку, равномерно распределяется по трубам 2 и в виде пленки, образованной оросителем 1, стекает вниз. Газ вводится в каждую трубу через газовые патрубки 3 и движется навстречу жидкости.

Съем тепла осуществляется теплоносителем, подаваемым в межтрубное пространство аппарата. Развитая поверхность теплообмена позволяет проводить в таких аппаратах реакции с большим тепловым эффектом.

Учитывая малое время пребывания жидкости в трубах, пленочные реакторы можно рекомендовать для проведения быстрых реакций, протекающих в диффузионной области. При необходимости время обработки жидкости можно увеличить за счет ее рецикла.

Скорость газа в трубках реактора, изображенного на рис. 6, во избежание срыва и уноса жидкости при восходящем потоке газа принимают не более 5-7 м/с. Если организовать нисходящий или восходящий прямоток обеих фаз, то скорость газа может быть значительно выше.

Характерной особенностью аппаратов типа РПС является малое сопротивление по газовой фазе.

При математическом моделировании пленочные реакторы считают аппаратами идеального вытеснения как по жидкой, так и по газовой фазам. При исследовании и проектировании на них распространим метод элементного моделирования.

Одно из достоинств аппарата РПС заключается в простоте конструкции и высокой эксплуатационной надежности. Наиболее ответственным и уязвимым узлом является оросительное устройство, работоспособность которого резко снижается при наличии в жидкой фазе твердых примесей.

Реактор с восходящей пленкой (тип РПВ). Этот реактор (рис. 7) в отличие от аппарата типа РПС имеет в нижней части трубчатки дополнительную трубную решетку 1. Жидкость подается на нижнюю трубную решетку и равномерно распределяется потрубам 2- Увлекаемая потоком газа, она в виде пленки течет вверх. В верхней части аппарата размещается сепаратор — брызгоотделитель 3.

Распределительное устройство РПВ в значительно меньшей степени, чем РПС, влияет на работоспособность аппарата, так как

Рис. 6. Реактор пленочный со свободно стекающей пленкой (тип РПС)

быстрый газовый поток на значительном участке труб выравнивает распределение жидкости по периметру каждой из труб.

Скорость газа в трубах реактора может изменяться в широких пределах (от 10 до 50 м/с) в зависимости от свойств газа и жидкости.

Реактор с восходящей пленкой жидкости можно рекомендовать для проведения химических превращений, протекающих в диффузионном режиме, когда скорость процесса лимитируется массопередачей. Интенсивность массопередачи в РПВ в несколько раз выше, чем в аппаратах со стекающей пленкой.

К недостаткам этого реактора по сравнению с РПС следует отнести более высокое сопротивление по газу.

Рис. 7. Реактор пленочный с восходящей пленкой (тип РПВ)

Рис. 8. Реактор пленочный с закрученным газожидкостным потоком (тип РПЗ)

Реактор с закрученным газожидкостным потоком (тип РПЗ).

Аппарат этого типа (рис. 8) отличается от реактора со свободно стекающей пленкой тем, что внутри каждой трубы 1 установлены винтовые вставки — завихрители 2, сообщающие газовому потоку вращательное движение. Жидкость, подаваемая сверху (в данной схеме), отбрасывается после первого завихрителя к стенке трубы и, стекая по ней, также приобретает вращательное движение за счет касательного напряжения на границе раздела фаз. Вследствие трения жидкости о стенки трубы крутка потоков уменьшается, и для ее сохранения необходимо устанавливать по длине трубы ряд. завихрителей. Нижний завихритель необходим для создания закрученного потока жидкости и газа перед сепарационным устройством 3.

Возможны конструкции аппаратов и с восходящим прямоточным движением фаз, работающие при более высоких скоростях

газа и, следовательно, с более высокой эффективностью массообмена. Но в этом случае сопротивление аппарата по газовой фазе выше, чем при прямоточном нисходящем движении.

Учитывая малое время пребывания жидкости в зоне контакта с газом, аппараты типа РПЗ можно рекомендовать только для проведения реакций, протекающих в диффузорной области. По сравнению с аппаратами типа РПС реактор с вихревым потоком имеет следующие преимущества: увеличенную в два-три раза эффективность массообмена между газом и жидкостью; увеличенный коэффициент теплоотдачи от закрученной жидкостной пленки к стенке трубы; меньшие минимально допустимые плотности орошения; пониженные требования к чистоте внутренних поверхностей труб и к условиям смачиваемости.

К недостаткам следует отнести усложнение конструкции за счет установки завихрителей и сепарационных устройств в каждой трубе и более высокое сопротивление.

Реактор пленочный роторный (тип РПР).

Роторные пленочные аппараты, применяемые в промышленности для упаривания растворов, могут успешно использоваться и для проведения химических реакций между газом и вязкими жидкостями. Основа конструкции такого аппарата (рис. 9) содержит традиционные элементы: кожух 1, заключенный в рубашку, вал 2 с лопастями 3 и распределитель жидкости 4. Лопасти могут быть как жестко закрепленными, так и подвешенными на шарнирах. При обработке очень вязких жидкостей (паст) хорошо зарекомендовали себя винтовые жестко закрепленные лопасти. В отличие от аппаратов других типов в роторном пленочном реакторе свободная поверхность жидкости из-за воздействия лопастей непрерывно обновляется. Это приводит к существенной интенсификации процесса массопередачи.

Рис. 9. Реактор пленочный роторный (тип РПР)

Время пребывания жидкости в аппарате невелико, поэтому его целесообразно использовать для быстрых реакций, протекающих в диффузионной области. Расходная скорость газа существенного влияния на массоперенос не оказывает. Аппарат обладает малыми сопротивлениями как по газовой, так и по жидкой фазам. При математическом моделировании его можно рассматривать как аппарат идеального смешения по газовой фазе и вытеснения по жидкой.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление