Перемешивание газожидкостных потоков
Когда конфигурация реакционной зоны имеет вид трубы перемешивание параллельно движущихся потоков газа и жидкости можно осуществить за счет энергии самих потоков (д). Наиболее простые способы перемешивания жидкости и газа – барботаж газа (е) и диспергирование жидкости в газе (ж).
Перемешивание газожидкостных потоков
Широко распространено увеличение удельной поверхности раздела фаз путем принудительного создания развитой поверхности контакта с помощью насадки (з).
Реакционная зона заполняется насадкой, образованной из небольших элементов размером в среднем 10-50 мм, по поверхности которых стекает жидкость, а в пространстве между ними противотоком движется газ.
Использование насадки ограничивается скоростью движения газа. При большой скорости газовый поток «захватывает» жидкость, препятствуя ее стеканию, достигается режим «захлебывания».
Распределение потоков в реакционной зоне реактора
В системах Г-Ж движение фаз в реакционной зоне можно организовать в вариантах: противоток, прямоток и перекрестный ток (под углом друг к другу).
В этих системах реакция, как правило, протекает в жидкой фазе, поэтому результаты химического процесса зависят от результатов абсорбции газового компонента.
Прямоток обеспечивает более высокую среднюю движущую силу процесса абсорбции во всем реакторе,
что позволяет вести химический процесс с большей
интенсивностью, поэтому, в тех случаях, когда растворимость газа в жидкости высокая, предпочитают прямоток.
При этом следует отметить, что при противотоке химический процесс может протекать более глубоко.
Распределение потоков в системе
ствердым реагентом
В процессах с твердым реагентом интенсификация достигается предварительным дроблением твердого реагента, и перемешивание потоков не является способом увеличения удельной поверхности раздела фаз.
Задача организации потоков в этих процессах сводится к обеспечению максимального возможного взаимодействия между фазами.
Способы организации потоков в системе с твердым реагентом
Распределение потоков в системе
ствердым реагентом
Наиболее простым является способ, когда твердый реагент заполняет реакционную зону, а газовый (жидкий) поток циркулирует через неподвижный слой (а). Преимуществами способа являются простота, хорошая управляемость и устойчивость при эксплуатации.
Недостатки – периодичность из-за необходимости замены твердого реагента и низкая интенсивность из-за малой относительной скорости движения реагентов, образование корки продуктов реакции на поверхности частиц и др.
Распределение потоков в системе
ствердым реагентом
Когда для перемещения твердого реагента используется сила тяжести, реакционная зона заполняется твердым реагентом, а газовый (жидкий) поток проходит противотоком через свободное пространство между частицами реагента (б).
По мере протекания реакции целевой продукт непревращенную часть твердой фазы постепенно выводят с низа реакционной зоны, а в освободившееся пространство в верхней части реактора добавляют свежий твердый реагент.
В этом случае трудно обеспечить постоянство времени нахождения твердых частиц в зоне реакции.
Распределение потоков в системе
ствердым реагентом
Удобным и распространенным является процесс с непрерывным движением твердого вещества во вращающемся наклоненном цилиндре (в).
При необходимости обеспечения равномерности пребывания твердого материала в зоне реакции используют механические способы перемещения: транспортер (г), шнек
(д)и др.
Распределение потоков в системе
ствердым реагентом
Наиболее интенсивно протекает процесс с твердым реагентом, если организовать движение потоков в реакционной зоне в режиме взвешенного слоя твердых частиц.
Взвешенное состояние в реакционной зоне можно организовать путем создания кипящего слоя (е), фонтанируя твердую фазу в потоке газа (ж) или применяя распылительное
инжектирование твердого
Распределение потоков в системе
ствердым реагентом
Во всех этих случаях в реакционной зоне создается гидродинамический режим смешения, близкий к идеальному.
Режим вытеснения можно создать при пневмотранспорте твердой фазы, когда мелкие твердые частицы пролетают реакционную зону вместе с газовым потоком
(и).
К основным недостаткам организации потоков в режиме взвешенного слоя можно отнести эрозию стенок реактора, истирание частиц и унос пыли газовым потоком, т.е. загрязнение его.