🗊Презентация Химические реакторы

Тема: Химические реакторы

Процессы, в которых протекают химические реакции, называют реакционными процессами. Они являются основными процессами в большинстве химических и нефтехимических производств. Процессы, в которых протекают химические реакции, называют реакционными процессами. Они являются основными процессами в большинстве химических и нефтехимических производств. Все химические реакции можно классифицировать по одному из следующих признаков: 1. по механизму химического превращения; 2. по термическим условиям; 3. по агрегатному состоянию; 4. по наличию (или отсутствию) катализатора. По механизму превращения химические реакции можно разделить на просты обратимые, простые необратимые и сложные. В ходе обратимых химических превращений могут снова образовываться исходные продукты. Простые необратимые реакции при любых условия полностью направлены в сторону образования продуктов реакции. Сложны химические реакции состоят из нескольких простых реакций, которые могу протекать последовательно или одновременно.

По термическим условиям различают. По термическим условиям различают. 1) экзотермические; 2) эндотермические; 3) сменно-циклические. По агрегатному состоянию выделяют гомогенные (однофазные) I гетерогенные (идущие на границе раздела фаз) реакции. По наличию катализатора химические реакции делятся на каталитические I некаталитические. Наиболее важными понятиями в реакционных процессах является скорость реакции, степень превращения, выход. Скорость реакции характеризуется изменением количества вещества в ход< процесса в единицу времени. Степень превращения исходных реагентов в продукты реакции численно равна отношению количества химически превращенных исходных веществ и общему количеству исходных веществ, находящихся в реакционной смеси.

Выход - отношение количества вещества, химически превращенного I целевой продукт к общему количеству химически превращенного вещества е реакционной смеси. Выход - отношение количества вещества, химически превращенного I целевой продукт к общему количеству химически превращенного вещества е реакционной смеси. Классификация реакторов и факторы, влияющие па их конструкцию Аппараты, в которых проводят химические реакции называются реакторами Конструкция реакторов зависит от следующих основных факторов: 1) агрегатного состояния реагирующих и образующихся веществ; 2) Т; Р в реакционной зоне; 3) теплового эффекта и интенсивности теплообмена; 4) химических свойств перерабатываемых веществ; 5) интенсивности перемешивания; 6) непрерывности или периодичности процесса; 7) наличия катализатора и его состояние.

Классификация реакторов 1. Реакторы каталитических газофазных процессов. 2. Реакторы некаталитических газофазных процессов. 3. Реакторы жидкофазных процессов. 4. Реакторы для химических превращений твердых веществ. В зависимости от состояния катализатора все реакторы каталитических газофазных процессов можно классифицировать на основные группы: 1. Реакторы с неподвижным слоем катализатора. 2. Реакторы с компактным движущимся слоем шарикового катализатора. 3. Реакторы с псевдоожиженным слоем зернистого или пылевидного катализатора.

Реактор гидрирования ацетиленистых (Производство ЭБС) С2Н2 + Н2 = С2 Н4 Т=120°С; 5 Р = 22атм. Pd Реактор называется адиабатическим с объемным расширением. Конструктивно выполнен из двух отдельных аппаратов, расположенных друг на друге. Верхний аппарат снабжен люком-лазом-1, для загрузки катализатора и люком-лазом-2 для его выгрузки. Исходное сырье поступает в верхнюю часть аппарата и выводится снизу. После первой стадии (1 аппарат) гидрирования реакционная масса поступает в промежуточный водяной холодильник и с Т=80° С поступает на вторую стадию гидрирования (нижний аппарат). Нижний аппарат имеет люки-лазы-3-4 для загрузки и выгрузки катализатора.

На колосник ложится сетка, которая выдерживает Т до 600° С. Размер сетки 0,8-1,2 мм. Сетка исключает просыпание катализатора вниз. Катализатор представляет собой несколько разновидностей: а) шарики; б) гранулы; в) экструдаты. Катализатор - это глинозем, в котором содержится определенное количество металла (Рt, Pd, Ni). Катализатор выдерживает Т до 600° С Сверху катализатора устанавливается сетка, затем колосник, который упирается в верхнее упорное кольцо. В процессе работы на поверхности катализатора (на шариках) откладывается полимер (продукт полимеризации этилена). Чем выше Т по катализатору, тем больше образуется полимера. Полимер препятствует попаданию и на активные центры, т.е. катализатор теряет свою активность, поэтому необходимо произвести регенерацию. На колосник ложится сетка, которая выдерживает Т до 600° С. Размер сетки 0,8-1,2 мм. Сетка исключает просыпание катализатора вниз. Катализатор представляет собой несколько разновидностей: а) шарики; б) гранулы; в) экструдаты. Катализатор - это глинозем, в котором содержится определенное количество металла (Рt, Pd, Ni). Катализатор выдерживает Т до 600° С Сверху катализатора устанавливается сетка, затем колосник, который упирается в верхнее упорное кольцо. В процессе работы на поверхности катализатора (на шариках) откладывается полимер (продукт полимеризации этилена). Чем выше Т по катализатору, тем больше образуется полимера. Полимер препятствует попаданию и на активные центры, т.е. катализатор теряет свою активность, поэтому необходимо произвести регенерацию. Регенерация - это удаление полимера с поверхности катализатора путем выжига. С + О2= С О2 ; Рd - катализатор; С - полимер. Кислород в паровой смеси. Процесс протекает в течение 48 часов при Т=510° С. Количество воздуха доводится до 5% от количества пара. После регенерации катализатора производится снижение Т до 200°С и сушка катализатора горячим метаном до точки росы 60° С.

Реактор дегидрирования бутана в кипящем слое пылевидного катализатора Оптимальная температура процесса дегидрирования бутана в н-бутилены 560-600° С, оптимальная объемная скорость 150-200 , давление в верхней части реактора 0,13-0,15 МПа. При этом массовый выход бутиленов и бутадиена составляет 30-34% при селективности 74-79%. В процессе дегидрирования катализатор постепенно теряет свою активность из-за отложения кокса. Для восстановления активности катализатора его регенерируют; при этом происходит выжигание кокса и окисление части трехвалентного хрома до шестивалентного, а также перегрев катализатора примерно на 50° С выше температуры дегидрирования. Перегретый катализатор возвращается на дегидрирование и одновременно подводит тепло, необходимое для эндотермической реакции. Масса катализатора, циркулирующего в системе реактор - регенератор, составляет 15-17 т на 1 т получающегося бутадиена.

Принципиальная схема узла дегидрирования алтнов в алкены в частности бутана в н-бутилены, в кипящем слое пылевидного катализатора

Реактор для дегидрирования углеводородов в кипящем слое пылевидного катализатора, регенератор для восстановления активности катализатора Исходный углеводород - бутановая фракция - проходит через змеевик, находящийся над кипящим слоем катализатора в реакторе-2, частично подогревается контактными газами, затем нагревается в печи-1, обогреваемой топливным газом, и поступает в нижнюю часть реактора-2. Реактор представляет собой вертикальный полый цилиндрический аппарат диаметром 5 м и высотой 29 м. Корпус его выполнен из углеродистой стали, внутри он футерован жароупорным кирпичом, покрытым жаростойкой сталью. В нижней части реактора имеется газораспределительная решетка-10, над которой помещены 8-12 секционных горизонтальных решеток провального или колосникового типа-9. В средней части реактора установлен змеевик-12 для быстрого охлаждения ("закалки") контактных газов. В верхней части реактора установлены циклоны-2 для освобождения контактного газа от основной массы уносимой им катализаторной пыли. Перегретые пары бутаковой фракции из перегрева! ельной печи поступают под газораспределительную решетку-10 и затем через секционные решетки-9 в нижнюю зону реактора. В нижней зоне в кипящем слое пылевидного катализатора при 570-600° С происходит дегидрирование бутана в бутилен. После закалки в змеевике-12 и обеспыливания в циклонах-2 контактный газ с температурой около 580° С из верхней части реактора направляется в котел-утилизатор, а затем на установку разделения бутан-бутиленовой фракции. Давление в верхней части реактора около 0,15 МПа. Закоксованный катализатор с температурой около 500° С из нижней части кипящего слоя катализатора поступает в отпарную часть реактора, куда подается азот для удаления из катализатора продуктов реакции. Из нижней части реактора закоксованный катализатор по трубопроводу подается сжатым воздухом в регенератор. Скорость движения пылевидного катализатора в реакторе около 0,3-0,5 м/с. От температуры и объема циркулирующего катализатора зависит температурный режим реакции.

Шаровой реактор для дегидрирования бутиленов Шаровой реактор выполнен в форме шара диаметром около 6 м с решеткой для катализатора, высота слоя которого примерно 2,2 м. Корпус из стали Ст20 ' внутри футерован слоем торкрет-бетона толщиной 0,25 м. Условия и цикл работы шаровых реакторов такие же, как и у вертикальных.

Реактор для получения ДМД Формалин из колонны-1 вместе с возвратным формалином и серной кислотой поступает в верхнюю секцию реактора-2. Реакция конденсации осуществляется в жидкой фазе по принципу противотока в трубках реактора при температуре 80-100° С и давлении 1,6-2,0 МПа. В нижнюю часть секции реактора-2 навстречу потоку формалина подается жидкая изобуган-изобутиленовая фракция, которая предварительно в экстракционной колоние-4 извлекает из водного слоя растворенные в нем ДМД и триметилкарбииол. Формальдегидная шихта из нижней секции реактора-2 поступает в верхнюю секцию реактора-3, где завершается реакция конденсации формальдегида с изобугиленом: Реакторы-2 и 3 охлаждаются водой, подаваемой в межтрубное пространство реактора. Выход ДМД составляет 80-83% на превращенный формальдегид и 66-68% на превращенный изобутилен. С учетом образования побочных продуктов использование формальдегида составляет 92-96%, а изобутилена 88-92%. Продукты реакции, растворимые в воде, переходят в водный слой, нерастворимые - в масляный слой. Масляный слой, содержащий основную массу ДМД побочные продукты и непро-реагировавшие углеводороды С4, из верхней секции реактора-3 поступает вместе с погоном из колонны отгонки легколетучих органических соединений-5 на отмывку от формальдегида и нейтрализацию серной кислоты в нижнюю часть колон-ны-7, орошаемой водным раствором щелочи под давлением до 1,2 МПа. Отмытый масляный слой поступает в колонну-8 для отгонки изобутановой фракции, возвращаемой на установку дегидрирования. Кубовая жидкость из колонны-8 поступает в колонну-9, где в качестве погона отбирается" ДМД-ректификат, содержащий не менее 98% ДМД. Ректификат используется для получения изопрена, а кубовая жидкость - высококипящие углеводороды (побочные продукты) - направляются на склад. Водный слой из нижней секции реактора-3 вместе с промывной еодой, полученной после отмывки масляного слоя в колонне-7, нейтрализуются щелочью и поступают в экстракционную колонну-4, где свежая изобутан-изобутиленовая фракция извлекает из водною слоя часть растворенных в нем органических соединений. К этому водному слою можно добавить и сточную воду из узла переработки водного слоя-6. Затем водный слой поступает в колонну-5, в которой производится отгонка растворенных в нем ДМД, триметилкарбинола, метанола и других соединений. Погон колонны-5 присоединяется к масляному слою из реактора-3. Из колонны-5 водный слой вместе с водным слоем из цеха разложения ДМД поступает на переработку в узел-б, где производится рекуперация формалина, возвращаемого на синтез, ДМД, в колонну-1, и выделение высококипящих продуктов. Сточная вода, направляется на химическую водоочистку. Узел-б состоит из колонны упарки формалина, колонны концентрирования формальдегида и установки экстракции высококипящих побочных продуктов. Основным аппаратом данного процесса является реактор для получения ДМД. Этот аппарат состоит из трех основных частей: нижней секции, трубчатого реактора и верхней секции. Реакция происходит в трубках реактооа при температуре 80-100о С и давлении 1,6-2,0 МПа. Охлаждение производится водой, подаваемой в межтрубное пространство реактора. Ввиду агрессивности реакционной среды весь аппарат выполнен из кислотоупорной стали, только кожух трубчатки выполнен из углеродистой стали СтЗ.