Глава XXIII

Реакторные устройства

и КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ РЕАКЦИОННЫХ АППАРАТОВ

Общие сведения. Конструкция реакционного аппарата опре­деляется типом проводимого химического процесса и применяе­мым катализатором. Вместе с тем однотипные по конструкции аппараты могут применяться для различных процессов (например, реакторы с псевдоожиженным слоем катализатора).

Существенное влияние на конструкцию аппарата оказывают условия проведения процесса (в газовой или жидкой фазах), депловой эффект реакции, способы поддержания заданного рабо­чего режима в зоне реакции и т. д.

Обычно реакционный аппарат представляет собой цилиндри­ческий сосуд одинакового или разного диаметра, закрытый по концам днищами (крышками). Внутри корпуса размещены опор­ные решетки для катализатора, распределительные, направляю­щие и сборные устройства, теплообменные устройства, сепараторы, перемешивающие устройства и т. п.

Обычно стараются реакционные аппараты проектировать по их основному функциональному назначению, разделяя реакцион­ную зону и зону регенерации катализатора, так как в этом случае непрерывность процесса можно обеспечить организацией цирку­ляции катализатора между реактором и регенератором (например, каталитический крекинг).

В тех случаях, когда циркуляцию катализатора осуществить не удается, приходится в одном аппарате осуществлять и основную реакцию и регенерацию катализатора или его замену. Для обес­печения непрерывности процесса необходимо иметь несколько ап­паратов (например, при платформинге).

При необходимости интенсивного перемешивания контактиру­ющих сред реактор снабжают перемешивающим устройством спе­циальной конструкции (например, реактор алкилирования). Иногда реактор выполняют пустотелым в виде змеевика (трубча­тая печь для пиролиза углеводородов) или цилиндрического пусто­телого сосуда (для коксования).

Поверхность теплообмена может быть выполнена или в виде встроенных в реактор трубных поверхностей, или в виде рубашки

13 Молоканов Ю. К.

377

Рис. XXIII-1. Реактор катали­тического крекинга с шариковым катализатором:

I — ввод катализатора; II — вывод катализатора; III — ввод сырья; IV — вывод па­ров; V — ввод водяного пара; 1 — верхнее распределительное устройство; 2 — корпус; 3 — реакционная зона; 4 — сепара- ционное устройство; 5 — зона отпарки; 6 — нижнее сборно- выравнивающее устройство.

Рис. XXII1-2. Схема узла сбор- но-выравнивающего устройства с прямыми трубами: 1 — карман; 2 — катализатор; 3 — воронка; 4 — переточная труба.

на наружной поверхности аппарата. В ряде случаев для подвода или отвода тепла используют смешение сырья с катализаторами или инертными теплоносителями, испарение в реакционной зоне компонентов сырья и т. д.

Рассмотрим некоторые типы реакционных аппаратов, приме­няемых в процессах переработки углеводородного сырья.

Реактор установки каталитического крекинга с движущимся шариковым катализатором. В реакторе происходит крекинг газойлей при 450—500 °С и давлении 0,1 МПа в присутствии гранулированного алюмосиликатного катализатора.

Внутренний диаметр корпуса реактора составляет 3,9 м, вы­сота около 16 м (рис. XXIII-1) Внутри корпуса 2 размещены верхнее распределительное устройство /, реакционная зона 3, сепарационное устройство 4, зона отпарки 5 и нижнее сборно- выравнивающее устройство 6.

Верхнее распределительное устройство предназначено для равномерного распределения катализатора по сечению аппарата. Оно представляет собой цилиндрическую обечайку с коническим днищем, по окружности которого закреплены распределительные трубы. Объем реакционной зоны можно изменять, увеличивая или уменьшая длину распределительных труб. В плоскости нижних концов распределительных труб устанавливается верхний уро­вень слоя катализатора. Сырье поступает в пространство над слоем катализатора.

В нижней части реакционной зоны находится сепарационное устройство, служащее для отделения паров продуктов реакции от катализатора. Это устройство представляет собой тарелку с пере­точными для катализатора и сборными для паров трубами. Тарелка сепарационного устройства свободно лежит на опорном кольце, что дает возможность свободного расширения при нагревании. По периферии тарелка имеет уплотнение из асбестового шнура, исключающее попадание катализатора в пространство под тарел­кой, минуя переточные трубы.

Из труб сепарационного устройства катализатор выходит в зону отпарки, куда подается также водяной пар, который способствует удалению легколетучих углеводородов, адсорбированных ката­лизатором. Часть водяного пара уходит вместе с катализато­ром через нижнее сборно-выравнивающее устройство, образуя гидрозатвор. Для сбора катализатора и вывода его из реактора равномерно по всему сечению в нижней части реактора имеется сборно-выравнивающее устройство, которое состоит из трех яру­сов воронок. Верхний ярус имеет 60 воронок, которые собирают катализатор в 16 воронок среднего яруса. Затем катализатор перетекает в 4 воронки нижнего яруса, соединенные с выводным штуцером.

Выравнивающее устройство выполняют из гнутых (рис. XXIII-1) или прямых (рис. XXIII-2) труб. В последнем слу­чае уменьшается износ труб, так как при изменении направления

13*

379

движения потока катализатора он скользит по слою катализатора, находящемуся в карманах переточных труб. Однако в случае при­менения гнутых труб исключаются заторы и уменьшается износ катализатора. Угол наклона труб в верхнем и нижнем распреде­лительном устройстве ср' должен быть больше угла естественного откоса.

Температуру в реакторе можно поддерживать на заданном уровне, изменяя следующие три величины: температуру регенери­рованного катализатора, температуру сырья и кратность (скорость) циркуляции катализатора.

Регенератор установки каталитического крекинга с движу­щимся гранулированным катализатором. Регенератор (рис. XXII1-3) предназначен для выжига кокса из катализатора для восстановления его активности. Он представляет собой верти­кальный аппарат квадратного сечения 3,5x3,5 м высотой 24,4 м. По высоте аппарата имеется несколько зон (до 9), каждая из кото­рых включает устройство для ввода воздуха и вывода газов; кроме того, имеются охлаждающие змеевики. В верхней части регенера­тора расположено трубчатое распределительное устройство, а в нижней части — сборно-выравнивающее устройство, аналогич­ное по конструкции сборно-выравнивающему устройству реактора.

Температура внутри корпуса аппарата может достигать 700 °С. Поэтому для защиты корпуса аппарата изнутри его снабжают футеровкой из огнеупорного кирпича толщиной 250 мм и изоля­цией из листового асбеста. Это обеспечивает сравнительно невы­сокую температуру стенки корпуса около 100 °С. Кладка по вы­соте аппарата выполнена ярусами. Каждый ярус кирпичной кладки опирается на полки, приваренные к корпусу.

Устройства для ввода воздуха и вывода газов выполнены раз­борными и состоят из центрального коллектора и отходящих от него коробов. Короба для ввода воздуха имеют треугольные про­рези по нижним кромкам для обеспечения более равномерного распределения воздуха. Охлаждающие змеевики размещены под устройствами для ввода воздуха. Через охлаждающие змеевики циркулирует пароводяная смесь.

Температурный режим регенератора можно регулировать из­менением подачи воды в змеевики водяного охлаждения и воздуха на сжигание кокса.

На современных установках, работающих с высокой крат­ностью циркуляции катализатора по отношению к сырью (до 6:1), применяют регенераторы, с меньшим числом зон (2—3).

Совмещенный реактор-регенератор. На установках катали­тического крекинга с однократным подъемом катализатора

Рис. XXIII-3. Регенератор каталитического крекинга с шариковым катализатором:

1 — воздушный коллектор; 2 — коллектор вывода отходящих газов; 3 — охлаждающий змеевик; 4 — воздухораспределительный короб; 5 — газосборный ксрсб; 6 — колосни- ковая решетка; 7 — сборное выравнивающее устройство; 8 — футеровка; $ — корпус; 10 — верхнее распределительное устройство.

Рис. XXIII-4. Совмещенный реактор-регенераторТкатали - тического крекинга: / — ввод сырья; II — ввод катализатора; III — вывод продуктов реакции; IV — ввод воздуха; V — вывод газов; VI — вывод катали­затора; VII — ввод водя­ного пара; 1 — реактор; 2— реакционная зона; 3 — се- парационная зона; 4 — зона отпарки; 5 — регенератор; 6,'' 7, 8 — зоны выжига;

9. — охлаждающие змеевики;

10. — сборно-выравниваю- щее устройство.

реактор и регенератор выполняют в виде одного аппарата (рис. XXIII-4). Реакционная часть диаметром 4,5 м размещена вверху. Катализатор поступает в шлюзовую камеру, находящуюся в верхней части аппарата. Отсюда катализатор перетекает по тру- бам на периферию и по кольцевому каналу в центре в реакционную зону. Для распределения парожидкостного сырья предусмотрен

центробежный завихритель.

Сепарационное устройство состоит из трех рядов гори- зонтальных коробов, которые соединены вертикальными тру- бами. В трубах под коробами имеются отверстия для прохода паров. Пары собираются в ниж- нем ряду коробов и поступают в кольцевое пространство, от- куда выводятся из аппарата.

Рис. XXII1-5. Схемы реакторов с псевдо- ожиженным слоем катализатора: I — ввод сырья; II — вывод продуктов реакции; III — вывод катализатора; IV — ввод водяного пара. 1 —циклон; 2 — от- стойная зона; 3 — реакционная зона; 4 —1 зона распределения сырья и ката- лизатора; 5 — зона отпарки.

Пройдя между коробами сепарационного устройства, катали­затор поступает в зону отпарки, в которую подается водяной пар. Водяной пар направляется вверх и вниз по переточным тру­бам, обеспечивая гидрозатвор между реактором и регенератором и отпарку катализатора. Через систему переточных труб катали­затор поступает в регенератор. Регенаратор состоит из трех зон: верхней и нижней, в которых катализатор и воздух движутся противотоком, и средней, где осуществляется прямоточное движе­ние. Воздух вводится в соответствующую зону и распределяется по поперечному сечению аппарата через систему патрубков, за­крепленных в промежуточных днищах.

Сборно-выравнивающее устройство для катализатора состоит из системы переточных труб, по которым катализатор поступает в коаксиальные воронки, расположенные над выводным штуце­ром. Трубы газосборных, воздухораспределительных и сборно- выравнивающего устройств имеют защитные сетки, которые пре­дохраняют трубы от забивки спекшимися кусками катализатора. Для отвода тепла в нижней зоне регенератора установлены два трехрядных змеевика.

Корпус аппарата изнутри облицован слоем торкрет-бетона толщиной от 100 до 200 мм, который обеспечивает температуру стенки аппарата около 150 °С.

Рабочее давление в аппарате определяется с учетом сопротив­ления слоя катализатора потоку паров сырья и газов. В реакторе давление равно 0,07 МПа, в регенераторе 0,05 МПа.

Реактор каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора. В зависимости от схемы установки реактор может выполняться в виде отдельного аппарата или заодно с регенера­тором. На рис. XXIII-5 приведены два варианта выполнения реак­тора. I

Реактор имеет цилиндрический корпус с верхним полушаро- вым и нижним коническим днищами. В зависимости от производи­тельности диаметр аппарата может достигать 12 м при высоте ци­линдрической части корпуса 10—16 м. Изнутри в ряде случаев корпус покрывают теплозащитной футеровкой. Реактор имеет сле­дующие основные зоны: зону ввода и распределения сырья и ката­лизатора, реакционную зону, отстойную зону, зону размещения циклонов и зону отпарки.

Смесь сырья и катализатора поступает в реактор под распре­делительное устройство — решетку с отверстиями диаметром до 50 мм, равномерно распределенными по ее площади. Относи­тельная площадь отверстий обычно равна 2—5% площади ре­шетки.

Реакционная зона обычно не имеет каких-либо внутренних устройств. В отдельных случаях по высоте слоя устанавливают решетки с большим свободным сечением, которые уменьшают перемешивание катализатора по высоте слоя и обеспечивают более равномерное пребывание реагентов в зоне реакции. В отстойной зоне оседают частицы катализатора, вынесенные из слоя. Высота отстойной зоны обычно не менее 4,5 м.

В верхней части аппарата установлены одно- или двухступен­чатые циклоны, в которых улавливаются мелкие частицы катали­затора. Уловленные в циклонах частицы по стоякам, погруженным в кипящей слой, вновь возвращаются в нижнюю часть кипящего слоя.

Нижние концы стояков снабжены клапанами-захлопками, которые открываются под давлением слоя катализатора в стояке и предотвращают прорыв паров в циклон. Внутреннюю поверхность циклонов для защиты от эрозии покрывают слоем износостойкого бетона.

В отпарной зоне устанавливают несколько рядов каскадных тарелок, на которых обеспечивается контакт отработанного ката­лизатора с водяным паром.

Применение высокоактивных цеолитных катализаторов позво­лило значительно сократить время реакции, что привело и к видо­изменению конструкции реактора.

Диаметр верхней части реактора (рис. XXIII-6) равен 8,0 м,- средней (десорбера) 4,5 м и нижней (ствола) 1,4 м. Общая высота аппарата равна 55 м. Корпус изнутри футерован слоем жаростой­кого торкрет-бетона.

Сырье и катализатор поступают в нижнюю часть ствола. Здесь же вводится водяной пар для частичной аэрации катализатора. Смесь ката­лизатора, сырья и водяного пара движется вверх по стволу и посту­пает под газораспределительную решетку. Отсюда катализатор и ча­стично прореагировавшее сырье по­падает в зону форсированного кипя­щего слоя. В верхней части аппа­рата установлены четыре блока двух­ступенчатых циклонов диаметром 1,4 м. Изнутри циклоны футерованы слоем бетона для защиты от эрозии. Уловленный в циклонах катализатор по стоякам возвращается в псевдо- ожиженный слой. Из зоны псевдо- ожиженного слоя катализатор по­падает в десорбер, где катализатор отпаривается водяным паром. Десор­бер имеет семь каскадных перфори­рованных конусов, обеспечивающих контакт катализатора с водяным па­ром. В десорбер через форсунки вводится также шлам — остаток из ректификационной колонны, содер­жащий унесенный вместе с продук­тами реакции катализатор.

Регенератор установки каталити­ческого крекинга с пылевидным катализатором. Регенератор пред­ставляет собой цилиндрический ап­парат с верхним полушаровым и нижним коническим днищами (рис. XXII1-7). Диаметр верхней (сепара- ционной) зоны равен 11 м, нижней (зоны выжига) 9 м. Общая высота аппарата равна 27 м. Изнутри кор­пус аппарата имеет тепловую изоля­цию из слоя торкрет-бетона толщиной

Рис. XXII1-6. Реактор каталитического кре­кинга с пылевидным катализатором:

1. — ввод сырья; II — ввод катализатора; III — вывод продуктов реакции; IV — вывод катали­затора; V — ввод водяного пара; 1 — корпус;

2. — циклоны; 3 — стояки циклонов; 4 — распре­делительная решетка; 5 — форсунки для шлама; 6 — десорбер; 7 — ствол.

200 мм. Зона выжига кокса разделена цилиндрической перего­родкой на две части: центральную и кольцевую.

Закоксованный катализатор поступает в кольцевую зону реге­нерации по наклонному трубопроводу диаметром 1 м. Катализатор движется по кольцу и через два переточных окна в верхней части цилиндрической перегородки попадает в центральную зону.

Рис. XXII1-7. Регенератор каталитического крекинга с пылевидным катализато- ром

I — ввод закоксованного катализатора; II — вывод регенерированного катали- затора; III — ввод воздуха; IV; VI — ввод водяного пара; V — вывод отходящих газов; 1 — корпус; 2 — ци- линдрическая перегородка; 3 — переточное окно; 4 — радиальная перегородка;

5. — топливная форсунка;

6. — форсунки для конден- сата; 7 — циклоны.

Отсюда регенерированный катализатор выводится по наклонному трубопроводу в реактор.

Воздух, необходимый для выжига кокса и создания псевдоожи­женного слоя катализатора, вводится по двум коллекторам в цен­

тральную и периферийную зоны выжига. Газы из кипящего слоя поступают в зону сепарации, а затем в циклоны. Циклоны ском­понованы в шесть групп по две ступени в каждой. Циклоны пер­вой ступени имеют диаметр 1,6 м, второй —1,4 м. Внутренняя по­верхность циклонов защищена от эрозии слоем бетона.

Для предотвращения догорания оксида углерода на выходе из регенератора предусмотрен впрыск конденсата через форсунки в сепарационную зону и в сборную камеру, а также ввод водяного пара в верхнюю часть сепарационной зоны и в циклоны первой сту­пени.

Для разогрева слоя катализатора при пуске аппарата служат шесть топливных форсунок, расположенных по окружности коль­цевой зоны кипящего слоя.

Реакторы каталитического риформинга и гидроочистки. Реак­торы для осуществления указанных процессов представляют собой цилиндрические вертикальные аппараты с эллиптическими или полушаровыми днищами, заполненные катализатором. Внутрен­ний диаметр аппаратов достигает 4,5 м, высота слоя катализатора от одного до трех диаметров аппарата. Реакторы каталитического риформинга работают при температуре до 550 °С и давлении до 5 МПа, реакторы гидроочистки — при температуре до 450 °С и давлении до 7 МПа. Их изготавливают либо с внутренней футеров­кой торкрет-бетоном, либо без нее. В первом случае температура стенки корпуса не превышает обычно 200 °С, во втором случае она равна температуре процесса.

По схеме движения сырья через реакционную зону различают реакторы с аксиальным и радиальным направлениями движения. Реакторы с радиальным направлением движения применяют для однофазного сырья. В этом случае уменьшается сопротивление прохождению сырья через слой катализатора.

Реактор каталитического риформинга с радиальным движением сырья (рис. XXIII-8) изолирован изнутри слоем торкрет-бетона толщиной 100 мм. Бетонное покрытие защищено стаканом от не­посредственного воздействия потока сырья. По окружности ста­кана размещены вертикальные короба, стенки которых, обращен­ные к катализатору, перфорированы. Через короба сырье вводится в слой катализатора.

По оси аппарата установлена перфорированная труба, служа­щая сборником продуктов реакции. Для предотвращения уноса катализатора в сборник продуктов реакции последний снаружи имеет слой мелкой и крупной сетки. Сырье вводится через распре­делитель сверху и распределяется по коробам. Из коробов сырье поступает в слой катализатора и, двигаясь в радиальном направ­лении через слой катализатора, претерпевает химические превра­щения. Продукты реакции поступают в сборник и выводятся снизу. Снизу к распределительной тарелке прикреплен цилиндрический стакан, который в случае оседания слоя катализатора предотвра­щает проскок паров в сборник, минуя слой катализатора.

Для контроля температуры процесса служат три многозонныё термопары, а для контроля температуры стенки предусмотрено 22 наружные поверхностные термопары.

Реактор гидроочистки дизельного топлива (рис. XXIII-9) представляет собой цилиндрический сосуд внутренним диаметром 3560 мм с двумя полушаровыми днищами. Высота аппарата 12 м. Корпус аппарата имеет внешнюю тепловую изоляцию. Внутри

I — ввод сырья; II — вывод продуктов реакции; III — выгрузка катализатора; 1 — распределитель сырья; 2 — корпус; 3 — стакан защитный; 4 — короба; 5 — сбор­ник продуктов реакции; 6 — термометры.

Рис. XXII1-9. Реактор гидроочистки:

/ — ввод сырья; II — ввод паров; III — вывод продуктов реакции; IV — разгрузка катализатора; 1 — распределительная тарелка; 2 — фильтрующее устройство; 3 — кор­пус; 4 — опорная решетка; 5 — коллектор для ввода паров; 6 — слой фарфоровых ша­ров; 7 — сборник; 8 — термопары.

аппарата находится слой катализатора, разделенный на две сек- ции: верхнюю высотой 2,6 м и нижнюю высотой 4,7 м. Каждая секция катализатора имеет внизу слой фарфоровых шаров диаме- тром 12 мм, обеспечивающих равномерное распределение паров по сечению реактора. Сверху каждая секция катализатора защищена

паров слоем фарфоровых шаров диаметром 24 мм. Верхний слой катализатора поддерживается колосниковой решеткой, на ко- торую уложены два слоя сетки и слой фарфоровых шаров.

Сырье проходит через аппарат сверху вниз, продукты реакции

выводятся через нижний штуцер. В пространстве между верхней и нижней секциями катализатора размещен коллектор для ввода паров. Над верхней секцией катализатора установлена распреде­лительная тарелка, под которой размещается фильтрующее уст­ройство (рис. ХХПЫО). Оно представляет собой систему цилин­дрических корзин из прутка, обтянутых сбоку и снизу сеткой. Кор­зины погружены в слой катализатора. Опорой для корзин служит слой катализатора. В корзинах и в верхней части слоя катализа­тора около корзин задерживаются механические примеси и про­дукты коррозии.

Слой фарфоровых шаров, засыпанных в нижнее днище реактора обеспечивает равномерный вывод продуктов реакции в сборник. Сборник состоит из обечайки, имеющей прорези и вогнутую пер­форированную решетку, которые обтянуты сеткой.

Катализатор выгружают через наклонные штуцера в стенке корпуса и в нижнем днище. Для контроля температуры в аппарате на верхнем днище установлены три многозонных термопары, про­ходящие по всей высоте реактора; кроме того, имеется термопара в верхней части нижней секции слоя катализатора.

Реактор гидрокрекинга. Реактор гидрокрекинга служит для переработки тяжелых нефтяных дистиллятов в стационарном слоз катализатора в присутствии водорода. Давление в режиме реак­ции равно 15 МПа и температура 450 °С, в режиме регенерации катализатора давление 4 МПа и температура 560 °С. Реактор (рис. XXIII-11) — вертикальный цилиндрический аппарат вну­тренним диаметром 3 м и высотой около 38 м. Аппарат по высоте имеет шесть зон: верхнюю фильтрующую и пять реакционных.

Рис. XXIIЫО. Узел распределительного и фильтрующего устройств:

1 — отражатель; 2 — патрубок; 3 — та- релка; 4 — фарфоровые шары; 5 — кор- зина; 6 — катализатор; 7 — жидкая фаза; 8 — парогазовый поток.

от динамического воздействия

Рис. XXIII-11. Реактор гидрокрекинга:

1 — фильтрующее устройство; 2 — труба подвода водорода; 3 — труба для перетока катализатора; 4 — корпус; 5 — колосниковая решетка; 6 — контактно-распределитель­ное устройство; 7 — стакан; 8 — торкрет-бетон; 9 — контрольная система; 10 — кон­трольная термопара; 11 — патрубок для выгрузки катализатора.

Смесь сырья с водородсодержащим газом поступает через верх- ний штуцер в зону фильтрации, где задерживаются механические примеси и продукты коррозии. Узел фильтрации (рис. XXIII-12) представляет собой систему патрубков с прорезями, снаружи которых имеется слой сетки. Патрубки опираются на колоснико- вую решетку, на которую сверху уложен слой сетки. На сетку за-

Рис. XXIII-12. Узел фильтрации:

1 — колосниковая решетка; 2 — стакан; 3 — сетка; 4 — стакан погружной; 5 — фар­форовые шары; 6 — катализатор.

Рис. XXIII-13. Узел контактно-распределительного устройства:

1 — катализатор; 2 — фарфоровые шары; 3 — тарелка распределительная; 4 — тарелка сливная; 5 — смеситель диафрагмовый; 6 — колосниковая решетка; 7 — труба переточ­ная для выгрузки катализатора.

сыпан слой фарфоровых шаров, затем слой отработанного катали­затора и сверху снова слой фарфоровых шаров. Такая конструкция фильтрующего устройства обеспечивает движение паров и жидко­сти в горизонтальном и вертикальном направлениях. После зоны фильтрации реакционная смесь проходит последовательно пять реакционных зон и выводится через нижний штуцер.

В верхней части каждой реакционной зоны установлено кон­тактно-распределительное устройство, которое обеспечивает кон­такт парогазовой и жидкой фаз и их равномерное распределение по поперечному сечению аппарата. Контактно-распределительное устройство (рис. XXII1-13) состоит из двух тарелок — сливной и распределительной, имеющих систему патрубков.

Слой катализатора в реакционной зоне поддерживается ко­лосниковой решеткой. На колосниковой решетке уложена сетка и затем засыпан слой фарфоровых шаров. Сверху слоя катализатора также имеется слой фарфоровых шаров. В каждую реакционную зону подается холодный водород через штуцера в верхнем и ниж­нем днищах и вертикальные трубы, проходящие сквозь слои ката-

лизатора. Для выгрузки ка- тализатора служат переточ- ные трубы, расположенные по оси аппарата в каждой реакционной зоне.

Внутри корпуса аппарата имеется стакан, в котором размещаются внутренние ус- тройства и катализатор. Корпус аппарата многослой- ный рулонированный. В про- странство между корпусом и стаканом снизу подается холодный водород. Корпус может иметь внутреннюю гильзу из стали 1Х18Н10Т. С целью контроля и про- дувки пространства между гильзой и стенкой корпуса имеется контрольная система. Контроль температур в ре-

акционных зонах осуще- со ствляется тремя многозон- ными термопарами, а стенки корпуса — наружными тер- мопарами.

Реакторы сернокислот- ного алкилирования. Реак- торы этого типа предназна- чены для проведения реак- ции алкилирования изобу- тана бутиленом в присут- ствии серной кислоты. Реакторы сернокислотного алкилирования могут быть вертикальными, горизонталь- ными и каскадными. Верти- кальный и горизонтальный

реакторы аналогичны по конструкции, выполняются односекционными, для отвода

Рис. XXII1-14. Реактор сернокислот- ного алкилирования: / _ ввод хладоагента; II — вывод хладоагента; III — ввод сырья; IV — ввод кислоты; V — вывод продуктов ре- акции; 1 — корпус; 2 — циркуляци- онный кожух; 3 — трубный пучок; 4 — пропеллерный насос.

п~п

MgJtgJtsJttil Г

кШ1 I)

v\ Jw

тепла реакции служат "трубные пучки, по которым цир­кулирует хладоагент — испаряющиеся аммиак или очищенные от серной кислоты продукты реакции. Трубные пучки выполнены в виде коаксиальных труб (труб Филда) или в виде U-образных труб, которые проще по конструкции.

Вертикальный реактор сернокислотного алкилирования (рис. XXIII-14) представляет собой цилиндрический аппарат, в корпусе которого установлены циркуляционный кожух, про-

Рис. XXIII-15. Горизонтальный каскадный реактор сернокислотного алкилирования I — ввод кислоты и циркулирующего изобутана; II — ввод охлаждающего изобутана; III — вывод паров; IV — ввод сырья; V — вывод циркулирующих кислоты и изобутана; VI — вывод продуктов реакции; 1 — перегородка; 2 — пропеллерный насос; 3 — от­стойная зона; 4 — труба реакционная; 5 — сепарационная зона.

пеллерный насос, трубный пучок холодильника. Пропеллерный насос приводится во вращение от паровой турбины через редуктор с угловой скоростью 500 об/мин. Вывод вала из корпуса имеет двойное торцовое уплотнение. Корпус аппарата имеет внутренний диаметр 2100 мм, а циркуляционный кожух 1600 мм.

Жидкий хладоагент поступает сверху через штуцер, проходит по трубкам холодильника и, испарившись, выходит из аппарата. Сырье вводится в нижнюю часть аппарата, а серная кислота — в верхнюю. Для интенсивного перемешивания углеводородов с кислотой и улучшения теплосъема служит пропеллерный насос производительностью 10 000 м³/ч. Циркуляция осуществляется сверху вниз по межтрубному пространству холодильника через насос и затем снизу вверх по кольцевому пространству между кор­пусом аппарата и циркуляционным кожухом. Последний имеет продольные ребра, предотвращающие вращательное движение жидкости в кольцевом пространстве.

Схема каскадного реактора приведена на рис. XXII1-15. Про­странство внутри корпуса аппарата разделено L-образными пере­городками на несколько секций, в каждой из которых установлен цилиндрический контактор с пропеллерным насосом. Циркули­

рующие изобутан и серная кислота поступают слева и последова­тельно проходят все секции.

Охлаждение осуществляется за счет испарения части угле­водородов, которые выводятся из аппарата сверху и после сжа­тия и охлаждения вновь поступают в аппарат и смешиваются с основным потоком. Сырье поступает несколькими параллельными потоками в каждый контактор, где смешивается с основным цирку­лирующим потоком. Из последней секции поток выводится в от­стойную зону, из которой выводятся продукты реакции и поток циркулирующей серной кислоты и изобутана. Этот поток возвра­щается в аппарат, смешиваясь с сырьем.

Реакционная камера установки коксования. Камера для коксо­вания представляет собой пустотелый цилиндрический аппарат внутренним диаметром 7 м и более с верхним полушаровым и ниж­ним коническим днищами. На верхнем днище имеется горловина, через которую в камеру вводится оборудование для разбурива- ния кокса. Горловина имеет штуцера, через которые осуществ­ляется вывод паров в ректификационную колонну во время коксо­вания и для подачи паров из другой камеры в период разогрева. В верхней части корпуса имеются четыре форсунки для впрыски­вания антипенной присадки. В нижнем коническом днище нахо­дится люк для выгрузки кокса.

Камера коксования работает периодически по следующему циклу: разогрев, реакция, пропаривание, охлаждение, выгрузка кокса. Длительность цикла около 48 ч. Во время реакции коксования камера примерно на ³/₄ высоты заполняется на­гретым до 460—510 °С сырьем. Рабочее давление составляет 0,4—0,6 МПа. В конце реакции коксования для снижения содер­жания летучих продуктов в коксе предусмотрена циркуляция через камеру газойля, нагретого в печи до 530 °С.

Пары нефтепродуктов удаляют из кокса пропаркой водяным паром. Кокс охлаждают, подавая в камеру воду.

Над камерой, смонтированной на постаменте высотой 20 м, на­ходится установка для гидравлической резки кокса. При удалении кокса из камеры ее вскрывают, разбуривают гидравлически цен­тральную скважину и затем гидравлически режут слой кокса, вы­гружая куски его через центральную скважину и нижний люк.

2. ОСНОВЫ РАСЧЕТА РЕАКЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ

В зависимости от проводимого в реакторе химического про­цесса приходится учитывать соответствующие особенности про­цесса при выборе рабочих параметров, скоростей движения фаз, способов подвода и отвода тепла, выборе материалов, конструктив­ных особенностей аппарата и т. п. Однако для любого реакцион­ного аппарата необходимо выполнить ряд следующих основных расчетов:

1. Термодинамический расчет, в результате которого опреде­ляют наиболее выгодные условия (давление, температуру и др.) его протекания и степень превращения сырья.

2. Кинетический расчет для определения величины реакцион­ного объема аппарата.

3. Тепловой расчет, необходимый для нахождения величины теплоотвода или теплоподвода, расхода теплоносителя, величины поверхности теплообмена.

4. Гидравлический расчет аппарата, определяющий затраты энергии на перемещение потоков и размеры отдельных узлов.

5. Механический расчет аппарата и его узлов с их конструк­тивной проработкой.

В зависимости от типа реакционного процесса, конструкции аппарата объем и детализация расчетов каждого вида существенно различаются. Большую роль при этом играет наличие достаточно полных экспериментальных данных по основным характеристикам процесса, а также их аналитического представления. Последнее имеет большое значение в связи с широким внедрением в практику расчетов цифровых электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Это обстоятельство позволило существенно упростить решение многовариантных задач, характерных для реакционных аппара­тов, и учитывать достаточно сложные взаимосвязи различных сто­рон рассчитываемого химического процесса.

ЛИТЕРАТУРА

ОБЩАЯ

Адельсон С. В. Процессы и аппараты нефтепереработки и нефтехимии. М., Гос- топтехиздат, 1963. 310 с.

Бурдун Г. Д. Справочник по международной системе единиц. Изд. 2-е. М., Изд-во стандартов, 1977. 232 с.

Кузнецов А. А., Кагерманов С. М.> Судаков Е. Я. Расчеты процессов и аппа­ратов нефтеперерабатывающей промышленности. JL, Химия, 1974. 344 с.

Плановский А. Я., Рамм В. М., Каган С. 3. Процессы и аппараты химической технологии. М., Химия, 1967. 847 с.

Рабинович Г. Г. и др. Расчеты основных процессов и аппаратов нефте­переработки. М., Химия, 1979. 600 с.

Скобло А. И.у Трегубова И. А., Егоров Я. Я. Процессы и аппараты нефтепе­рерабатывающей и нефтехимической промышленности. М., Гостоптехиздат, 1962. 652 с.

Эмирдхсанов Р. 7\ Основы технологических расчетов в нефтепереработке. М.—Л. Химия, 1965. 544 с.

К РАЗДЕЛУ ПЕРВОМУ сГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ»

Абдурашитов С. А. и др. Насосы и компрессоры. М., Недра, 1974. 296 с.

Идельчик Я. Е. Справочник по гидравлическим расчетам. М., Машиностроение, 1975. 559 с.

Котелевский /О. М. и др. Современные конструкции трубопроводной арматуры для нефти и газа. М., Недра, 1976. 496 с.

Рабинович Е. 3. Гидравлика. М., Наука, 1974. 296 с.

Черкасский В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М. Энергия, 1977. 424 с.

К РАЗДЕЛАМ ВТОРОМУ «ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ» Я

ТРЕТЬЕМУ «ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ»

Литвин А. М. Основы теплоэнергетики. М., Энергия, 1973. 169 с.

Михеев М. Л., Михеева Я. М. Краткий курс теплопередачи. М.—Л., Госэнер- гоиздат, 1960. 208 с.

Черняк О. 5. Основы теплотехники и гидравлики. М., Высшая школа, 1974. 287 с.

К РАЗДЕЛУ ЧЕТВЕРТОМУ «МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ»

Александров Я. Л. Ректификационные и абсорбционные аппараты. М., Химия, 1971. 296 с.

Багатуров С. Л. Основы теории и расчета перегонки и ректификации. М., Хи­мия, 1974. 440 с.

Кйфаров В. В. Основы массопередачи. М., Высшая школа, 1962. 655 с. Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники. М., Химия, 1976. 512 с. Молоканов Ю. К- и др. Разделение смесей кремнийорганических соединений.

М., Химия, 1974. 296 с. Рамм В. М. Абсорбция газов. М., Химия, 1976. 656 с. Танатаров М. А. и др. Проектирование установок первичной переработки нефти. М., Химия, 1975. 200 с.

К РАЗДЕЛУ ПЯТОМУ «ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ»

Гельперин Н. И. и др. Основы техники псевдоожижения. М., Химия, 1967. 664 с.

Разумов И. М. Псевдоожижение и пневмотранспорт сыпучих материалов. М.,

Химия, 1972. 240 с. Романков П. Г., Курочкина М. И. Гидромеханические процессы химической

технологии. Л., Химия, 1974. 288 с. Ужов В. Я., Вальдберг Л. Ю. Подготовка промышленных газов к очистке. М., Химия, 1975. 216 с.

К РАЗДЕЛУ ШЕСТОМУ «ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ»

Брайнес Я. М. Введение в теорию и расчеты химических и нефтехимических

реакторов. М., Химия, 1976. 232 с. Вихман Г. Л., Круглое С. А. Основы конструирования аппаратов и машин неф­теперерабатывающих заводов. М., Машиностроение, 1978. 328 с. Казанская А. С., Скобло В. А. Расчеты химических равновесий. М., Высшая школа, 1974. 288 с.

Магарил Р. 3. Теоретические основы химических процессов переработки нефти.

М., Химия, 1976. 312 с. Смидоеич Е. В. Технология переработки нефти и газа. Ч. II. Деструктивная переработка нефти и газа. М., Химия, 1968. 375 с.

Предметный указатель

Абсолютно белое тело 150, 166 Абсолютно черное тело 150, 166, 203 Абсорбент 296, 297 Абсорбер 296, 301 сл. Абсорбционный фактор 297, 299 Абсорбция 13, 216, 295 сл. материальный баланс 296 уравнение массопередачи 296 число теоретических тарелок 298 сл.

Адиабатические процессы 107 Адсорбенты 315 Адсорбер 319 Адсорбция 13, 217, 315 сл. Азеотропы 236 Альтшуля уравнение 52 Антуана уравнение 235 Аппараты

классификация 13 сл. внешние потоки 17 сл. внутренние потоки 18 сл. моделирование 23 Аррениуса уравнение 374 Арматура 66 сл. запорная 67 приводная 66 самодействующая 66 Архимеда закон 33 Архимеда критерий (число) 49, 163 Архимедова сила 33, 321 Ашворта уравнение 236

Байпас 81

Бакланова уравнение 213 Бернулли уравнение 55, 60, 74—76, 95 Бинарные смеси 242 сл., 254 Блазиуса уравнение 52 Бункера 359

Вакуум 32 Вебера критерий 48 Вентили 68 сл.

Вентиляторы 115 сл. осевые 155 работа в сети 116 центробежные 115 Вентури расходомер 60 Витание частиц 363, 367 Водоподготовка 131 Водослив 55, 59 Водяной эквивалент 153 Воздуховоды 126

Воздухоподогреватели 126, 133, 210 Воздушные колпаки 97 Высота единицы переноса 226 Вязкость 29

динамическая 29, 163, 183 единицы измерения 30 кинематическая 29, 163, 183

Газоочистительные аппараты 349 сл. инерционные пылеуловители 350 пылеосадительные камеры 349 рукавные фильтры 351 циклоны 350 электрофильтры 352 Газораспределительные устройства

364 сл. Газоходы 126 Газы

движение в сыпучем материале

355 сл. запыленность 367 идеальные 27, 230 лучеиспускание 168 местный пробой 353 объем 28 очистка 348 сл. плотность 28

продукты сгорания 197 сл. реальные 28, 233 сжатие 106 сл., 110 сл. скорость в трубопроводах 62 сопротивление 214

Галилея критерий 49, 163 Генри закон 236 Геометрический напор 42 Гесса закон 375 Гетерогенные системы 229, 371 Гиббса правило фаз 230, 252 Гидравлика 25 сл.

понятия и определения 25 сл. сыпучих материалов 355 сл. Гидравлическая мощность 100 Гидравлические машины см. Насосы

процессы 13, 25 сл. Гидравлический к. п. д. 100 радиус (диаметр) 38 удар 63 уклон 43 Гидродинамика 25

движение жидкости в трубопрово­дах 62 сл. истечение жидкости 55 сл. линейные сопротивления 45 сл. местные сопротивления 45 сл., 54 сл.

режимы движения жидкости 45 сл. распределение скоростей в потоке 52 сл.

расход жидкости 38 сл. сопротивление при движении

жидкости 43 сл. средняя скорость 38 сл. теория подобия 46 сл. уравнение Бернулли 40, 42, 43 — неразрывности потока 38 сл. элементы трубопроводов 65 сл. Гидромеханические процессы 13,320сл. гидравлика сыпучих материалов

355 сл. разделение систем 320 сл. Гидроочистка 16 Гидростатика 25, 30 сл. давление 30 сл., 33—35 равновесие тела 32 Гидростатическое давление 30 Гомогенные системы 229, 371 Горелки 194 сл. Горение 118

продукты сгорания 122 расход кислорода и воздуха 121 сл. состав продуктов 197 температура продуктов сгорания 198

топлива 194

энтальпия продуктов сгорания 197 Гранулометрический состав 356 Грасгофа критерий 163

Давление 50

абсолютное 32 гидростатическое 30 избыточное 32

Давление

индикаторное 99

на криволинейную стенку 33, 35 насыщенных паров 233, 238 парциальное 231 на плоскую стенку 33 в ректификационной колонне 276 центр давления 34 Дальтона закон 231, 237, 252 Дарси—Вейсбаха уравнение 51 Двигатели внутреннего сгорания 139сл. с внешним смесеобразованием 139 сл.

с внутренним смесеобразованием 141

диаграммы pV и Ts 143 сл. термодинамические циклы 141 сл. Двигатели паровые 134 сл.

конденсационные устройства 138 циклы 134 сл. Двойники 193 Десорбер 305, 318, 386 Десорбция 13, 295 сл., 302 сл. Диаграммы pV 143, 146

для расчета числа тарелок 267 треугольные 307, 308 сл. Ts 143 сл., 146 энтальпийная 240 Диафрагма 60 Дизели 139 сл. Динамический напор 116 Дисперсность 320 Дистиллят 255 Дистилляция см. Перегонка Диффузия 13, 376

конвективная 220, 222 молекулярная 220 сл. Диффузор 73, 113 Дозаторы 368 Дозирование 13, 16 Дымовая труба 215 Дымовые газы 122, 197 сл., 320

Единицы измерения 19 сл. механические 21 производные 20 тепловые 22

Жаровая труба 128 Жесткость воды 131 Живое сечение потока 38 Жидкости 25 сл. вязкость 29 газообразные 25 движение двумерное (плоское) 39

• одномерное 39

• в сыпучем материале 355 сл.

• трехмерное (пространственное) 39

Жидкости

— в трубопроводах 62 сл. идеальные 26, 36, 56 истечение 55 сл. капельные 25 плотность 26

поверхностное натяжение 30 расход 38, 63, 77 режимы движения 45 сл. сжимаемость 28 температурное расширение 28 удельная энергия 42 удельный вес 27 физические свойства 26 сл. Жуковского уравнение 64

Задвижки 68, 69 Закон (ы)

аддитивности 223, 231 Архимеда 33 Генри 236 Гесса 375

Дальтона 231, 237, 252 идеальных газов 230 Кармана 54 Кирхгофа 167, 168 Ламберта 167 Ньютона-47, 151, 321 осаждения частиц 321 Паскаля 32 подобия 48, 78

распределения скоростей 39, 53 Рауля 237

Рауля—Дальтона 237 сл., 252 реальных газов 233 Стефана—Больцмана 166, 202 Стокса 322

термодинамики равновесных

систем 229 Фурье 150, 156, 159

Затвердевание 13 Захватывающие устройства 368 Захлебывание колонны 284 Змеевик 192, 212 сл. Золоудаление 131

Излучение 202 виды 165 законы 166 сл. тепловое 150 частота 165 энергия 165 Измельчение 16 Изобары 239 Изоляция 170, 173 Изотермические процессы 106 Изотермы 250, 251, 316 Индекс противоточности 155 Индикаторная диаграмма 97 сл., 108 сл. мощность 97 сл.

Индикаторное давление 99 Индикаторный к. п. д. 100 Исаева уравнение 52 Испарение 13, 175, 242 сл. Испарители 175 Истечение жидкости 55, 57 сл.

Кавитация 77 Калоризатор 141 Камера конвекции 208 сл.

радиации 200 сл. Карбюратор 139 Кармана закон 54 Карно цикл 134, 147 Кипятильники 175 Киреева уравнение 235 Кирхгофа закон 167, 168 Клапаны 69

Кожухотрубчатые теплообменники жесткого типа 176 с линзовым компенсатором 176 с плавающей головкой 177 Кольбрука—Уайта уравнение 52 Компрессоры 70, 106 сл. виды 106

индикаторная диаграмма 109 многоступенчатое сжатие газов 110

подача 110 поршневые 108 сл. производительность 110 сл. сжатие газа 106 сл. центробежные ИЗ сл. Кориолиса коэффициент 43 сл. Конвекция 149,161 сл., 169,203,208 сл. Конденсаторы 138, 175, 186 сл. Конденсационные устройства 69, 138 Конденсация 13, 175, 242 сл. Конода 308

Контактно-распределительное устрой­ство 392 Котельные установки 125 сл. водогрейные 125 вспомогательные устройства

131 сл. маркировка 127 паровые 125, 127 тепловой баланс 130 Котлы 127

водотрубные 128 газотрубные 128 дымогарные 128 жаротрубные 128 комбинированные 128 паровые 126 прямоточные 129 Котлы-утилизаторы 133 Коэффициент

активности 233—234

Коэффициент

быстроходности 79

взвеси 368

вязкости 29

диффузии 221

закручивания потока 114

избытка воздуха 122, 130, 200, 205

извлечения 301, 304

излучения 168

кавитации 77

Кориолиса 43 сл.

массопередачи 222

местного сопротивления 54

наполнения 91

объемного расширения 163

относительной летучести 237, 242

поглощения 168

подачи 110

полезного действия 77, 100, 107,

135 сл., 143, 197 распределения компонентов 306 — скоростей 59 расхода 57, 59 сжимаемости 28, 64, 232 скольжения 368

сопротивления 50, 52, 56, 61, 351 температурного расширения 28 температуропроводности 163 теплоотдачи 151, 162, 165, 182 сл., 203, 207

теплопередачи 151, 161, 170, 182, 185, 208

теплопроводности 151, 156, 173 трения 50, 51, 370 холодильный 145 Краны 68—69 Крейсера уравнение 299 Кристаллизаторы 175 Кристаллизация 13 Критерий

Архимеда 49, 163

Вебера 48

Галилея 49, 163

Грасгофа 163

Нуссельта 162 сл.

подобия 47

Прандтля 163 сл., 183

Рейнольдса 46, 48, 51, 61, 163 сл.,

183, 322 Стантона 162 сл. Фруда 48 Эйлера 49

Ламберта закон 167 Ламинарный режим 45 сл., 52, 322 Лапласа уравнение 30 Летучесть 237, 242 Линзовые уплотнения 65 Линейные сопротивления 45

Линия кипения 240 конденсации 240 сырья 263 Лучеиспускание 165, 168, 169, 202 Лэнгмюра уравнение 316

Макрокинетика 371 Манометрический напор 77, 106 Массообменные процессы 13, 216 сл. абсорбция 216 адсорбция 217 высота единицы переноса 226 движущая сила 224 законы 220

материальный баланс 225 перегонка 216 ректификация 216 состав фаз 217 сушка 217 уравнения 222—223 число единиц переноса 226 — теоретических тарелок 227 экстракция 217 Массопередача 216 сл. Материальный баланс 16 сл., 225,

245, 256, 296 Мельпольдера—Хидингтона урав­нение 242 Менделеева уравнение 26 Менделеева—Клапейрона уравнение

(уравнение состояния) 27, 231 Местные сопротивления 45, 54, 57 Мешалки лопастные 343 пропеллерные 343 рамные 343 турбинные 344 якорные 343 Механический к. п. д. Многокомпонентные смеси 242 сл. Моделирование процессов и аппаратов 23 сл. гидравлическое 23 математическое 24 физическое 23 Модуль упругости 28, 64 Молекулярные сита 315 Монодисперсность 321 Мощность гидравлическая (полезная) 100 насоса 77 печи 196 турбомашин 115 электростанций 125

Нагреватели 175 Накипь 131

Напор геометрический 42 действительный 75, 114 динамический 116 манометрический 77, 100