Реакторы для проведения процессов в гомогенной газовой среде

Реакторы смешения. Перемешивание газов в таких реакторах осу­ществляется за счет конвекции в реакционном объеме или путем принуди­тельной циркуляции с помощью встроенных вентиляторов.

На рис. 7.5 в качестве примера показан адиабатический реактор с кон­векционным перемешиванием для проведения реакций в гомогенной газо­вой фазе, используемый в технологическом процессе термического хлори­рования метана. При пуске реактора в работу перед подачей сырья реакци­онная камера разогревается за счет сжигания метана в горелках 7. Смесь реагентов (метан и хлор) поступает в реактор нагретой до требуемой тем­пературы, обеспечивающей их химическое взаимодействие. Процесс про­текает без наружного теплообмена. Внутренняя насадка 5, аккумулирую­щая теплоту, служит для увеличения динамической устойчивости техноло­гического режима.

Указанный тип реакторов, применяемых для проведения газовых ре­акций при высоких температурах и в агрессивных средах, имеет следую­щие достоинства: отсутствие теплообмена через стенку; надежное обеспе­чение тепловой и коррозионной защиты корпуса; высокую динамическую устойчивость технологического процесса. Недостатки: низкая селек­тивность (протекание нежелатель­ных реакций); недостаточно высо­кая скорость превращения исходно­го сырья; ограниченная возмож­ность регулирования процесса, свя­занная с постоянством состава ис­ходной сырьевой смеси; неравно­мерность температурного поля в объеме реактора. Последние два не­достатка ликвидируются при ис­пользовании систем принудитель­ной циркуляции газовой смеси, но при этом возникают трудности с те­пловой и коррозионной защитой.

Реакторы вытеснении. При­мерами таких реакторов служат трубчатые реакторы для пиролиза и термического крекинга змеевикового типа, аналогичные трубчатым на­гревательным печам (см. рис. 5.16). Реактор парофазного пиролиза неф­тепродуктов представляет собой пу­чок длинных труб (длиной 10-12 м) небольшого диаметра (80-120 мм), обогреваемых снаружи топочными газами. Современные пиролизные печи имеют в одном корпу­се 4—5 топочных камер, в которых заложено до 16 параллельно работающих змеевиков. Трубы змеевика в за­висимости от места расположения в печи делятся на 4 зоны: предваритель­ного нагрева и испарения сырья, перегрева пара, высокотемпературную конвекционную и радиантную зону. Температура реакционной смеси по мере ее продвижения по трубам постепенно повышается с 200°С до 800-850⁰С.

Кдостоинствам трубчатых реакторов для проведения газофазных ре­акций относятся: интенсивный регулируемый теплообмен через стенку трубы; оптимальный температурный режим; высокая селективность про­цесса при отсутствии продольного перемешивания потока. Недостатки: ог­раниченность температуры процесса жаропрочностью материала труб; большое гидравлическое сопротивление реактора; образование отложений кокса на внутренней поверхности труб, что приводит к ухудшению тепло­обмена, увеличению гидравлического сопротивления, т. е. создаются усло­вия для прогара труб.