Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
У сучасних контактних апаратах проміжний теплообмін здійснюють у теплообмінниках або холодильниках, розміщених між шарами каталізатора, або вводять один з реагентів (холодний газ, повітря чи водяна пара) між стадіями контактування (рис. 16). Прикладом може бути каталітична конверсія СОводяною парою, що застосовується у виробництві H2.
Апарати всіх типів з фільтруючим шаром каталізатора не позбавлені недоліків: в них можна використовувати лише зерна каталізатора не менш як 4—6 мм в перетині; в процесі роботи зерна спікаються і злежуються; мають низьку теплопровідність і малу тепловіддачу; в апаратах важко підтримувати оптимальний температурний режим. В апаратах з нерухомим шаром каталізатора неможливо регенерувати каталізатор, що необхідно для багатьох процесів органічного синтезу. Тому останнім часом апарати з фільтруючим шаром замінюють апаратами із завислим, або киплячим, шаром каталізатора, в яких
t1
и
Рис. 17. Контактний апарат з киплячим шаром каталізатора:
/ — газорозподільна ковпачкова грат-ка; 2 — киплячий шар каталізатора; З — водяний холодильник; 4 — газорозподільний конус; А — вхідні гази; Б — продукти реакції.
І5
Рис. 18. Схема установки з потоком зависі
каталізатора: / — ежектор; 2 — контактний апарат з рухомим каталізатором; З — сепаратор; 4 — відпарна колона; 5 — регенератор каталізатора; А — пара сировини з трубчастої печі; Б— парогазова суміш на ректифікацію; В— повітря; Д— топкові гази.
можна використовувати дрібнозернистий каталізатор з перетином часточок 0,2—0,5 мм. В таких апаратах газ з великою швидкістю пропускають знизу вгору через гратку, на якій перебуває каталізатор, внаслідок чого весь шар каталізатора переходить у завислий стан і нагадує рідину, що кипить. У завислому шарі частинки каталізатора рухаються у всіх напрямках, прискорюючи дифузію реагуючих газів до часточок каталізатора. Принципову схему контактного апарата із завислим шаром каталізатора для екзотермічних реакцій наведено на рис. 17. Розширення апарата вгорі дає можливість виділяти з газової суміші часточки каталізатора. Тепло з каталітичної маси відводиться за допомогою водяних холодильників, розміщених усередині шарів.
!,Недоліками киплячого шару, якщо порівнювати його з нерухомим каталізатором, є зниження рушійної сили процесу внаслідок більш повного перемішування газів і зношення зерен каталізатора через стирання ребер і гострих кутів кристалів.
Апарати з киплячим шаром з успіхом застосовуються і в ендотермічних процесах, тоді теплоносієм є заздалегідь нагріта газова^уміш,' Що реагує.
З 8-486
65
В апаратах із киплячим шаром забезпечується безперервна регенерація контактної маси, оскільки вона циркулює між контактним апаратом і регенератором. В апаратах з рухомим каталізатором утворюється потік суміші каталізатора з газами внаслідок великої швидкості руху парогазової суміші, яка виносить часточки каталізатора за апарат (рис. 18).
§ 5. ПЕРСПЕКТИВИ ЗАСТОСУВАННЯ БІОЛОГІЧНИХ ТА ФІЗИЧНИХ МЕТОДІВ ВПЛИВУ В ХІМІЧНІЙ ТЕХНОЛОГІЇ
Серед нових видів технологічних процесів насамперед слід відмітити біохімічні процеси. Каталітичні реакції властиві живій природі і відбуваються в клітинах організмів і рослин. Жива матерія має в. своєму pojmj2p?fl»e4H4i—вж^щ^ ка-
талізатори, які за ефективністю значно перевищують каталізатори, які використовуються в хімічній технології. Так, жива клітина зв'язує атмосферний азот у вигляді хімічної сполуки при звичайній температурі грунту і атмосферному тиску, тоді як в промисловості фіксація атмосферного азоту досягається тільки при високих температурах і тисках.
Біологічні каталізатори синтезуються в організмах у вигляді ферментів (ензимів) і гормонів. Використання принципів каталізу, за яким здійснюється він у природі, дало б змогу перебудувати окремі галузі хімічної промисловості, а також інтенсифікувати велику кількість хімічних процесів.
Незважаючи на це, біохімічний каталізатор не дуже поширений. Причина в тому, що більшість біохімічних процесів відбувається повільно і потребує додержання суворих умов температури, реакції середовища, стерильності виробничого мікроорганізму. Простота здійснення біохімічних процесів, величезна здатність мікроорганізмів до розмноження, велика продуктивність ряду ферментативних процесів роблять цю галузь хімічної технології досить перспективною.
Для застосування біохімічних процесів велике значення має розв'язання проблем фіксації атмосферного. N2, синтезх_бі2.ків і жирів, використання необмежених ресурсів CO2 повітряного басейну для органічного синтезу та багато ін. Вже тепер використовуються такі біохімічні процеси, як різні формич&ррдіння з метою добування спиртів, ацетону, органічних кислот, біологічний синтез білкових кормових дріжджів, біологічне очищення стічних вод та ін.
Усі ці процеси відбуваються за участю різних видів мікроорганізмів, але з дуже малою швидкістю. Останнім часом досліджується моделювання ферментативного каталізу на основі каталітичних властивостей синтетичних органічних каталізаторів, які менш складні за своєю структурою і складом, ніж ферменти, але деякою мірою подібні до них своїми каталітичними властивостями. До таких каталізаторів належать, наприклад, органічні напівпровідники, комплекси з металами та ін.
