Reactorii pentru efectuarea reacțiilor în faza gazoasă omogenă sunt cel mai adesea clasificați în funcție de efectul de reacție termică și de regimul termic al reactorului.
Instalațiile de foc cu amestecare prealabilă constau dintr-o cameră de amestecare, un difuzor în care se termină procesul de amestecare și o cameră de ardere în care gazele din difuzor sunt alimentate uniform. Cel mai simplu reactor cu o cameră de amestecare poate fi considerat un arzător Bunsen (Figura 6.2.1). Arzătoarele industriale sunt fără flacără și fără flacără. Într-un arzător industrial pentru amestecarea combustibilului cu aer, se utilizează un tub Venturi 7 și pentru o mai mare stabilitate a flăcării se utilizează o duză 2 (Figura 6.2.2).
In-reactor arzător pentru oxidarea parțială a hidrocarburilor căldura necesară-mai pentru reacția endotermă poate fi obținută prin combinarea reacției procesului de ardere cu o reacție endotermă, astfel încât efectul total-ing căldură a fost pozitiv.
Reactorii-arzători sunt utilizați pentru producerea de funingine din metan din Fig. 6.2.3. Funinginea ob razuetsya în condiții de temperatură ridicată, atunci când energia liberă de disociere de metan în carbon și hidrogen are o valoare negativă, după cum este necesar pentru căldură rea-TION obținută din arderea parte a metanului în reactor cu aer până când - legat în Fig. 6.2.3. un metan pentru formarea de funingine este alimentat în camera de ardere, iar în reactoarele arătate în fig. 6.2.3 B, in, Metanul pentru formarea de funingine este furnizat în camera de amestecare, în timp ce cantitatea de aer furnizată în reactor este mult mai mică decât raportul stoichiometric. Temperatura gazelor din zona de combustie este de 1300. 1400 ° C.
Funcția de funingină rezultată, împreună cu gazele de reacție, este trimisă la filtre pentru separarea particulelor solide de gazele de combustie.
Reactori pentru producerea acetilenei prin oxidarea parțială a metanului de ki-lobedom. Acetilena este formată din metan ca urmare a unei reacții endoterme cu o descompunere unică a metanului. Procesul de obținere a acetilenei trebuie să fie de scurtă durată, în caz contrar reacția de ardere cu acetilenă poate începe, așa că este efectuată în reactoare de tip arzător. Hidrocarburile amestecate cu oxigen trec la viteză ridicată prin arzătoare de anumite mărimi și sunt aprinse în camera de combustie. O parte din metan, arzând cu tot oxigenul introdus, dă o cantitate semnificativă de căldură, necesară pentru o creștere rapidă a temperaturii hidrocarburilor rămase la 1300. 1500 ° C. la care gradul de conversie este optim. Apoi, cu ajutorul irigării cu apă rece, se creează un echilibru așa-numit "înghețat", astfel încât se obține productivitatea necesară.
/ - încălzitor; 2 - arzător cu metan-oxigen;
3 - duza; 4 - fereastră de vizualizare;
5 - camera de combustie
Difuzor 2. Unitatea de ardere 3 este răcită de apă. Blocul este perforat prin canale prin care fluxul de gaze se desfășoară la viteză mare. Sub camera de combustie, flacăra este răcită brusc la 80 ° C, după care gazele din reactor sunt trimise către unitatea de separare a funinginii, concentrând și purificând acetilenă.
În reactorul Grinenko (Figura 6.2.5), acetilena este produsă prin conectarea parțială a metanului cu oxigen într-un curent de turbulențe mari. Un amestec de metan și oxigen, podog-retaya la 400 ° C în preîncălzitor / iese din duza 3 cu viteză mare, lumini și alimentat în camera de ardere 5 unde arderea proish-dit în curgere turbulentă. Flacăra este stabilită prin introducerea unei cantități partea din oxigen încălzit suplimentar la 750 la 800 ° C, prin ardere metan cu o cantitate mică de oxigen într-un arzător special 2. oxigenul necesar pentru stabilizatorul-TION flăcării, este 5. 10% din debitul total.
Într-o altă formă de realizare, reactor Partsa-cială oxidare metan cu oxigen sub presiune, metan și oxigen, se încălzește la 400 ° C la o presiune de 0,4 MPa, după amestecare, în trecere camera 1 prin distribuitorul 2 și intră în camera de ardere 5, în care tem-care temperatura crește la mai mult de 1500 ° C și se formează acetilenă și alchene (Figura 6.2.6). Secundar preîncălzit carbohidrat-tijă este introdus prin duzele 4 și 5 într-o cameră de ardere-TION, în care din nou a fost preparat prin cracare acetilenă și alchene. La sfârșitul procesului, gazele sunt tratate cu apă la 130,140 ° C și ieșite din reactor.
Fig. 6.2.6. Schema reactorului de oxidare parțială a metanului cu oxigen sub presiune
Reactor pentru producerea gazului de sinteză prin oxidarea parțială a metanului. Sinteza gazului de sinteză constă din două etape: reacția de combustie exotermă a metanului în oxigen și interacțiunea acestor produse cu metanul rămas în reacția endotermică. Camera de reacție 2 pentru realizarea procedeului într-o fază omogenă este montată pe partea cuptorului divizat 1 (Figura 6.2.7). Oxigenul este injectat de-a lungul axei prin duza,
Fig. 6.2.7. Schema reactorului pentru producerea gazului de sinteză
Reactor pentru producerea etilenei din etan și oxigen. Atunci când se efectuează majoritatea reacțiilor în flacără, este dificil să se mențină stabilă. Într-un spațiu liber, se poate obține o flacără stabilă dacă se efectuează o reacție în spațiul de reacție cu un ambalaj refractar. Într-un reactor pentru oxidarea parțială a etanului la etilenă, reactivii sunt omogenizați într-o cameră de amestecare 3
un volum mic, apoi trece printr-un grătar 2, care are găuri simetrice pe toată suprafața, și intră în spațiul de reacție 7 umplut cu o duză din bile de porțelan (Figura 6.2.8). Oxigenul și etanul sunt încălzite separat la o temperatură de 600 ° C și apoi amestecate. În spațiul de reacție, o parte din etan este arsă la monoxid de carbon și hidrogen, iar cantitatea de căldură extrasă este utilizată pentru reacția endotermică a descompunerii etanului în etilenă și hidrogen.
Reactori pentru sinteza acidului clorhidric. Clorul reacționează violent cu hidrogen prin reacția H2 + C12 = 2HCl, care poate începe la o temperatură de 500 ° C dacă reactivii sunt bine uscați. Reactorul pentru sinteza acidului clorhidric constă dintr-un arzător 5, o cameră de reacție 2, o cameră de răcire pentru gazele formate și un regulator de presiune 7 (Figura 6.2.9, a). Arzătorul (figura 6.2.9, b) este un tub cu cuarț 7 cu capăt închis, care are găuri înclinate pentru a furniza clorul C12. Hidrogenul circulă în afara acestui tub. Gazele arde, formând o flacără în găurile tubului exterior. Răcirea gazelor este produsă prin convecția naturală pe suprafața reactorului.
Reactor pentru descompunerea autothermică a acetilenei în funingine și hidrogen (Figura 6.2.10). Reactorul este fabricat din metal. Reactorul 7 - un tub de oțel cu pereți răciți - este echipat în partea superioară cu o duză calibrată prin care intră acetilena. Reacția este foarte exotermă. Amestecul este aprins într-un câmp electric, apoi reacția se face autothermally cu eliberarea unei cantități mari de căldură. Temperatura atinge 2550 ° C. După începutul reacției, se formează un canal circular în jurul stratului de gaz, după care se depozitează funinginele pe "pereți", formând un inel izolator cu o suprafață internă încălzită. În timpul trecerii acetilenei în spațiul de reacție, se descompune aproape complet.
1 - tuburi de cuarț; 2 - azbest; 3 - ecran
Pentru răcirea produselor de reacție, din reactor la ieșire se introduc 1500 m3 / h de hidrogen la 50 ° C, care prin difuzie în fluxul de gaz și schimbul direct de fluxuri în separatorul preliminar creează o flacără instabilă. Hidrogenul din zona de reacție și hidrogenul introdus pentru răcire, împreună cu funinginea, trec prin sprinklerul de suprafață, ducând la eliberarea funinginii.
Reactori pentru clorinarea termică a metanului. Pentru producerea de clorură de metan (de la clorură de metil la tetraclorură de carbon) se utilizează o clorurare a metanului la o temperatură cuprinsă între 390 și 450 ° C. În condițiile industriale, clorurarea într-o fază gazoasă omogenă se efectuează cu un exces de metan. După separarea derivaților de clor, metanul este recirculat.
1 - reactor; 2 - o conductă de legătură a separatorului preliminar de funingine; 3 - frigider, 4 - role, răcit cu apă, 5 - separator preliminar la intrarea produselor de descompunere
Reactorul pentru clorurarea metanului (Figura 6.2.11) este un vas cilindric al cărui fund este fabricat din nichrom, deoarece încălzirea are loc din exterior cu un gaz direct cald când este imersat într-un aparat diferit. Metanul este amestecat cu clor în mixer Y, prin conducta gaze de 2-lyayutsya dirijate în reactor și alimentat la un tub ceramic centrală 4, care servește ca un încălzitor care primește căldura din reacția camarii 6. Mai departe onnoy gazele trec prin la SADC-3 de inele Raschig , care servesc drept filtru pentru funinginele formate în timpul reacțiilor secundare.
Fig. 6.2.11. Reactor pentru clorurarea metanului:
/ - mixer, conducta 2 - nichel; 3 - pe setul de inele Rashig, 4 - conducta centrală ceramică; 5 - cilindrul din oțel; 6 - camera de reacție; 7 - tub termic pentru pirometru; 8 - focar
Un alt proiect al reactorului pentru clorurarea metanului este prezentat în Fig. 6.2.12. Partea sa principală este secțiunea de clorurare a U, care are forma unui cilindru și este realizată din fontă căptușită cu un strat de ciment antiacid. În interiorul acestei secțiuni există o țeavă 2 pentru alimentarea unui amestec de gaze în zona de reacție. O parte din gazul de reacție trece prin conducta 7 de recirculare a doua parte este recirculată spre amestecul de clor și gaz ejector 6. care trece prin pro-conducta 5, ejector omogenizat 4 înainte de a trece prin conducta 2. O a treia omogenizare parțială a gazelor în - controlată la conducta 2, gazele de reacție fiind realizate de ejectorul 10. Pentru pornire, reactorul are o manta încălzită cu gaz fierbinte.
Fig. 6.2.12. Reactor pentru clorurarea metanului:
- secțiunea de clorinare; 2 - o conductă pentru alimentarea unui amestec de gaze în zona de reacție; 3 - izolație; 4, b, 10 - ejectori; J, 7, 8 - conducte; 9 inele din Raschig; / / - cămașă; Suport pentru 12-nichel
Reactor pentru polimerizarea etilenei la presiune înaltă. Producția de polietilenă cu o greutate moleculară mare (peste 20.000) are loc la o temperatură de 180 ° C și o presiune de 100 MPa. În aceste condiții o parte din etilenă este polimerizată prin introducerea unui piroxid inițiator sau a unui oxigen. Etilenă nepolimerizată este spălată, purificată și reintrodusă.
Pentru a realiza un astfel de proces, în industrie sunt utilizate două tipuri de reactoare. Reactorul tubular cu deplasare completă constă dintr-un număr mare de țevi conectate prin tranziții cotului (Figura 6.2.13). Fiecare conductă este echipată cu o carcasă prin care circulă agentul termic. Astfel, reactorul este un schimbător de căldură "pipe-in-pipe". Primele secțiuni ale reactorului sunt încălzite cu abur la 160 ° C, 170 ° C, astfel încât reactivii să atingă temperatura de reacție. Alte secțiuni
Pentru polimerizarea etilenei
Răcite pentru a absorbi căldura reacției. Regimul debitului din reactor este turbulent. Polietilena rezultată este îndepărtată cu o cantitate mare de etilenă dizolvată în ea. Apoi, presiunea scade treptat până la atmosferă și produsul este granulat.
Reactorul agitat este echipat intern cu un mixer cu șurub (figura 6.2.14). Amestecarea permite atingerea unui grad ridicat de conversie. Reacția de polimerizare este exotermă, cu îndepărtarea căldurii parțial prin jachetă și parțial direct cu produsele reacției (reactorul funcționează autothermally).
Reactori pentru realizarea proceselor endotermice. În producția de etilenă și propilenă din propan sau benzină, se utilizează un reactor tubular cu deplasare completă și un regim termic programat (Figura 6.2.15). Reactorul este o fulare de șarpe de lungime mare 2 plasată în interiorul cuptorului 1 cu două zone: convecție și radiantă. Cuptoarele utilizate, cunoscute sub denumirea de "cuptoare gradient", au arzătoare cu flacără scurtă care operează cu un exces mic de aer
În reactoarele adiabatice cu circulația unui agent termic în amestec cu un reactiv, poate fi folosit ca agent termic un gaz sau un solid. Prin urmare, astfel de reactoare au structuri diferite.
Fig. 6.2.15. Reactor tubular pentru producerea etilenei
Acest grup de reactoare include, de asemenea, reactorul prezentat în Fig. 6.2.16. Gazele combustibile trec la o viteză mare prin zona de amestecare 3 în care este introdusă o hidrocarbură (propan sau benzină) cu o cantitate mică de abur și intră în zona de reacție 4 în care se formează acetilenă și etilenă.
Fig. 6.2.14. Reactor cu agitare pentru polimerizarea etilenei:
1 - sârmă electrică ecranată; 2 - locuințe; 3 - mixer cu șurub; 4 - cămăși de răcire
Există numeroși reactoare diferite în care cantitatea de căldură necesară pentru efectuarea reacției endoterme a cracării hidrocarburilor este furnizată de un agent de încălzire solid care circulă în amestec cu reactivul. În reactorul cu un strat suspendat de nisip quartz granulat special, reactivul este încălzit în preîncălzitorul 5, amestecat cu abur și intră în partea inferioară
Fig. 6.2.16. Schema reactorului pentru producerea de acetilenă prin metoda Estman: 1 - încălzitoare; 2 - camera de combustie; 3 - zona de amestecare; 4 - zona de reacție; 5 - fereastră de vizualizare
Fig. 6.2.17. Schema reactorului cu un strat suspendat de nisip (Lurgi):
1 - buncăr; 2 - ciclon; 3 - reactor; 4 - dispozitiv pentru transportul pneumatic de nisip; 5 - Încălzitor
Parte a reactorului 3 (figura 6.2.17). Nisipul de cuarț, încălzit la 760 ° C, este introdus în partea superioară a reactorului. Nisipul care intră în circulație este încălzit prin arderea combustibilului lichid în conducta transportului pneumatic 4.
Alți reactoare utilizează un strat de agent termic solid (pulbere sau globular) într-un flux transversal sau paralel cu reactivul.
Reactor regenerativ pentru cracarea termică a metanului. Reactorul este umplut cu o masă ceramică care este încălzită și răcită alternativ cu metan, care este cracat endotermic în acetilenă. Între aceste faze principale se află fazele de îndepărtare și purificare. Reactorul (figura 6.2.18) constă dintr-o carcasă verticală cilindrică, cu o manta exterioară 4 de nicrom, care este arsă cu aer pentru ardere, care este încălzită în ea. In interiorul reactorului se află un cap mic 3 din material refractar și o duză mixtă 5 din plăci subțiri.
Fig. 6.2.18. Reactor regenerativ pentru cracarea termică a metanului:
1 - duza de răcire; 2 - arzătoare pentru metan; 3 - jacheta din material refractar; 4 - corp, 5 - duza; 6 - cămașă exterioară
Atunci când se alege un material refractar, trebuie să se țină seama de faptul că în timpul transformării există o schimbare periodică a presiunii în interiorul reactorului ca urmare a alternării celor două faze. Din acest motiv, materialele nu ar trebui să aibă porozitate.
În timpul perioadei de încălzire, metanul este alimentat în arzătoarele 2, amplasate de-a lungul razei în partea superioară a aparatului. Aerul este încălzit de pe pereți și apoi intră în spațiul de combustie. Gazele combustibile sunt îndepărtate cu o suflantă cu gaz. Cea mai mare temperatură este atinsă în partea superioară a reactorului și scade treptat până la baza sa. În ambele faze ale reacției, metanul trece în contracurent. Alimentarea metanului se face printr-o conductă de distribuție inelară. La ieșirea din reactor, produsul este răcit cu apă.
