![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Контактно-каталитические процессы
Если химическая реакция протекает слишком медленно или для ее осуществления требуются чрезмерно большие энергетические затраты, то ее проводят (если это возможно) в присутствии катализатора — специального вещества, ускоряющего химический процесс. Каталитические процессы широко применяются в органическом синтезе. Большинство процессов переработки нефти невозможны сегодня без применения катализаторов. Катализаторы — это вещества, которые изменяют скорость химической реакции, но при этом не меняют свой химический состав. Катализаторы способны изменить порядок реакции, снизить значение энергии активации и коэффициент Химические процессы, проходящие в присутствии катализатора, подразделяют на гомогенные и гетерогенные. Наиболее широко распространены в промышленности гетерогенно-каталитические процессы, в которых одной средой является газ (пар) или жидкость, а другой — твердый катализатор. Именно поверхность катализатора служит границей раздела фаз. К катализаторам предъявляют определенные требования, среди которых главными являются: ∙ активность катализатора, под которой понимают его способность содействовать ускорению химической реакции; ∙ температура зажигания — минимальная температура, при которой обеспечивается достаточная для технологических целей скорость химической реакции; ∙ селективность катализатора — его способность избирательно ускорять определенную реакцию. Эта важная характеристика катализатора позволяет получать максимальную степень превращения вещества той реакции, в результате которой образуется продукт; ∙ структура катализатора, характеризующая наличие у него развитой поверхности, с которой непосредственно контактирует реагент. Катализаторы делят на пористые и непористые. Наиболее развитой поверхностью обладают пористые катализаторы. Площадь их поверхности контакта в тысячи раз превышает площадь поверхности непористого зерна катализатора. Однако в ряде случаев нет необходимости создавать пористую поверхность: реакция происходит в диффузионной области и ее скорость определяется не площадью поверхности пор, а турбулентностью среды и скоростью доставки вещества к поверхности зерна; ∙ долговечность работы катализатора, зависящая от его способности сохранять высокий уровень активности. К сожалению, в ряде химических процессов происходит отравление или коксование поверхности катализатора, что снижает его активность. Катализатор нуждается в восстановлении; ∙ регенерация катализатора — возможность в условиях производства восстановить его активность. На практике это достигается специальными технологическими операциями, которые, однако, требуют остановки производства. Химический процесс, протекающий в присутствии катализатора, называют катализом. Особую роль играет избирательный катализ, который состоит в том, что катализатор ускоряет только одну реакцию, подавляя остальные. Например, из этилового спирта путем избирательного действия катализатора можно получить ацетальдегид, этилен или дивинил. В ходе контактно-каталитической реакции может происходить значительное выделение или поглощение теплоты. Неравномерность укладки катализатора по сечению и высоте реактора приводит к появлению зон локального перегрева катализатора, образованию продуктов горения на его поверхности и потере активности. Поэтому вся реакционная аппаратура для таких процессов классифицируется по способу размещения катализатора в рабочем объеме р е а к т ор а. В соответствии с этим они подразделяются на реакторы с неподвижным, движущимся и псевдоожиженным слоем катализатора. Реакторы с неподвижным слоем катализатора. На рис. 25.3 представлен реактор шахтного типа. В таких реакторах возможны два способа движения реагента. Реакторы с аксиальным движением (рис. 25.3, а) применяют для проведения процессов с небольшим тепловым эффектом. Катализатор может быть засыпан сплошным слоем на опорную плиту или на слой инертной насадки, что позволяет использовать опорные плиты с малым гидравлическим сопротивлением. В этих реакторах снизить температуру сырья можно, разбавляя исходное сырье инертным газом или используя в качестве разбавителя керамические гранулы, смешанные с катализатором. Основной недостаток такой конструкции — неравномерность профиля скорости движения реагента по сечению реактора вследствие неравномерной укладки катализатора. Это приводит к отложению кокса на поверхности зерен катализатора и необходимости его регенерации или замены; реактор же вынужден работать в периодическом режиме. Разновидностью реакторов шахтного типа является реактор с радиальным движением реагента (рис. 25.3, б). В этом случае катализатор засыпается в пространство кольцевого сечения, образованного двумя перфорированными цилиндрическими стаканами.
В химических реакторах трубчатого типа достигается эффективный теплообмен при размещении катализатора в межтрубном (рис. 25.5, а) или трубном (рис. 25.5, 5) пространстве. Конструктивно такие аппараты напоминают кожухотрубчатый теплообменник. Теплоноситель подается через разделяющую поверхность. Производительность таких реакторов меньше, чем у реакторов шахтного типа, однако в этих реакторах значительно уменьшается возможность образования кокса на поверхности катализатора.
Рис. 25.5. Кожухотрубчатые реакторы с размещением катализатора в меж- трубном пространстве (а) и трубах (б) Регенерированный катализатор по пневмотранспортным распределительным трубам 1 (рис. 25.6) направляется в реактор 2. Частицы движутся под действием собственного веса со скоростью 2... 8 мм/с. Пары сырья поступают под плиту 3 ив виде пузырьков поднимаются в верхнюю часть реактора. Закоксованный катализатор собирается в сборных трубах 4 и выводится из реактора на регенерацию.
![]()
|