Инструменты пользователя

Инструменты сайта


courses:refining:общие_принципы_устройства_реакторов

Различия

Здесь показаны различия между выбранной ревизией и текущей версией данной страницы.

Ссылка на это сравнение

courses:refining:общие_принципы_устройства_реакторов [19.05.2016 12:22] (текущий)
wikicat создано
Строка 1: Строка 1:
 +====== Общие принципы устройства реакторов ======
  
 +Реактор является основным агрегатом технологической схемы производства любого химического (или нефтехимического) продукта. \\
 +
 +**Химический реактор** — это аппарат,​ в котором осуществляются взаимосвязанные процессы химического превращения,​ массопередачи и теплообмена. Существует большое количество различных типов и конструкций химических реакторов,​ которые можно классифицировать по ряду признаков.((Вольтер Б. В., Сальников И. Е., Устойчивость режимов работы химических реакторов,​ 2 изд., М., 1981, 200 с.)) Рассмотрим основные классификации реакционных устройств. \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​монтаж_реактора_гидрокрекинга.jpg?​350|}} {{:​courses:​refining:​реактор_гидрокрекинга.jpg?​300|}}\\
 +//​Монтаж реактора гидрокрекинга//​
 +
 +**1. По принципу организации процесса** химическая реакционная аппаратура может быть разделена на три группы:​
 +  * Реактор непрерывного действия
 +В таком реакторе (рисунок ниже) все отдельные стадии процесса химического превращения вещества (подача реагирующих веществ,​ химическая реакция,​ вывод готового продукта) осуществляются параллельно и одновременно. Характер изменения концентраций реагирующих веществ в реакционном объеме различен в разных точках объема аппарата,​ но постоянен во времени для одной и той же точки объема. \\
 + 
 +{{:​courses:​refining:​реактор_непрерывного_действия.gif?​500|}}\\
 +//​Установка для непрерывного процесса:​ 1 – теплообменные аппараты;​ 2 – реактор//​((http://​studopedia.org/​1-125497.html)) \\
 +
 +В данном случае вспомогательные операции отсутствуют,​ поэтому такие реакторы характеризуются высокой производительностью. Современные крупнотоннажные производства реализуются в непрерывно‐действующих реакторах. ((http://​sp-department.ru/​lections/​gervald-lection-8.pdf)) \\
 +
 +  * Реактор периодического действия
 +В реакторе периодического действия все отдельные стадии процесса протекают последовательно в разное время. Характер изменения концентраций реагирующих веществ одинаков во всех точках реакционного объема,​ но различен во времени для одной и той же точки объема. ((http://​studopedia.org/​1-125497.html)) \\
 +
 +В реактор периодического действия все реагенты загружают до начала реакции,​ а смесь продуктов отводят по окончании процесса. Параметры технологического процесса в периодически действующем реакторе изменяются во времени. Между отдельными реакционными циклами выполняют вспомогательные операции:​\\
 +
 +•загрузку реагентов\\
 +•выгрузку продуктов,​\\
 +•чистку реактора.((http://​sp-department.ru/​lections/​gervald-lection-8.pdf)) \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​реактор_периодического_действия.jpg?​250|}} \\
 +//​Реактор периодического действия//​ \\
 +
 +  * Реактор полунепрерывного (полупериодического) действия.
 +Реактор полунепрерывного действия работает в неустановившихся условиях. Такой реактор можно рассматривать как непрерывно действующий аппарат,​ в котором потоки входящего и выходящего из реактора вещества не равны (вследствие чего изменяется общая масса реагирующих веществ в объеме),​ и, кроме того, как периодически действующий аппарат,​ в котором ввод одного из реагирующих веществ или вывод продукта реакции осуществляется периодически.((http://​studopedia.org/​1-125497.html)) \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​реактор_полунепрерывного_действия.jpg?​200|}}\\
 +//​Аппарат промежуточного типа// \\
 +
 +**2. По гидродинамическому режиму** (режиму движения реакционной среды) различают следующие типы: ((http://​sp-department.ru/​lections/​gervald-lection-8.pdf)) \\
 +
 +  * Реактор смешения ​
 +Реакторы смешения – это емкостные аппараты с мешалкой или циркуляционным насосом. \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​реактор_смешения.jpg?​200|}} \\
 +
 +  * Реактор вытеснения
 +Реакторы вытеснения – трубчатые аппараты,​ имеющие вид удлиненного канала. \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​реактор_вытеснения1.jpg?​200|}} {{:​courses:​refining:​реактор_вытеснения2.jpg?​200|}} \\
 +
 +**3. По тепловому режиму работы** реакторы делят на следующие типы:\\
 +
 +  * Изотермический реактор
 +Изотермический реактор — в реакторе поддерживают постоянную температуру в ходе всего процесса путем отвода или подвода тепла.\\
 +
 +Для осуществления химической реакции в изотермических условиях необходимо в аппарате обеспечить интенсивное перемешивание и высокоэффективный теплообмен. В реакторах для таких процессов обычно используют псевдоожиженные слои катализатора или теплоносителя,​ применяют различные смесительные устройства (мешалки) и т.п. В качестве примера реактора с изотермическими условиями можно привести аппараты,​ применяемые для алкилирования изобутана бутиленами с целью получения высокооктанового компонента бензина-алкилата (изооктана). ((Скобло А. И., Молоканов Ю. К., Владимиров А. И., Щелкунов В. А. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии:​ учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр»,​ 2000. – 677 с.)) \\
 +
 +  * Адиабатический реактор
 +Адиабатический реактор — в реакторе отсутствует теплообмен с окружающей средой,​ и тепло химической реакции полностью расходуется на изменение температуры реакционной смеси. \\
 +
 +В некоторых случаях небольшое изменение температуры в адиабатическом реакторе достигается подачей вместе с сырьем инертного (не участвовавшего в реакции) вещества (теплоагента),​ которое поглощает (при экзотермической реакции) или компенсирует (при эндотермической реакции) часть теплового эффекта реакции. Примером адиабатического реактора может служить выносная реакционная камера термического крекинга,​ куда непрерывно поступает сырье, нагретое в трубчатой печи до 470-500°C. ((Скобло А. И., Молоканов Ю. К., Владимиров А. И., Щелкунов В. А. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии:​ учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр»,​ 2000. – 677 с.)) \\
 +
 +  * Политропический реактор
 +Политропический реактор — температура в реакторе непостоянна,​ при этом часть тепла может отводиться от реакционной смеси или подводиться к ней.\\
 +
 +К аппаратам политропического типа относятся реакторы,​ выполненные в виде кожухотрубчатых теплообменных аппаратов,​ у которых обычно трубное пространство заполнено гранулированным катализатором и является,​ таким образом,​ реакционным объемом,​ а через межтрубное пространство пропускается агент, осуществляющий теплообмен через поверхность трубок. К реакторам политропического типа относятся также аппараты,​ конструктивно оформленные по аналогии с теплообменниками типа «труба в трубе»:​ во внутренней трубе размещается катализатор,​ а через кольцевое пространство пропускается теплоагент. ((Скобло А. И., Молоканов Ю. К., Владимиров А. И., Щелкунов В. А. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии:​ учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр»,​ 2000. – 677 с.)) \\
 +
 +**4. По типу контакта сырья с частицами теплоносителя** выделяют следующие типы реакционных устройств (см. рисунок ниже): \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​реакционные_устройства_контактного_типа_схемы.jpg?​400|}} \\
 +//​Реакционные устройства контактного типа://​\\
 +//а - с неподвижным слоем теплоносителя;​ б - с движущимся слоем крупногранулированного теплоносителя;​ в - с псевдоожиженным слоем теплоносителя;​ г - лифтного типа. 1 - реактор;​ 2 - регенератор;​ 3 - сепаратор. I - сырье; II - воздух;​ III - продукты сгорания;​ IV - продукты реакции;​ V - водяной пар.// \\
 +
 +  * С неподвижным слоем теплоносителя
 +Примерами реакционных устройств со стационарным слоем твердого каталитически активного материала являются реакторы каталитического риформинга,​ изомеризации,​ гидроочистки и гидрокрекинга. Применения стационарного инертного материала в качестве теплоносителя весьма мало распространено. ((Смидович,​ Е. В. Технология переработки нефти и газа. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов : учебник для вузов по специальности «Химическая технология переработки нефти и газа» / Е. В. Смидович. - 4-е изд., стереотип.,​ перепечатка с третьего издания 1980 г. - Москва : Альянс,​ 2011. - 328 с.)) \\
 +
 +  * С движущимся слоем теплоносителя
 +В таком реакторном блоке применяют движущийся сверху вниз под действием силы тяжести сплошной поток твердого теплоносителя. Неразрывность потока создается гидравлическим сопротивлением в нижней части аппарата,​ переходящей в стояк-трубопровод,​ который выводит теплоноситель в систему пневмотранспорта. Гранулы теплоносителя должны быть крупными и иметь округлую форму (это облегчает их перемещения и сокращает потери от истирания). Сырье подается прямотоком или противотоком к теплоносителю. \\
 +
 +Принцип движущегося слоя крупногранулированного теплоносителя используют в процессах каталитического крекинга,​ пиролиза и некоторых других. ((Смидович,​ Е. В. Технология переработки нефти и газа. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов : учебник для вузов по специальности «Химическая технология переработки нефти и газа» / Е. В. Смидович. - 4-е изд., стереотип.,​ перепечатка с третьего издания 1980 г. - Москва : Альянс,​ 2011. - 328 с.)) \\
 +
 +  * С псевдоожиженным слоем теплоносителя
 +В реакторных устройствах,​ работающих по принципу «кипящего»,​ или псевдоожиженного,​ слоя, твердый теплоноситель находится в виде более или менее тонкого порошка. Под действием потока газа или паров, упорядоченного распределительным устройством (например,​ решеткой),​ мелкие частицы теплоносителя приходят в движение,​ образуя интенсивно перемешиваемый слой, в котором и протекает процесс. Псевдоожиженный слой твердых частиц напоминает жидкость не только по внешнему виду, но и по способности легко перемещаться из одного аппарата в другой по трубопроводам:​ вниз (под действием силы тяжести) и вверх (с потоком газа или паров). \\
 +
 +Вследствие интенсивной массо- и теплопередачи в псевдоожиженном слое можно обеспечить в реакторе практически изотермический режим, что весьма существенно для большинства процессов и упрощает регулирование режима. ((Смидович,​ Е. В. Технология переработки нефти и газа. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов : учебник для вузов по специальности «Химическая технология переработки нефти и газа» / Е. В. Смидович. - 4-е изд., стереотип.,​ перепечатка с третьего издания 1980 г. - Москва : Альянс,​ 2011. - 328 с.)) \\
 +
 +  * Лифтного типа
 +В реакторе лифтного типа контакт сырья с теплоносителем осуществляется в вертикальной или наклонной трубе. Подобное устройство целесообразно для тех случаев,​ когда необходимо обеспечить короткое время контакта — до нескольких секунд. Размер частиц теплоносителя при этом обычно невелик. Пары сырья движутся прямотоком с частицами теплоносителя,​ однако вследствие «скольжения» твердых частиц происходит их некоторое отстаивание. Реакторы лифтного типа широко используются в системах каталитического крекинга с мелкодисперсным катализатором и в некоторых модификациях процесса пиролиза. ((Смидович,​ Е. В. Технология переработки нефти и газа. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов : учебник для вузов по специальности «Химическая технология переработки нефти и газа» / Е. В. Смидович. - 4-е изд., стереотип.,​ перепечатка с третьего издания 1980 г. - Москва : Альянс,​ 2011. - 328 с.)) \\
 +
 +**5. По типу конструкции** химические реакторы подразделяют на: \\
 +
 +  * Емкостные
 +Емкостные реакторы − полые аппараты,​ часто снабженные перемешивающим устройством (рис. а).\\
 +
 +Теплообмен осуществляется через поверхность химических реакторов или путем частичного испарения жидкого компонента реакционной смеси.\\
 +
 +К реакторам этого типа относят также аппараты с неподвижным или псевдоожиженным слоем (одним или несколькими) катализатора (рис. б).\\
 +
 +|{{:​courses:​refining:​емкостные_реакторы.jpg?​400|}} | Основные типы емкостных реакторов:​ а − проточный емкостный реактор с мешалкой и теплообменной рубашкой,​ б − многослойный каталитический реактор с промежуточными и теплообменными элементами. И − исходные вещества,​ П − продукты реакции,​ Т − теплоноситель,​ К − катализатор,​ Н – насадка,​ ТЭ − теплообменные элементы.|
 +
 +  * Колонные
 +Реакторы колонного типа используют в основном для проведения непрерывных процессов в двух‐ или трехфазных системах. \\
 +
 +  * Трубчатые
 +Трубчатые химические реакторы применяют часто для каталитических реакций с теплообменом в реакционной зоне через стенки трубок и для осуществления высокотемпературных процессов газификации. \\
 +
 +|{{:​courses:​refining:​колонные_и_трубчатые_реакторы.jpg?​350|}}|Колонный реактор с насадкой для двухфазного процесса (а) и трубчатый реактор (б). И − исходные вещества,​ П − продукты реакции,​ Т − теплоноситель,​ К − катализатор,​ Н – насадка,​ ТЭ − теплообменные элементы.|
 +
 +===== Корпус реактора =====
 +
 +{{:​courses:​refining:​корпус_реактора2.jpg?​400|}} {{:​courses:​refining:​корпус_реактора1.jpg?​500|}}\\ ​
 +
 +  * крышка реактора\\
 +
 +{{:​courses:​refining:​крышка_реактора.jpg?​300|}}\\
 +
 +  * обечайка\\
 +
 +Обечайка ‐ деталь цилиндрической формы, в сечении представляет собой кольцо,​ с торцов не заглушена.\\
 +
 +{{:​courses:​refining:​обечайка_реактора2.jpg?​300|}} {{:​courses:​refining:​обечайка_реактора1.jpg?​300|}} \\
 +
 +  * днище\\
 +
 +1. эллиптическое \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​эллиптическое_днище2.jpg?​300|}} {{:​courses:​refining:​эллиптическое_днище1.jpg?​300|}} \\
 +
 +2. сферическое \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​сферическое_днище1.jpg?​300|}} {{:​courses:​refining:​сферическое_днище2.jpg?​350|}} \\
 +
 +3. коническое \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​коническое_днище1.jpg?​250|}} {{:​courses:​refining:​коническое_днище2.jpg?​300|}} \\
 +
 +
 +==== Вывод ====
 +
 +Выбор типа реактора для осуществления данного химического процесса зависит от многих факторов,​ из которых важнейшими являются:​ необходимость использования катализатора,​ его свойства и расход;​ термодинамические особенности процесса – адиабатические,​ изотермические или политропические условия проведения химической реакции;​ методы теплообмена,​ используемые для обеспечения заданного температурного режима в зоне реакции;​ свойства используемых теплоагентов;​ периодическое или непрерывное осуществление процесса.((Скобло А. И., Молоканов Ю. К., Владимиров А. И., Щелкунов В. А. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии:​ учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр»,​ 2000. – 677 с.)) \\
 +
 +{{youtube>​eRua6aFG91Q?​medium}}
 +===== Словарь =====
 +
 +|адиабатический реактор |adiabatic reactor |
 +|днище |head |
 +|емкостный реактор |tank reactor |
 +|изотермический реактор |isothermic reactor |
 +|крышка реактора |reactor cover |
 +|массопередача |mass transfer |
 +|политропический реактор |polytropic reactor |
 +|реактор вытеснения |displacement reactor |
 +|реактор колонного типа |reactor column |
 +|реактор непрерывного действия |continuous reactor |
 +|реактор периодического действия |batch reactor |
 +|реактор полупериодического действия |semibatch reactor |
 +|реактор смешения |mixing reactor |
 +|теплоноситель |heat-transfer medium |
 +|теплообмен |heat exchange |
 +|теплообменная рубашка |heat exchange jacket |
 +|химическое превращение |chemical conversion |
 +|химический реактор |chemical reactor |
 +
 +
 +[[dsp:​blogpage|Назад в блог]]
 +
 +{{tag>​Тема}}
 +
 +~~DISCUSSION|Комментарии переводчиков~~
courses/refining/общие_принципы_устройства_реакторов.txt · Последние изменения: 19.05.2016 12:22 — wikicat