Şə
kil 2.2. Rəfli kontakt aparatının sxemi.
1 – de
şikli rəflər; 2 – istidəyişdirici; 3 – daxil olan qazlar;
4 – katalizator; 5 – arak
əsmə; 6 – xaric olan qazlar.
Ümumi kimya texnologiyası
37
Borulu kontakt aparatlarında istilik mübadil
əsi fasiləsiz
davam edir. Katalitik reaksiya katalizatorla doldurulmu
ş
borularda ba
ş verir. Borular arasında isə istilikdaşıyıcılar
(endotermik reaksiyalar zamanı) (
şəkil 2.3a), yaxud soyuducu
agentl
ər (ekzotermik reaksiyalar zamanı) (şəkil 2.3 b) hərəkət
edir. Borularda h
ərəkət edən reagentlərlə borular arasında
h
ərəkət edən istilikdaşıyıcı (soyuducu) əks axın prinsipi üzrə
h
ərəkət edir. Ayrılan istilikdən utilizator çənlərini qızdırmaq
üçün istifad
ə edilir. Qaz aparatın aşağısından daxil olaraq
katalizatorla dolu boruların arası il
ə yuxarı qalxır, sonra isə
yuxarıdan borulara daxil olaraq katalizatorla görü
şür (şəkil 2.3
b).
İstilik aparatdan fasiləsiz olaraq kənar edilir. Buna
baxmayaraq aparatdakı temperatur rejimi optimal rejimd
ən
uzaq olur.
Şə
kil 2.3. Borulu kontakt aparatının sxemi.
1 – borulu tor; 2 – katalizator boruları; 3 – aparatın gövd
əsi;
4 – ilkin qazlar; 5 – reaksiya m
əhsulları; 6 – yanacaq qazları; a –
borularda katalizator yanacaq qazları il
ə qızdırılır; b – borularda
katalizator, soyuq reagentl
ərlə istiliyin çıxarılması.
N.Ə.Səlimova, B.Ş.Şahpələngova
38
Bunun
əsas səbəbi ondan ibarətdir ki, reaksiyanın
əvvəlində onun sürəti böyük olduğundan ayrılan istilik də çox
olur v
ə onu aparatdan sürətlə kənar etmək lazım gəlir.
Reaksiyanın sonunda is
ə ayrılan istilik bir neçə dəfə azalır.
Odur ki, boruların yuxarı, xüsusil
ə orta hissəsi çox qızır, aşağı
hiss
əsi isə katalizatorun aktivliyini təmin edən temperatura
q
ədər isinmir. Beləliklə də, katalizatorun aktivliyindən tam
istifad
ə olunmur. Bu cəhətdən borulu reaktorlar rəfli
reaktorlardan geri qalır. Borulu reaktorlarda temperaturu sabit
saxlamaq üçün boruların sayını bir neç
ə minə çatdırmaq lazım
g
əlir ki, bu da aparatın hazırlanmasını çətinləşdirir.
Qaynar katalizator layı ilə işləyən kontakt aparatları
silindrik formada hazırlanır. O, bir v
ə ya bir neçə qazpaylayıcı
torla t
əmin olunur (şəkil 2.4). Tor üzərində katalizator
yerl
əşdirilir. Katalizator (1) dənəvərləşdirilir və hissəciklərinin
ölçüsü 0,5 – 1,5 mm olur. Aparatın a
şağı hissəsindən reagentlər
(5) el
ə sürətlə verilir ki, katalizator hissəcikləri hərəkətə gələrək
katalizator layını da h
ərəkətə gətirir. Adama elə gəlir ki,
katalizator qaynayır. Reaksiya m
əhsulları (6) aparatın yuxarı
hiss
əsindən xaric olur. İstilik reaksiya zonasından katalizator
daxilind
ə yerləşdirilmiş soyuducular (4) vasitəsilə kənar edilir.
Kontakt aparatının yuxarı hiss
əsi genişləndirilmişdir. Bu hissə
katalizator hiss
əcikləri ilə aparılan tüstü qazlarının çıxarılması
üçün n
əzərdə tutulur. Qaynar laylı katalizatorla işləyən kontakt
aparatlarından,
m
əsələn, metanolun oksidləşməsi ilə
formaldehidin alınmasında istifad
ə edilir. Belə qurgular öz
qurulu
şuna görə çox sadə olur. Katalizatorun daim hərəkət
etm
əsi katalizator layının istilik keçiriciliyini təmin edir.
Katalizator h
əmişə maye kimi hərəkət etdiyindən onu proses
zamanı regenerasiya etm
ək mümkündür (neftin krekinq üsulu
il
ə emalı). Bu aparatların çatışmayan cəhəti ondan ibarətdir ki,
katalizator h
ərəkət nəticəsində xırdalanır, sürtünmə nəticəsində
hiss
əcikləri kiçilir. Katalizator layı hərəkət edən kontakt
Ümumi kimya texnologiyası
39
aparatları iki hiss
ədən ibarət olur: regenerator və reaktor.
Katalizator proses zamanı reaktorda öz aktivliyini itirir v
ə
a
ğırlıq qüvvəsi altında aşaı – regeneratora axır və orada öz
aktivliyini b
ərpa etdikdən sonra reagent buxarlarının təzyiqi
hesabına yenid
ən reaktora daxil olur. Beləliklə, katalizator
reaktor – regenerator arasında fasil
əsiz sirkulyasiya edir. Belə
aparatlar neft m
əhsullarının buxar halında krekinq olunmasında
geni
ş tətbiq olunur. Bu prosesdə xammal buxarları elə böyük
sür
ətlə hərəkət edir ki, qazdakı katalizator hissəcikləri və
sürtünm
ə qüvvəsi hissəciklərin çəkisini artırır. Nəticədə
katalizator hiss
əcikləri buxar-qaz faza ilə birlikdə hərəkət edir
v
ə reaktordan qaz axını ilə birlikdə çıxır (şəkil 2.5).
Katalizatorun
əsas hissəsi reaksiya məhsullarından tsiklon
seperatorunda (ayırıcıda) ayrılır v
ə katalizator pnevmatik
qaldırıcı
(4)
vasit
əsilə regeneratora (1) daxil olur.
Regeneratorda katalizator üz
ərinə yatan kömür hissəcikləri
yanır v
ə təmiz katalizator közərmiş halda xammal buxarları və
qaldırıcı (4) vasit
əsilə yenidən reaktora (2) qaytarılır.
Bu aparatların köm
əyilə kimya zavodlarında fiziki kütlə-
mübadil
ə prosesləri və əməliyyatlarını, fiziki absorbsiya və
desorbsiya, buxarlanma, distill
ə və rektifikasiya proseslərini
aparmaq mümkündür. Bel
ə reaktorlarda soda, mineral turşular
v
ə bir sıra üzvi maddələr istehsal etmək olur. Göstərilən
reaktorlar kimy
əvi sorbsiya prosesləri üçün də yararlıdır.
Başlıqlı kalonlar daha çox yayılmış reaktorlardır. H
əmin
reaktorlar absorbsiya – desorbsiya prosesl
əri üçün nəzərdə
tutulur. Bu kalonlarda sulfat v
ə nitrat turşuları istehsal olunur
v
ə koks qazları emal edilir. Belə kalonlar üzvi sintez
prosesl
ərində daha çox tətbiq olunur.
N.Ə.Səlimova, B.Ş.Şahpələngova
40
Şə
kil. 2.4. Qaynaq katalizator layı ilə işləyən kontakt
aparatının sxemi:
1 – qaynar katalizator layı; 2 – qazpaylayan tor;
3 – qazpaylayan konus; 4 – soyuducular;
5 – ilkin qazlar; 6 – reaksiya m
əhsulları.
Ümumi kimya texnologiyası
41
Barbotaj reaktorları (
şəkil 2.6) iki cür olur: torlu və
kolpak bo
şqablı reaktorlar. Boşqabların (nimçələrin) torlu və ya
kolpaklı olması qaz–maye prosesinin xarakterind
ən asılı olur.
H
ər boşqab üzərində barbotaj yolu ilə maye həcmində qazın
dispersl
əşməsi baş verir, yəni qaz qabarcıqları boşqabdan keçən
maye t
əbəqəsindən keçirilir. Boşqabda qaz–maye axını çarpaz,
Şə
kil 2.5. Hərəkət edən katalizatorla işləyən kontakt
aparatının sxemi.
1 – regenerator; 2 – reaktor; 3 – bunker; 4 – qaldırıcı;
5 – xammal; 6 – hava; 7 – tüstü qazları; 8 – reaksiya
m
əhsulları; 9 – buxar.
N.Ə.Səlimova, B.Ş.Şahpələngova
42
kalon boyu is
ə əks axın prinsipi üzrə hərəkət edir. Barbotaj
kalonları geni
ş yayılmışdır. Bu reaktorlardan soda istehsalında,
tur
şuların qatılaşdırılmasında, neftin emalında, xlorlaşma,
distil
ə və rektifikasiya proseslərində, üzvi maddələr
texnologiyasında istifad
ə edilir. Barbotaj kalonları quruluş
etibaril
ə başlıqlı kalonlardan mürəkkəbdir. Onların qurulması,
istismarı, t
əmizlənməsi daha çətindir və xərcləri də böyükdür.
Bununla bel
ə, bu aparatlarda çevrilmə əmsalı böyük, intensivlik
yüks
ək olur.
Mayeni səpələyən reaktorlar da çox yayılmı
şdır. Mayeni
s
əpələyən reaktorlar iki cür olur: səpələyən kalon tipli və
tsiklonlu skrubber tipli. Bu tip reaktorlarda maye pnevmatik v
ə
ya mexaniki yolla qaz axını v
ə ya qaz həcmində səpələnərək
dispersl
əşir. Maye fazanın səthi bu yolla aktivləşir və genişlənir
ki, bu da prosesin sür
ətlənməsinə səbəb olur. Belə reaktorlar,
m
əsələn, sulfat turşusu istehsalında tətbiq olunur (şəkil 2.7).
Bel
ə reaktorlar əks axınlı proseslər üçün yarayır. İdeal
sıxı
şdırma prinsipi üzrə işləyir. İş rejimi sabit deyil, mayenin
s
əpələnməsinə çoxlu enerji sərf edir. İşin intensivliyi və
hidravlik müqavim
əti aşağıdır.
Ümumi kimya texnologiyası
43
Şə
kil 2.6. Barbotaj reaktorlarının sxemi:
1 – kolpaklı bo
şqablar; 2 – qapaq; 3 – mayenin tökülmə
borusu; 4 – qaz borusu; 5 – torlu bo
şqablar; 6 – axın
yolu.
N.Ə.Səlimova, B.Ş.Şahpələngova
44
Şə
kil 2.7. Mayeni səpələyən reaktorun sxemi:
1 – gövd
ə; 2 – mayenin birqat səpələyicisi;
3 – mayenin ikiqat s
əpələyicisi.
Köpüklü reaktorlarda qaz a
şağıdan yuxarıya doğru
h
ərəkət edir. Qaz reaktordakı tordan və maye layından elə
sür
ətlə keçirilir ki, sürtünmə qüvvəsi (qazın mayeyə sürtünmə
Ümumi kimya texnologiyası
45
qüvv
əsi) mayenin kütləsinə bərabər olur. Nəticədə asılı halda
olan köpük t
əbəqəsi əmələ gəlir ki, o da çox sürətlə hərəkət
edir. Bu zaman maye qabarcıqları qaz axını il
ə yaxşıca qarışır.
Qazın sür
əti reaktorun en kəsiyində 1 m/san – dən 3,5 m/san –
y
ə qədər olur. Böyük sürətlərdə köpük təbəqəsi parçalanır və
qazla asılqan damcılar
şəklində aparılır. Adsorbsiya –
desorbsiya prosesl
ərində çoxrəfli köpüklü reaktorlardan
istifad
ə edilir. Bu reaktorlara daxil olan mayenin hamısı torun
de
şiklərindən keçərək üstdəki rəfdən qazın hərəkətinə əks
istiqam
ətdə axır və hər rəf üzərində köpük təbəqəsi əmələ
g
ətirir. Lazım olan rəflərin sayı prosesin selektivliyinə və
reaktorun faydalı i
ş əmsalına görə müəyyən edilir. Reaktor
çarpaz v
ə əks axın prinsipləri üçün yarayır. İntensivliyi
yüks
əkdir, asan idarə olunur, quruluşu sadədir. Yüksək
selektivliy
ə malik olmaqla enerji sərfi böyük deyil (şəkil 2.8).
Borulu reaktorlar (boru boruda olan reaktorlar)
əsas
etibaril
ə yüksəktemperaturlu proseslər üçün nəzərdə tutulur.
İdeal sıxışdırma prinsipi üzrə işləyir. Fazalar həm əks, həm də
paralel axınla h
ərəkət edir. Bu reaktorun intensivliyi aşağıdır.
Qurulu
şca sadədir, idarə etmək və tənzimləmək asandır. Bu tip
aparatlar üzvi texnologiyanın piroliz prosesl
ərində tətbiq edilir.
Onlar h
əmçinin absorbsiya–desorbsiya proseslərində də istifadə
olunur. M
əsələn, hidrogenxlorid qazının absorbsiya prosesi
(xlorid tur
şusu istehsalında) borulu reaktorlarda aparılır.
Kimyəvi reaktorlarda istiliyin verilməsi və xaric edilməsi
müxtəlif üsullarla həyata keçirilir.
İstilikötürülmə üsulunun
seçilm
əsi ən əvvəl reaksiya istiliyi və kimyəvi prosesin
temperatur
şəraitindən asılı olaraq müəyyən edilir. Həm də
istilikda
şıyıcısının fiziki və kimyəvi xassələrinin nəzərə
alınması da vacibdir. Bu
əlamətlərə görə bütün reaktorlar iki
yer
ə bölünə bilər:
1.Birba
şa istilikmübadiləli reaktorlar;
2.Qism
ən istilikmübadiləli reaktorlar.
N.Ə.Səlimova, B.Ş.Şahpələngova
46
Birba
şa istilikmübadiləli reaktorlarda istiliyin ötürülməsi
reaksiya qarı
şığının və istilikdaşıyıcılarının (bu halda istilik
reaksiyanın ekzotermiki olması hesabına ayrıla bil
ər və ya
endotermiki reaksiyanın h
əyata keçirilməsi üçün istiliyin daxil
edilm
əsi lazım olduqda) bilavasitə kontaktı nəticəsində əldə
olunur.
Şəkil. 2.8. Köpüklü reaktorun sxemi:
1 – tor; 2 – q
əbul qutusu; 3 – axın yolu;
4 – köpüyün parçalanma qutusu.
Ümumi kimya texnologiyası
47
Şəkil 2.9 və 2.10-da kimyəvi reaktorların əsas tipləri, o
cüml
ədən, istilik mübadiləli köynəkli və qarışdırıcılı həcmi
axarlı reaktorların, ikifazalı prosesl
ər üçün doldurmalı kalon
tipli reaktorların, borulu reaktorların, aralıq v
ə istilik
mübadil
əsi elementləri olan çoxlaylı katalitik reaktorların
sxemi göst
ərilmişdir.
Şə
kil. 2.9. Kimyəvi reaktorların əsas tipləri:
а – istilik mübadiləli köynəkli və qarışdırıcılı həcmi axarlı
reaktorlar; b – aralıq v
ə istilik mübadilə elementləri olan çoxlaylı
katalitik reaktorlar;
İ – istilikdaşıyıcı; К – katalizator; İE –
istilikmübadil
ə elementləri.
a) b)
Reaksiya
m
əhsulları
İ
Reaksiya
m
əhsulları
K
İ
E
K
İ
İ
lkin
xammal
İlkin
xammal
İlkin
xammal
N.Ə.Səlimova, B.Ş.Şahpələngova
48
Şə
kil. 2.10. Kimyəvi reaktorların əsas tipləri:
a) - ikifazalı prosesl
ər üçün doldurmalı kalon tipli
reaktorlar; b) - borulu reaktorlar;
İ – istilikdaşıyıcı; К –
katalizator; D – doldurma;
İE – istilikmübadilə elementləri.
Hidrodinamiki rejimin
ə görə reaktorlar 3 yerə bölünür:
1.
İdeal çıxarma tipli reaktorlar;
2. Tam qarı
şma tipli reaktorlar;
3. Tam qarı
şmalı reaktorlar kaskadı.
Temperatur rejimin
ə görə reaktorlar 3 cür olur:
M
ə
hsullar
Xammal
İ
M
əhsullar
Xammal
a)
b)
M
əhsullar
İ
D
Xammal
İlkin xammal
K
M
əhsullar
Xammal
İ
D
Ümumi kimya texnologiyası
49
1.
İzotermiki rejim;
2.Adiabatik rejim;
3.Politermiki rejim.
Reaktorda izotermiki rejim bütün reaksiya h
əcmində
temperaturun sabit saxlanması il
ə xarakterizə olunur. Bu halda
bütün prosesl
ər sabit temperaturda (t
orta
= t
k
= const) ba
ş verir.
Bel
ə rejim o halda mümkün olur ki, əgər izotermiki reaksiya
zamanı ayrılan istilik q
ədər istilik xaric edilmiş olsun və ya
əksinə endotermiki reaksiyaların aparılması zamanı elə miqdar
istilik daxil edilsin ki, o da müxt
əlif proseslərin aparılması
n
əticəsində udulmuş olsun. Temperaturun sabit saxlanılması
üçün istiliyin daxil edilm
əsi ilkin xammalın istilik mübadilə
s
əthindən keçirilməklə qızdırılması, reaksiya zonasına su
buxarının daxil edilm
əsi və s., istiliyin çıxarılması isə xammal
v
ə reaksiya məhsullarının bir hissəsinin istilikdəyişdirici
s
əthindən keçirilməklə buxarlandırılması və reaksiya zonasına
soyudulmu
ş xammalın verilməsi və s. ilə əldə olunur. Endoter-
miki ba
ş verən reaksiyaların izotermiki rejimdə aparılması
prosesin
ə misal olaraq etilbenzolun dehidrogenləşdirilməsi ilə
stirolun alınmasını göst
ərmək olar. Bu halda istiliyin bir hissəsi
qızdırılmı
ş etilbenzol, qalan hissəsi isə qızdırılmış su buxarı ilə
daxil edilir. Dig
ər bir misal; ekzotermiki reaksiya üzrə baş
ver
ən alkilbenzolun alınması prosesini göstərmək olar. Bu
halda istiliyin
əsas hissəsi benzolun bir hissəsinin buxarlandırıl-
ması, qalan hiss
əsi isə istidəyişdirici səthin (reaktor köynəyin-
d
ən) köməyi ilə çıxarılır. Hidroformilləşmə prosesi də izotermi-
ki rejimd
ə aparıla bilər. Bu halda istiliyin çıxarılması daxili
(m
əhsulların buxarlandırılması hesabına), xarici və qarışıq
yolla h
əyata keçirilə bilər.
Reaktorda adiabatik rejim
ətraf mühitlə istilik mübadilə-
sinin olmaması il
ə xarakterizə olunur. Odur ki, ekzotermiki
reaksiya üzr
ə ayrılan istilik sistemin temperaturunu artırır. Bu
zaman reaktorun giri
şində reagentlərin temperaturu çıxışındakı
temperatura n
əzərən aşağı olur. Endotermiki reaksiyaların
N.Ə.Səlimova, B.Ş.Şahpələngova
50
aparılması zamanı
əks mənzərə müşahidə olunur, başqa sözlə,
sistemin temperaturu a
şağı düşür, reaktorun girişində
reagentl
ərin temperaturu çıxışındakı temperaturdan yüksək
olur. Sad
ə
B
A
→
reaksiyasının adiabatik rejimd
ə
aparılması üçün xarakterik t
ənlik aşağıdakı kimidir.
C
C
q
t
t
Ao
R
B
S
⋅
+
=
.......(2.1)
Burada:
t
S
v
ə
t
B
– reaksiya kütl
əsinin müvafiq olaraq reaktorun
çıxı
şında və girişindəki temperatur,
0
C il
ə;
q
R
- reaksiya istiliyi, coul/mol il
ə;
x
A
o
C
-
əsas reagentin qatılığı, mol payı ilə;
C
- reaksiya kütl
əsinin istilik tutumu, coul/mol ·
0
C il
ə.
N
əzərə almaq lazımdır ki, belə proseslərdə ətraf mühitlə
istilik mübadil
əsi olmur və bütün istilik reaksiya kütləsi ilə
xaric edilir v
ə ya ilkin xammalla daxil edilir. Bəzi hallarda
istilik
əlavə olaraq su buxarı ilə daxil edilə bilir. Adiabatik
rejimd
ə həyata keçirilən proseslərə misal olaraq etilbenzolun
dehidrogenl
əşməsi ilə stirolun alınması prosesini göstərmək
olar. Burada reaktora etilbenzol il
ə birlikdə müəyyən miqdar su
buxarı verilir ki, o da h
əm istidaşıyıcı, həm də durulaşdırıcı və
katalizatorun “regeneratoru” rolunu oynayır. Adiabatik rejiml
ə
i
şləyən reaksiya proseslərinə etilenin birbaşa hidratasiyası
prosesini göst
ərmək olar.
Reaktorda politermiki rejim reaksiya istiliyin
ə mütənasib
olmayan xarici istilik mübadil
əsi ilə xarakterizə olunur. Bu
halda istiliyin daxil edilm
əsi və ya çıxarılması soyuducu və ya
qızdırıcı axınların ayırıcı s
əthi və ya da onların bilavasitə
qarı
şma səthi vasitəsilə həyata keçirilir və istilik mübadiləsi
Ümumi kimya texnologiyası
51
istid
əyişdirici quruluşlar reaksiya zonasından çıxarılmaqla
fasil
əsiz və ya pilləli ola bilər. İstidaşıyıcı kimi xammal, inert
qazlar v
ə katalizator məhlulundan istifadə olunur. Bəzən
reaksiya n
əticəsində ayrılan istilik xammalı (ilkin reagentlər)
lazım olan temperatura q
ədər qızdırmağa kifayət edir və
xaricd
ən istiliyin verilməsinə ehtiyac qalmır. Belə proseslər
avtotermiki prosesl
ər adlanır. Qeyd etmək lazımdır ki,
reaktorda ba
ş verən proseslərin istilik rejimi, bir tərəfdən
reaksiya istiliyind
ən, digər tərəfdən də axınların: xammal və
reaksiya m
əhsullarının istiliktörətmə qabiliyyətindən asılıdır.
Şəkil. 2.11 və 2.12– də kimyəvi reaktorların fəaliyyətinin
ən maraqlı dinamiki rejimini göstərən sistemin faza təsvirləri
göst
ərilmişdir. Şəkil 2.11a A – nın yalnız möhkəm stasionar
halına uy
ğun gəlir, ondan kənara çıxma zamanı x və y
d
əyişənləri ona tərəf qayıtmaq istəyir. Şəkil 2.11b – də olan
trayektoriyanın spiral xarakteri göst
ərir ki, A – nın yalnız
stasionar halına yaxınla
şma rejimi titrəyişli sönən olur. Şəkil
2.12a – da olan trayektoriya A – nın möhk
əm olmayan
stasionar halına uy
ğun olub, ondan uzaqlaşıb qapalı Q
trayektoriyasına yaxınla
şmağa can atan son tsikl adlanır.
Şəkil 2.12b – də olan Q nöqtəsi x və y – in sönməyən titrəyişini
göst
ərir. Belə rejimlərin (avtotitrəyişli) tədqiqi dinamiki
rejiml
ərin öyrənilməsinin daha bir məsələsidir. Şəkil 2.12b üç
stasionar hal rejimin
ə uyğun gəlir ki, bunların da biri davamlı
deyildir. Prinsip etibaril
ə bütün stasionar halları möhkəm
olmayan v
əziyyətlər də mümkündür. Bu halda onlar son tsikli
əhatə edirlər. Dinamik rejimlərin öyrənilməsi kimyəvi
reaktorların
optimal
qurulması
v
ə avtomatlaşdırılması
probleml
ərini həll etməyə imkan yaradır.
N.Ə.Səlimova, B.Ş.Şahpələngova
52
Dostları ilə paylaş: |