Tải xuống tệp đính kèm gốc 17.6. CÁC LOẠI VÀ MÔ HÌNH VỀ CÁC THIẾT BỊ PHẢN ỨNG: Hầu hết các loại thiết bị giữ và kết nối đều đã được sử dụng như thiết bị phản ứng hóa học, từ các vòi phun và bơm ly tâm đến hầu hết các tháp chi tiết hóa và các chùm ống. Phần này dành cho các đặc tính cơ bản của các loại thiết bị phản ứng chủ yếu, và cũng cung cấp một thư viện các loại thiết bị phản ứng đã được sử dụng. Điểm khác biệt rõ nhất là giữa các quá trình vận hành dạng gián đoạn và liên tục và giữa các loại pha mà chúng được tiếp xúc. Một kiểu phân loại thích hợp cho các loại thiết bị phản ứng trên cơ sở hai đặc điểm khác biệt được cho ở hình 17.7. Khi có hỗn hợp không đồng nhất , tốc độ chuyển hóa thường bị giới hạn bởi tốc độ chuyển khối qua bề mặt giữa hai pha, vì thế có một bề mặt phân cách pha lớn là điều mong muốn. Do đó, các chất phản ứng hoặc xúc tác rắn được phân tách hoàn toàn, và chất lỏng tiếp xúc được đẩy với máy khuấy cơ hoặc trong tháp đĩa / đệm hoặc trong các bơm ly tâm. Sự vận chuyển nhanh chóng các chất phản ứng đến bề mặt trao đổi nhiệt bởi việc khuấy hoặc bơm làm tăng cường quá trình truyền nhiệt và giảm tác hại của chênh lệch nhiệt độ. Quá trình gián đoạn được sử dụng chủ yếu khi thời gian phản ứng dài hoặc lượng sản phẩm yêu cầu hàng ngày nhỏ. Thiết bị gián đoạn tương tự thường được dùng để tạo ra nhiều loại sản phẩm ở các thời điểm khác nhau. Mặt khác, nó không thể phổ thông hóa như điểm chuyển tiếp kinh tế từ quá trình gián đoạn sang quá trình liên tục. Một hoặc nhiều thiết bị gián đoạn cùng với các bể tràn thích hợp có thể được sử dụng để mô phỏng quá trình liên tục trên cơ sở một ngày hoặc lâu hơn. THÙNG KHUẤY Các thùng khuấy là loại thiết bị phản ứng gián đoạn phổ biến nhất. Loại quan trọng chủ yếu được cho ở hình 17.8 và 10.1, và các kiểu điều khiển mức ở hình 3.6. Quá trình khuấy để trộn các hợp phần ban đầu, để đạt được đồng nhất trong suốt phản ứng, và để tăng cường quá trình truyền nhiệt ở tường bao hoặc các bề mặt bên trong. Thiết bị phản ứng ở hình 17.9(b) xử dụng một bơm tuần hoàn để trộn các hợp phần bên trong bể và để truyền nhiệt trong một thiết bị trao đổi bên ngoài. Bơm tuần hoàn hoặc hồi lưu nhìn chung có thể được sử dụng để thích nghi với các loại bể chứa khác để phục vụ như kiểu thiết bị phản ứng gián đoạn; ví dụ, tất cả các loại bể dạng đệm ở hình 17.10(a)-(e). Một thiết bị phản ứng bơm tuần hoàn dòng chảy màng được sử dụng cho quá trình polyme hóa etylen; khi polyme được tạo ra, dòng chảy bị giảm đến tốc độ thấp hơn rất nhiều so với tốc độ tuần hoàn, vì thế kiểu làm việc của thiết bị này gần như quá trình gián đoạn. Một số thiết bị phản ứng công nghiệp có thiết bị khuấy được cho ở hình 17.10: (b) phù hợp cho các vật liệu nhão, (c) cho các vật liệu có tính nhớt, và với tốc độ tuần hoàn cao (d) phù hợp cho sự tiếp xúc gần của các chất lỏng không thể trộn lẫn như các hydrocarbon với dung môi nước. Nhiều ứng dụng của thiết bị phản ứng có bình khuấy là quá trình liên tiếp, kể cả với bể đơn hoặc đa bể sắp xếp như trong hình 17.9 © (d). Hiểu biết về khả năng sử dụng một bể khuấy đạt được độ trộn lẫn hoàn toàn là cần thiết để có thể đánh giá được hiệu quả của nó như một thiết bị phản ứng. Trường hợp giới hạn khác là của dòng khối, trong đó các chất không phản ứng có cùng thời gian lưu. Độ khác biệt từ các trường hợp giới hạn trong hỗn hợp hoàn toàn (trong CISTR) và trộn không hướng tâm (trong một PFR) được đánh giá với sự phân bố thời gian lưu (RTDs) trên cơ sở phân tích qua phép kiểm tra chỉ thị. Hiện nay, phân bố thời gian lưu không có được mối tương quan tốt với các hệ số hoạt động hay thiết kế, nhưng kỹ thuật là giá trị dự đoán với các thiết bị có sẵn. Trạng thái CISTR (thiết bị phản ứng khuấy lý tưởng) được chấp nhận khi thời gian lưu trung bình bằng 5-10 lần thời gian khuấy trộn, khoảng thời gian còn lại là cần thiết để đạt được độ đồng thể cho một hỗn hợp với một vài đầu vào. Thường thường thì đạt được 50-200 vòng đối với một cánh khuấy thực đã được thết kế. Mặc dù thời gian pha trộn trở thành một đối tượng của rất nhiều nghiên cứu trong tài liệu (Westerterp et al., 1984, p. 2541), không kết quả tổng quát hóa nào có được đưa ra. Thời gian pha trộn phụ thuộc vào hình dạng bề ngoài và tốc độ và công suất của máy khuấy. Một cánh khuấy ở phía trên và tua-bin ở phía dưới trên cùng một trục, các vách ngăn được cố định vào tường của bể chứa, và có một tuabin phụ trên trục cho sự tuần hoàn hiệu quả của các thành phần là một cơ sở cho sự thiết kế. Tuy vậy, việc thiết kế hợp lý cho thiết bị pha trộn là có thể, nhưng trong trường hợp có tính quyết định các chuyên gia phải được cố vấn thêm. Chương 10 cũng nói về vấn đề này. Năng suất đầu vào trên đơn vị thể tích và tốc độ đầu cánh quạt thì thường được sử dụng đo cường độ khuấy, tỉ lệ thích hợp của kích thước ống và vách ngăn. Biên độ thích hợp cho một số điều kiện phản ứng được cho ở bảng sau: Hoạt động kW/m 3a Tốc độ đầu cánh (m/s) Pha trộn 0.05-0.1 Phản ứng đồng thể 0.1-0.3 2.5-3.3 Phản ứng với sự truyền nhiệt 0.3-1.0 3.5-5.0 Khí-lỏng, lỏng-lỏng 1-2 5-6 Bùn nhão 2-5 a 1kW/m 3 = 5.08 Hp/1000gal Hệ số truyền nhiệt trong bể khuấy hoạt động được thảo trong phần 17.7. Đối với một lượng nạp và độ chuyển hóa cho trước, thể tích tổng của một CSTR giảm theo số bậc, nhanh chóng tại bậc đầu tiên và sau đó là chậm hơn. Khi phản ứng là bậc 1, ví dụ như r = k.C, tỷ lệ của thể tích toàn phần thiết bị phản ứng V r của n số bậc trên lưu lượng nguyên liệu V o ’ được tính bởi công thức: Tại các độ chuyển hóa 95-99%, một vài giá trị từ phương trình này là Khi chi phí của các điều khiển bổ sung, các máy khuấy, và các bơm có thể tính toán cân bằng tiết kiệm trong thể tích, 4 hoặc 5 khoang trong một bộ thử bình thường là một giá trị tối ưu, nhưng một số lớn hơn số bậc có thể có giá trị kinh tế với một thiết kế ống đơn trong hình 17.9 (d), đăc biệt là khi số bậc thì kém hiệu suất hơn trường hợp một bậc lý tưởng. Đối với một vài mục đích nó được cho là đầy đủ để giả định mà một bộ của 5 hoặc hơn các CSTR là một tiệm cận gần nhất với một thiết bị phản ứng đẩy. Thiết bị phản ứng dòng ống thì nhỏ hơn và rẻ hơn dãy thiết bị khuấy, thậm chí là với vỏ ống đơn. Cho hệ số phản ứng bậc 1 tỷ số thể tích của một CSTR n bậc và một PFR được trình bày bởi Ví dụ, khi n = 5 và độ chuyển hóa 99%, tỷ số là 1.64. Với phản ứng bậc 2 và các bậc khác một nghiệm số cho tỷ số là cần thiết, 1 trong số đó được biểu diễn bởi hình 17.12. Với phản ứng bậc 2 thì tỷ số là 1.51 tại 99% độ chuyển hóa với 5 bậc. Một khác biệt rõ ràng giữa các bộ CSTR và PFR là sựu phân bố sản phẩm với phản ứng phức tạp. Trong trường hợp đơn giản, ví dụ như AB C, hiệu suất sản phẩm trung gian B thu được trong PRF cao hơn trong một CSTR đơn. Nó thì không thể khái quát hóa hoàn toàn các kết quả, vì thế mỗi hệ thống phản ứng đại số riêng lẻ phải được tìm ra để tạo một chế độ làm việc tốt nhất. THIẾT BỊ PHẢN ỨNG THEO DÒNG CHẢY ỐNG Trạng thái lý tưởng của thiết bị phản ứng theo dòng ống có (TFR) là dòng đẩy lý tưởng, trong đó tất cả những phân tử không phản ứng có thời gian ổn định cân bằng. Bất kỳ khuấy trộn trở lại nào xảy ra đều là ngẫu nhiên, là kết quả của sự chảy rối tự nhiên hoặc được gây ra bởi sự cản trở của các khúc quanh đến dòng chảy bởi các hạt xúc tác nhỏ hoặc đệm tháp hoặc các bộ phận phụ bên trong các bể. Tác động của sự cản trở có thể là 2 cái mặt, tuy nhiên, trong đó một số bộ phận khấy ngược có thể xảy ra, nhưng trong toàn bộ thì xem gần giống như dòng đẩy được mở rộng vì trong phạm vi lớn sự chảy rối được hạn chế. Mọi yêu cầu của việc khuấy trộn ban đầu các chất phản ứng được thực hiện trong vòi khuấy hoặc thiết bị khuấy trong dòng. Kết quả của phản ứng hóa học, gradien nồng độ và nhiệt độ được phát triển trong các thiết bị phản ứng có dòng chảy ống trực tiếp theo hướng trục. Các TFR có thể là các ống tròn có đường kính từ 1 đến 15cm hoặc hơn hoặc có thể là các bể có đường kính đo theo đơn vị mét. Hình 17.13 là các loại khác nhau của các hệ bể. Các ống đơn của thiết bị phản ứng có chiều dài hơn 1000m đã được sử dụng, trong các trường hợp chúng được uốn dạng cong như trên hình 17.14 (f) và 17.15 (c). Bán kính của các bộ phận là một kết quả của sự cân đối giữa giá của vật liệu, giá của bơm, và yêu cầu về nhiệt. Trong một số trường hợp có thể là cần thiết để tránh vùng dòng chảy quá độ, mà có chỉ số Re ở mức 2300-4000 hoặc hơn, nếu phản ứng là phức tạp và một độ dài của thời gian ổn định là có hại. Khi một số ống trong song song được cần đến, một hệ thống lồng ống được sử dụng thực hiện sự truyền nhiệt: bể sau đó có thể được để ý như một thiết bị trao đổi nhiệt trong đó một phản ứng xảy ra ngẫu nhiên. Sự truyền nhiệt đến các ống đơn được hoàn thiện với các lớp bảo ôn trong hình 17.14 (f) và trong một bộ gia nhiệt đốt trong hình 17.15 (c). Một số trong thiết kế của bộ gia nhiệt đốt trong thì thích hợp cho phản ứng nhiệt phân và các phản ứng có nhiệt độ cao khác được minh họa trên hình 17.16. Trong quá trình sản xuất Phenol, mono Clobenzen, và các dung dịch kiềm ăn da được phản ứng ở 320 o C và 200atm trong chùm ống có đường kính 10 cm hoặc hơn trong một bộ gia nhiệt. Nói chung, cấu trúc các TFR được bắt nguồn từ sự cần thiết phù hợp các quá trình truyền nhiệt khi có mặt xúc tác dạng hạt. Các bố trí có thể được minh họa trong hình 17.3 và ở trong phần này. Một số thiết bị phản ứng có dòng bất thường được biểu diễn trong hình 17.14. Thời gian lưu trong các đơn vị đối với phản ứng nhiệt phân ở nhiệt độ cao để sản xuất acetylen và elylen và cho phản ứng oxy hóa amoniac được tính toán bằng phần giây: acetic anhydrit được sản xuất bởi sự khuấy trộn nhanh các chất phản ứng trong một bơm ly tâm: NO được hình thành tại nhiệt độ rất cao trong một lò điện: và etylen được polyme hóa tại các áp suất cao hoặc thấp trong 2 phần biểu diễn. Hình 17.10. Các loại chế độ pha trộn trong thiết bị phản ứng có khuấy thương mại. (a) Hơi vỏ tự động chưng, 120 gal, 200 psig, 300 0 F (courtesy Blaw-Knox Co.). (b) khuấy trộn nằm ngang, 650 gal, 100 psig (courtesy Blaw- Knox Co.). (c) thiết bị sunfonat hóa [Groggins. Courtesy McGraw-Hill, New York]. (d) Thiết bị pmkhản ứng thay đổi nhiệt nằm ngang (courtesy Stratford Engineering Corp. Patents issued and pending). Hình 17.11. Phân loại các bộ đóng cắt cho phản ứng của các khí với lỏng, các cái này cũng tiện dụng cho các phản ứng mà chất lỏng không trộn lẫn được. Bình: (a) với 1 bộ khuấy dẫn khí: (b) với các cánh khuấy có màng ngăn: (c) với các ống hút: (d) với đầu vào của khí đi qua một cần có rãnh xoay: (e) Với ống khuếch tán cho các phản ứng nhanh. (f) máy bơm tua bin tự mồi như một thiết bị vừa phản ứng vừa pha trộn. (g) khoang đa bơm phun. Tháp: (h) tháp màng rơi dòng chảy song song: (i) Tháp phun với pha khí tuần hoàn: (j) tháp đệm với dòng chảy song song: (k) tháp đĩa với dòng chảy ngược. (l) một hệ thống truyền nhiệt kiểu 2 ống xử dụng như một thiết bị phản ứng hình ống. CÁC THIẾT BỊ PHẢN ỨNG KHI-LỎNG: Trừ các trường hợp chất lỏng có khả năng bay hơi cao, các phản ứng giữa các khí và các chất lỏng diễn ra trong pha lỏng, tiếp đó một sự vận chuyển của các chất khí tham gia đi qua màng khí và lỏng. Vận tốc chuyển khối luôn luôn là một chỉ tiêu chính hoặc là giới hạn trong tất cả các quá trình chuyển đổi. Dĩ nhiên thiết bị để các phản ứng tương tự như hấp thụ các khí trơ thường được gọi là các tháp và các bình khuấy. Hình 17.11 minh họa ở dạng các loại thiết bị phản ứng lỏng hơi. Hình 17.17 biểu diễn các ví đặc biệt cho các thiết bị phản ứng: Trong quá trình tổng hợp butynediol, acetylen tại áp suất cao được sục vào trong fomanldehit lỏng tại nhiều vị trí dọc theo một tháp trong (a). Nhiệt được hấp thụ của Nitro oxit trong nước để tạo ra axít nitric được loại bỏ theo 2 con đường trong thiết bị (b) và (e). Các chất béo được hidro hóa trong một hệ thiết bị phản ứng có khuấy (c) và dưới điều kiện gián đoạn trong một khoang có khuấy và làm lạnh trong (d). Một thiết bị phản ứng dạng màng mỏng được sử dụng cho phản ứng sunfo hóa dodecylbenzen với SO 3 trong (f). Hidro được khuấy tuần hoàn trong một ống thông nhằm chuyển hóa nitrocaprolactarn trong (g). Dạng ống chùm được sử dụng cho phản ứng amoniac và axít adipic trong (h). Các phản ứng giữa chất khí và chất lỏng có thể có cả các chất rắn, như một chất phản ứng hoặc xúc tác. Bảng 17.9 liệt kê một số ví dụ. Vôi bột/vôi vữa là vượt trội cho việc khử SO 2 từ ống dẫn khí của các nhà máy. Trong trường hợp này tốc độ phản ứng được điều khiển bởi vận tốc chuyển khối thông qua màng khí. Một số khí hiện nay trong các khí thải được tái sinh bằng sự rửa khí với sự hấp thụ hóa học để hình thành các hợp chất dạng lỏng: chất hấp thụ sau đó có thể được tái sử dụng bằng cách nâng cao nhiệt độ hoặc hạ thấp áp suất trong 1 bộ tái sinh. Các hợp chất lỏng này có thể sử dụng đáng kể áp suất sau trong tháp hấp thụ khi thiết bị đó đã tính toán lại kích thước. Trong tất cả các trường hợp, một giới hạn về kích thước của thiết bị phản ứng có thể được đưa ra trên cơ sở hiệu suất truyền khối và áp suất đưa về 0, nhưng một kích thước xác định theo phương này có thể rất lớn trong một số trường hợp để được kết quả về kinh tế. Các phương pháp thiết kế cho thiết bị chuyển khối ở trong các chương khác của quyển sách này. Dữ liệu cho việc thiết kế các thiết bị phản ứng khí-lỏng hoăc các quá trình hấp thụ hóa học có thể được viết ở trong quyển như các quyển viết bởi Astarita, Savage, and Bisio (Gas Treating with Chemical Solvents, Wiley, New York, 1983) và Kohl và Riesenfeld (Gas Purification, Gulf, Houston, TX, 1979). Hình 17.13. Các thiết bị phản ứng xử dụng xúc tác nhiều đệm: (a) đoạn nhiệt: (b) phun nóng lạnh xem kẽ: (c) vỏ và ống: (d) thiết bị thay đổi nhiệt xen kẽ được lập sẵn: (g) thiết bị phản ứng đoạn nhiệt nhiều lớp vỏ với các tầng đốt gia nhiệt: (h) xúc tác Pt, cải tạo lớp cố định cho tỷ số nạp là 5000bpsd: thiết bị phản ứng 1 và 2 có đường kính là 5.5 ft với chiều cao 9.5 ft và thiết bị phản ứng 3 là 6.5 * 12.0 ft CÁC THIẾT BỊ PHẢN ỨNG LOẠI ĐỆM CỐ ĐỊNH Các loại đệm cố được sử dụng khi các hạt xúc tác trong giới hạn đường kính từ 2-5 mm. Các bình chứa các hạt rắn trơ với mục đích duy nhất là cải thiện quá trình chuyển khối giữa pha và phát triển trạng thái dòng chảy khối là không được đề cập ở trong mục này. Các ứng dụng khác của các đệm trơ cố định là cho mục đích của truyền nhiệt, như trong các bộ sỏi gia nhiệt và các đệm nhiệt dạng hạt. Xúc tác trong một thiết bị phản ứng có thể được nạp vào theo nhiều đường, như là: 1. Một đệm đơn lớn, 2. Một vài đệm nằm ngang, 3.ống đệm trong một lớp vỏ đơn. 4. Một lớp đệm với các ống cố định, 5.Các đệm trong các vỏ bọc riêng biệt. Một số được minh họa trong hình 17.13 và 17.18. Dải thiết bị lớp đệm là chủ yếu vì sự cần thiết cho việc điều khiển nhiệt độ bằng sự truyền nhiệt tương xứng, nhưng cũng cho sự phân bố lại dòng chảy hoặc để điều khiển tổn thất áp suất. Có một ít đệm cố định mà không có dự phòng cho truyền nhiệt. Chỉ khi nhiệt của phản ứng bé nó có thể điều chỉnh nhiệt độ đầu vào như là thiết lập chế độ đoạn nhiệt là khả thi: phản ứng khử hydro của butan là một ví dụ, được làm việc theo cách trên. Vì quá trình sản có tính lịch sư lâu dài và qui mô toàn thế giới, công nghệ sản suất axít sunfuric và amoniac đã có các sáng tạo đặc biệt về thiết bị phản ứng. Một số bản thiết kế cho sự oxy hóa SO 2 được minh họa trong hình 17.19. Những khác biệt cơ bản của chúng là trong chế độ điều khiển nhiệt độ và nhằm thu được tốc độ thích hợp cho phản ứng tại nhiệt độ cao và độ chuyển hóa mong muốn tại nhiệt độ thấp. Hình 17.19 (g) biểu diễn profile thiên nhiệt độ đạt được trong thiết bị, và hình 17.20 trình bày biểu đồ điều khiển nhiệt độ trong sản suất SO 3 , amoniac và metanol. Một sự lựa chọn cho thiết bị phản ứng amoniac được minh họa trong hình 17.21 và 17.22. Các bể này tích hợp kỹ lưỡng để giữ nhiệt độ đều đặn. Đặc tính cơ bản của dòng được dự báo trong hình 17.21 (a), và một số propile nhiệt độ có trong hình 17.22 (d) và 17.23 (e). Với chế độ hiện đại dung tích cao trong các bộ phận đơn, các thiết bị phản ứng với đường làm việc ngắn qua xúc tác và áp suất nhỏ hơn 200atm được ưu tiên. Dữ liệu so sánh các hiệu năng dưới một khoảngđiều kiện được tổng kết trong hình 17.22. Hiệu ứng nhiệt cũng là một thành phần chính trong việc thiết kế các thiết bị phản ứng cho việc chế tạo các nhiên liệu tổng hợp. Các đơn vị trong hình 17.24 cho sự tổng hợp metanol và gasoline là các dạng lớp cố định tiêu biểu. Các xúc tác cho phản ứng reforming cải tạo chỉ số octan thấp của naphtha trong xăng trong sự hiện diện của hydro để làm chậm quá trình cốc hóa cacbon trên xúc tác. Nhiệt độ lên đến 500 o C và áp suất là 35atm là cần thiết. Đại diện cho các thiết bị phản ứng được trình bày trong hình 17.25 Vật liệu cung cấp cho máy để các thành phần thường có thể tách lưu huỳnh: một thiết bị phản ứng dược xử dụng ở hình 17.26 hỗn hợp lưu huỳnh được hydro hóa thành hydrosunfit, mà thực sự được khử. Dòng lưu chất đi qua thiết bị phản ứng có lớp đệm cố định thường giảm dần. Sự thay thế các lưới cho việc đỡ các lớp xúc tác trong các bể, một cái giá có các kích thước riêng biệt trong vật liệu cố định được sử dụng, như được minh họa trong hình 17.27. Các lưới đỡ trở thành đệm bằng những hạt xúc tác nhỏ. Một cách bố trí giống nhau được xử dụng tại nhóm để cản trở sự rối loạn của các bậc xúc tác bằng tốc độ lưu chất cao. Hình 17.14 Một số hình trạng thiết bị phản ứng bất thường. (a) bình đốt cháy tạo etylen và acetylen từ hydrocarbon lỏng [Putton etd., Pet Refin 3ir (ll) B O 9 (1958) ]. (b) thiết bị phản ứng đệm dạng vòm cho phản ứng oxy hóa amoniac, xử dụng lưới Pt-Rh [GilZespie and Kenson, Chemtech, 625 (Oct. 1971) ]. (c) buồng đốt Schoenherr cho việc cố định nitro ở khí quyển. (d) sản phẩm của anhydrit axít acetic và etenon dạng khí trong một bơm pha trộn. (e) thiết bị phản ứng Phillips cho phản ứng polyme hóa ở áp suất thấp của etylen (thiết bị phản ứng có ống tuần hoàn khép kín). (f) phản ứng polyme hóa etylen ở áp suất cao. ĐỆM DI CHUYỂN Trong các bể chứa các vật liệu dạng hạt hoặc miếng di chuyển dọc xuống theo khối lượng. Chất rắn có thể là một chất phản ứng hoặc xúc tác hoặc một chất tải nhiệt. Phản ứng trên hình 17.28 (a) được xử dụng cho việc ổn định nitro trong không khí ở khoảng 4000 o F. Các viên đá ổn định nhiệt được đốt bằng cách tiếp xúc trực tiếp với khí đốt, rớt vào vùng phản ứng không khí. Sau đó được tuần hoàn bằng thiết bị đẩy để trở lại vùng nung. Việc xử lý khí phải ngưng tại ở tốc độ khoảng 25000 o F/giây để lấy lại nồng độ khoảng 1% nitro oxit. Trong một chế độ hoạt động khác , 2 bộ phận được sử dụng đồng thời, một được nung nóng trong khi cái khác thì phản ứng. Thiết bị sỏi nhiệt, hình 17.28 (b) được sử dụng trong cùng một cách thức, ứng dụng của nó để nhiệt phân dầu để tạo etylen cũng không chứng tỏ sự cạnh tranh và đã bị từ bỏ. Các bộ phận sử dụng ở trong hình 18.28 (c) được sử dụng tại một thời điểm trong quá trình xúc tác craking của dầu khí. Xúc tác được vận chuyển giữa khoang tái sinh và khoang phản ứng với guồng hoặc khí nâng. Một số dữ liệu cho thiết bị được xác định với biểu đồ này. Hai ví dụ trong đó chất rắn đá phiến dầu là chất phản ứng được minh họa trong hình 17.29. Đá phiến dầu đã nghiền được cho vào trên đỉnh, không khí và khí nguyên liệu được cho vào đáy. Khi đá di chuyển xuống dần tầm một nhiệt độ khoảng 900 o F, kerogen bị phân hủy thành hơi dầu và khí và cặn carbon. Có nhiều bản thiết kế về mô hình nhà máy chưng cất, nhưng chỉ phần thương mại hiện nay ở trong USSR và Trung Quốc. Hình 17.15. Một thiết bị gia nhiệt như một thiết bị phản ứng nhiệt độ cao. (a) bố cục của các ống và các buồng đốt, (1) ống bức xạ: (2) mảng bức xạ: (3) chùm: (4) các ống có khoang đối lưu (Sukhanov, Petroleum Processing, Mir, Moscow, 1982). (b) các mảng khoang bức xạ: (1) hốc: 2-gốm đục lỗ hình chữ V: 3-ống: 4-bơm phun:5-đầu phun nhiên liệu khí: (6) van tiết không khí (Sukhanov, Petroleum Processing, Mir, Moscow, 1982). (c) ống đốt lò cracking cho sự chế biến etylene từ naphatha. LÒ NUNG VÀ LÒ ĐỐT Các bộ phận này chủ yếu dùng ở nhiệt độ cao, lò nung lên tới 2500 0 C và lò luyện lên tới 4000 o F. Thông thường thiết bị được lót bằng tấm thép với gốm, một số lên đến vài fit về chiều dày. Lò nung thẳng đứng được sử dụng cho các vật liệu mà không chảy hoặc không bị mềm ra như là nung đá vôi và donomit. Rất nhiều quy trình hoạt động và gián đoạn: chất rắn sạch được nạp vào trong lò đốt, nhiệt sẽ đốt cháy sản phẩm cho đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, và sau đó đổ vào. Lò nung vôi trong hình 17.30 (c), nó hoạt động liên tục như thiết bị phản ứng có đệm xúc tác di chuyển. Các bình này có đường kính từ 8 đến 15 ft và chiều cao là 50-80 ft. Để nung vôi, nhiệt độ cao nhất vào khoảng 2200 o F, mặc dù sự phân hủy tiếp tục xả ra tự do tại 1850 o F. Nhiên liệu cung cấp có thể là than cốc được trộn với các đá vôi nếu hoàn toàn bị vôi hóa có thể cho phép bổ sung thêm sỉ lò, hoặc nhiên liệu khí hoặc lỏng. Tốc độ không gian là 0.8-1.5 lb CaO/ (giờ) (ft 3 của lò nung), hoặc 45-100lb CaO/ (giờ) (ft 2 của mặt cắt lò nung), sự phụ thuộc vào kích thước và tính hiện đại của lò nung, phương pháp đốt, và kích thước khối mà ở trong khoảng 4-10 in. Các lò nung dạng quay có những ứng dụng cho các thiết bị phản ứng: giữa sự phân chia tốt các chất rắn (xi măng), giữa các chất lỏng và chất rắn ( hạt muối từ muối của axit sulfuric), giữa các khí và các chất rắn, và cho sự phân hủy các chất rắn (SO 3 và thạch anh từ CaSO 4 ). Lò nung là một cái xilanh hẹp dài với tỷ lệ chiều dài/đường kính là10-20. Các lò nung thông dụng thì dài từ [...]... hoàn các chất béo (d) thiết bị phản ứng có khuấy cho phản ứng hydro hóa theo đợt của các chất béo (e) quá trình hấp thụ nitro oxide trong tháp đĩa (f) một thiết bị phản ứng màng mỏng để tạo dodecylbenzen sunfonat với SO 3 (g) thiết bị phản ứng có khuấy cho phản ứng hydro hóa caprolactan (h) thiết bị phản ứng có buồng đốt để tạo adiponitrit từ axít adipic trong sự có mặt của axít photphoric BẢNG 17.9 .Các. .. đốt rộng 13 ft và dài 40ft có năng suất vào khoảng 10 tấn/h thép với thời gian lưu là 10 h Thể tích khoang đốt vào khoảng 5000 cuft và thể tích tất cả bộ tái tạo vào khoảng 25000 cuft HÌNH 17.17 Các ví dụ về thiết bị phản ứng cho các quá trình lỏng-khí đặc biệt (a) thiết bị phản ứng nhỏ giọt để tổng hợp butinediol có đường kính 1.5 m và cao 18m (b) thiết bị hấp thụ Nitro oxit trong các cột đệm (c)... phần tham khảo ở chương 6 Hình 17.20 Điều khiển nhiệt độ trong các thiết bị phản ứng đa đệm giống như để tận dụng các tốc độ cao của phản ứng ở nhiệt độ cao và sựu biến đổi cân bằng thuận tiên hơn tại các nhiệt độ thấp (a) các đường cân bằng của phản ứng đoan nhiệt và phản ứng đẳng nhiệt trên biểu đồ cân bằng cho quá trình tổng hợp amoniac (b) sự oxy hóa SO2 trong thiết bị phản ứng có 4 tầng đệm tại áp... Trang thiết bị điều khiển chính của các hệ thống cạnh nhau được biểu diễn trên hình 3.6 (h) Các bể xúc tác chất pha lỏng rất lớn Kích thước và cách vận hành của một đơn vị nhiệt dung (khoảng 50, 000 BPSD, 60hg/s) được biểu diễn trong hình Dữ liệu khác cho một thiết bị phản ứng cần 15, 000 BPSD thì có đường kính là 25 ft và dài 50 ft Sự tắc nghẽn xúc tác và các dữ liệu khác như một thiết bị phản ứng thiết. .. bên ngoài và bên trong ống và khớp nối (c) thiết bị phản ứng đa đệm, làm lạnh với chất tải khí với áo xoắn (d) ống và khớp nối cho việc chống cấp lại sản phẩn và cho sự truyền nhiệt cho môi trường (e) BASF-Knietsch, với các ống có đệm tự động cấp nhiệt và sự thay đổi bên ngoài (f) thiết bị phản ứng Sper với sự trao đổi nhiệt bên trong bề mặt (g) hệ thống thiết bị phản ứng Zieren-Chemiebau và biến dạng... khác Cơ chế phản ứng qua lại giữa xúc tác và khí trong đệm lỏng lớn là rất phức tạp và không tương xứng với các yếu tố thiết kế Trong thiết bị tự đệm, các bọt khí đường kính lớn, nhiều và được tưới bởi các hạt xúc tác Quá trình này xảy ra song song với đệm hỗn hợp lỏng Phía trên các đệm và trước cửa xúc tác được tuần hoàn trong các cyclon, các phản ứng xảy ra trong pha lỏng dòng đẩy lý tưởng Các đặc trưng... cuốn vào liên hồi thông qua các khoang phản ứng và được tách riêng ra trong một khoang tiếp theo Một ứng dụng rộng rãi nhất của sự hóa lỏng là có quá trình cracking xúc tác của các phân đoạn dầu mỏ Vì các xúc tác thoái hóa trong một vài phút, nó được xoay vòng liên tiếp giữa khoang phản ứng và khoang tái sinh Hình 17.31 (a) là một kiểu của các thiết bị như vậy Thiết bị tripper hơi nước là cho sự loại. .. được hiểu rõ, việc thiết các phản ứng hóa học được thực hiện rộng rãi trên các nhà máy pilot khá lớn và trên cơ sỏ các kinh nghiệm tương tự của các thiết kế trước trong lĩnh vực này Các quá trình lỏng không xác tác Winkler cho quá trình khí hóa của than đá trong năm 1921 Các quá trình không xúc tác, và một số quá trình thực tế khác được liệt kê trong bảng 17.9 Một vài thiết bị phản ứng không xúc tác... Trong sự tương phản để đệm pha đặc của một thiết bị phản ứng lớn, trong nó sự pha trộn có thể gần như lý tưởng, đường truyền chiết suất loãng thì gần hơn trong dòng đẩy lý tưởng Do đó, một khoang phản ứng nhỏ hơn nhiều thỏa mãn: hơn nữa, sự phân bố sản phẩm tốt hơn và hiệu suất về lượng gasoline lớn hơn Các dạng tương tự của thiết bị phản ứng được biểu diễn ở trong hình 17.31 (c) và (d) của các quá trình... bằng cracking nhiệt clometylsilen Hình 17.18 Truyền nhiệt trong các thiết bị phản ứng tháp đệm cố định: (a) đun nóng sơ bộ thích hợp: (b) sự trao đổi nhiệt bên trong: (c) vành không gian lạnh: (d) các ống có đệm: (e) áo đệm: (f) ống và khớp nối: (g) sự trao đổi nhiệt bên ngoài: (h) nhiều lớp vỏ, với sự truyền nhiệt bên ngoài (Walas, 1959) Hình 17.19 Các thiết bị phản ứng dùng để oxy hóa lưu huỳnh dioxit: . 17.6. CÁC LOẠI VÀ MÔ HÌNH VỀ CÁC THIẾT BỊ PHẢN ỨNG: Hầu hết các loại thiết bị giữ và kết nối đều đã được sử dụng như thiết bị phản ứng hóa học, từ các vòi phun và bơm ly tâm đến hầu hết các. thụ các khí trơ thường được gọi là các tháp và các bình khuấy. Hình 17.11 minh họa ở dạng các loại thiết bị phản ứng lỏng hơi. Hình 17.17 biểu diễn các ví đặc biệt cho các thiết bị phản ứng: . 2 ống xử dụng như một thiết bị phản ứng hình ống. CÁC THIẾT BỊ PHẢN ỨNG KHI-LỎNG: Trừ các trường hợp chất lỏng có khả năng bay hơi cao, các phản ứng giữa các khí và các chất lỏng diễn ra