Реакторы, автоклавы и калориметры

Серия 5400. Проточный трубчатый реактор

           Трубчатые реакторы используются в режиме непрерывного потока. Реагенты входят в них, а продукты удаляются. Конструкция некоторых трубчатых реакторов является простейшей из всех реакторов. Трубчатые реакторы известны также под названием «реакторы с неподвижным слоем».

Однофазный поток в трубчатом реакторе может подаваться как снизу, так и сверху. Двухфазный поток можно подавать одновременно снизу, в противопотоке снизу и сверху, а также, как чаще всего и происходит, одновременно сверху.

Трубчатые реакторы могут быть одностеночными. Такие реакторы нагреваются внешней электрической печью. Также трубчатые реакторы могут быть снабжены сварной рубашкой для охлаждения и нагрева с помощью циркуляции теплоносителя из термостата. Для трубчатых реакторов обычно используются раздвижные печи с одной термопарой или трубчатые печи с несколькими зонами нагрева.

Трубчатые реакторы используются в различных отраслях промышленности.

  • Нефтепереработка
  • Нефтехимия
  • Полимерная промышленность
  • Фармацевтика
  • Утилизация отходов
  • Тонкий химический синтез
  • Альтернативная энергетика

Трубчатые реакторы используются для различных химических процессов:

  • Карбонилирование
  • Дегидрирование
  • Гидрирование
  • Гидрокрекинг
  • Оксосинтез
  • Окислительное разложение
  • Парциальное окисление
  • Полимеризация
  • Риформинг

5400 Tubular Reactor Cutaway

Срез трубчатого реактора серии 5400

Трубчатые реакторы могут использоваться как без наполнителя для проведения гомогенных реакций, так и с катализатором или другими твердыми частицами для реализации гетерогенных процессов. Реакторы для работы с катализатором и другими твердыми частицами снабжены верхними и нижними мембранами для удерживания частиц в реакторе. Часто сверху в реактор набивают материал, служащий для предварительного подогрева веществ перед их дальнейшим контактом с катализатором. Подогрев реагентов также можно вести во внутренней спирали, удерживая их вблизи стенок для интенсификации теплообмена.

Часто требуется подобрать размеры реактора, чтобы по его диаметру умещалось 8-10 гранул катализатора, а по длине – не менее 40-50. Соотношение длины и диаметра можно изменять для изучения влияния данного соотношения на процессы катализа. Для этого на дно реактора укладывается инертный материал.

Конструкция трубчатых реакторов легко изменяется. Они могут быть изготовлены с различными длинами и диаметрами, рассчитаны на различные давления и температуры, также доступен широкий выбор конструкционных материалов.

Для обогрева реакторов предусмотрена раздвижная трубчатая печь. Изоляция предусмотрена с обеих сторон, чтобы минимизировать потери тепла и предотвратить нагрев крышек с обеих сторон. Печь по длине может быть разделена на одну, две или три зоны. По заказу пользователя количество зон может быть увеличено.

Для каждой зоны можно установить либо отдельные внутренние термопары, либо одну передвижную термопару с карманом по центру реактора для измерения температуры по всей длине слоя катализатора. Внешние термопары обычно устанавливаются для управления зонами нагревателя..

Системы подачи газа

Различные потоки газа настраиваются с помощью модуля газового разбавления. Для подачи постоянного потока газа в реактор необходимо подавать газ при постоянном давлении на электронный контроллер массопереноса. Данный прибор считывает установленное пользователем значение потока и автоматически подстраивает встроенный управляемый клапан для обеспечения данного потока. Необходимо внимательно отнестись к подбору контроллеров массопереноса, так как они обычно рассчитаны на конкретный газ, диапазон скоростей потока и диапазон рабочих давлений. Контроллеру массопереноса необходим источник питания и устройство для считывания, а также средства ввода необходимой скорости потока.

При заказе контроллера массопереноса необходимо указать:

1. Тип газа, например: N2, H2, CH4.

2. Максимальное рабочее давление газа (100 или 300 атм)

3. Максимальную скорость потока в стандартных кубических сантиметрах в минуту (sccm)

4. Давление для калибровки прибора

Контроллеры массопереноса выпускаются для использования при давлениях 1500 psi (100 атм) и 4500 psi (300 атм). Стоимость контроллеров на 100 атм значительно ниже, чем на 300 атм.


Схема системы контроля потока с помощью контроллера массопереноса (MFC)

На схеме показана установка контроллера массопереноса для ввода газа в реактор. В обход контроллера массопереноса устанавливается линия продувки для быстрой продувки или заполнения реактора.

 

 

Схема системы для продувки реактора.

 

Можно просто установить линию для продувки. Такое решение обычно используется для подачи азота или гелия в реактор для замещения воздуха перед подачей реакционных газов или для удаления реакционных газов перед выгрузкой продукта/катализатора. Линия для продувки обычно включает шаровой клапан, фильтр, дроссельный клапан для контроля противопотока и клапан настройки потока.

Шаровые клапаны (заглушки) можно автоматизировать при помощи системы управления 4871.

Дозировка жидкости

Для ввода жидкости в реактор под давлением обычно используются поршневые насосы высокого давления. Для низких скоростей подачи жидкости часто используют насосы для ВЭЖХ, многие из которых имеют номинал выше 350 атм.

Данные насосы обычно позволяют подавать жидкость со скоростью до 10 или до 40 мл/мин. Доступны насосы как с ручным управлением с цифровой панели на самом насосе, так и с управлением с контроллера 4871 или ПК.

Насосы для подачи химических реагентов рекомендуется использовать, если скорость потока составляет более 2 литров в час. Компания Parr может помочь в выборе подходящего насоса. Для этого необходимо знать тип жидкости, минимальную, реальную и максимальную скорость подачи жидкости, максимальное рабочее давление, а также любые другие сведения о взрывоопасности или коррозионной активности.

Холодильники для охлаждения

Для сбора и охлаждения продукта из реактора доступны химические холодильники.

Дросселирующие клапаны

Давление в реакторе поддерживается с помощью дросселирующего клапана (BPR), установленного за реактором. Данный тип регулятора позволяет сбрасывать продукты, только при превышении давлением в реакторе значения, установленного оператором.

Если BPR используется совместно с контроллером массопереноса, то пользователь может поддерживать постоянный поток газа через реактор при высоком постоянном давлении. Это обеспечивает высочайшую степень управляемости и воспроизводимости в системах реакторов с непрерывным потоком.

В качестве альтернативы клапан BPR может быть настроен на снижение давления двухфазного потока из реактора. Такая конструкция клапана BPR требует от оператора источника азота или воздуха с давлением чуть выше, чем нужное рабочее давление. Преимуществом данного подключения является возможная замена сепаратора высокого давления на приемник жидкого продукта, рассчитанный на низкое давление. Оператор при этом получает легкий доступ к жидким образцам практически в реальном времени.

Сепараторы газ-жидкость

Трубчатые реакторы, работающие в режиме непрерывного потока с системами газ-жидкость обычно комплектуются газожидкостными сепараторами. Сепаратор устанавливается за реактором. Часто его отделяют дополнительным холодильником. Жидкость конденсируется в сепараторе и собирается на его дне. Газы и неконденсирующиеся пары выходят через крышку сепаратора и проходят на дросселирующий клапан BPR. Важно, чтобы клапан работал с одной фазой для предотвращения колебаний давления в реакторе.

Газожидкостной сепаратор может быть достаточно крупным и работать в качестве приемника жидкого продукта с периодическим сливом. Большинство автоклавов без перемешивания компании Parr идеально подходят для использования в качестве газожидкостных сепараторов. Обычно выбирают сосуды емкостью 300, 600, 1000 или 2000 мл. По запросу могут быть изготовлены сепараторы с конусом ко дну, чтобы упростить слив продукта.

Система управления и сбора данных

Существует большое разнообразие решений по выбору оптимальной для оператора системы управления. Системные устройства, например, нагреватели, контроллеры массопереноса, насосы и т.п., могут поставляться с индивидуальными пакетами управления для создания ручной распределительной системы управления (DCS), основанной на контроллерах 4838 и 4848.

По мере увеличения числа каналов в целях экономии и удобства использования пользователи часто переходят от распределенной системы отдельных контроллеров к компьютерной системе контроля процесса 4871 (PCC).

Технические характеристики системы трубчатых реакторов 5400

Серым цветом указаны изменяющиеся характеристики

Код модели

5401

5402

5403

5404

Размеры

3/8’’

½’’

1.0’’

1.5’’

Внешний / Внутренний диаметр (дюймы)

0.38 / 0.28

0.50 / 0.37

1.50 / .99

1.88 / 1.44

Внешний / Внутренний диаметр (мм)

9.5 / 7.0

13 / 9.5

38 / 25

48 / 36

Нагреваемая длина (дюймы / см)

6, 12, 24 // 30.5, 61, 122

12, 24, 36// 61, 122, 183

Максимальное допустимое давление (psi/атм)

3000 / 207

5000 / 345

3000 / 207

Максимальная температура

550

550

350

Внутренние вставки

Нет

Дополнение

Спираль для предварительного нагрева

Нет

Дополнение

Число отверстий в верхней крышке

1

4

Число отверстий в нижней крышке

1

4

Внутренняя термопара

(Дополнение) передвижная или фиксированная на несколько точек

Ниже приведена схема типичной системы с трубчатым реактором. Таблица с символами упрощает понимание..
Для каждой схемы приведен соответствующий код заказа.

Схема системы с трубчатым реактором. Пример 1:

Система с однозонным трубчатым реактором с подачей газа (Gas), жидкости (Liquid) и одной линией для продувки (Purge).

Код заказа: 5402B-SS-115-ST1(6)-1500-DCS-GF(1)-PL-LF(1)-ITW-CCD-GLS(300)-MPC

 

 

Пример системы с трубчатым реактором. Пример II:


Код заказа: 5403F-SS-230-ST3(24)-3000-PCC-GF(2)-PL-LF(1)-ISP-CSS-ITW-GLS(600)-APC-ASV(3)

 

 

Легенда:

Строка 1 – вход, шаровой клапан, регулятор, переключатель потока, разрывная мембрана, фильтр, невозвратный клапан, клапан сброса давления

Строка 2 – манометр, индикатор давления, контроллер индикации давления, датчик давления, контроллер отображения потока, термопара, контроллер отображения скорости

Строка 3 – контроллер отображения температуры, баллонный редуктор, дросселирующий клапан, насос, пневмоклапан с электрическим управлением, контроллер массопереноса, датчик массопереноса

Доступны и другие дополнения. Перейдите в раздел заказа или обратитесь за дополнительной информацией

Инструкция по заказу реактора

Пример заказа: 4600-1L-T-SS-VGR-2000

Выберите необходимую конструкцию согласно приведенной ниже таблице. В итоге появится код, который можно использовать для заказа реактора.

Внимание: некоторые дополнения не могут быть использованы для определенных моделей.

Ваш заказ:

Основная модель
Код модели Размер (внешний диаметр/ внутренний диаметр)
-5401 3/8″ (9.5 / 7.0 мм)
-5402 1/2″ (13 / 9.5 мм)
-5403 1.0″ (38 / 25 мм)
-5404 1.5″ (48 / 36 мм)
-F Напольный стенд
-B Настольный стенд
Конструкционные материалы/b>
-SS Медицинская нержавеющая сталь T316
-MO Сплав 400, повышенная устойчивость к щелочам
-IN Сплав 600, повышенная устойчивость к щелочам и хлору
-HB Сплав B-2/B-3, повышенная устойчивость к восстанавливающим кислым средам
-HC Сплав C-276, широкий диапазон антикоррозионных свойств
-CS Сплав 20, повышенная устойчивость к разбавленным кислотам (30% серная кислота)
-TI2 Титан, Класс 2
-TI4 Титан, Класс 4
-ZR702 Цирконий, Класс 702
-ZR705 Цирконий, Класс 705
Электропитание
-115 115 В
-230 230 В
Нагреватель
-ST1(#) Раздельный трубчатый, 1 зона
-ST3(#) Раздельный трубчатый, 3 зоны
-FM(#) Гибкий накидной
-WJ(#) Сварная рубашка
Добавьте суффикс (#) для выбора длины нагрева
-(6) 6 дюймов / 30 см
-(12) 12 дюймов / 61 см
-(24) 24 дюймов / 122 см
-(36) 36 дюймов / 183 см
Максимальное давление в системе
-1500 1500 psi / 100 атм
-3000 3000 psi / 200 атм
-4500 4500 psi / 300 атм
Система управления
-PCC Система управления на основе ПК (стиль 4871)
-LCS Местная система управления (стиль 4838)
Дополнительные возможности (укажите необходимые)
-GF(#) Число линий подачи газа
(1) (2) (3) (TBD)
-PL Линия продувки газом
-LF(#) Число линий подачи жидкости
(1) (2) (3) (TBD)
-ISP Внутренняя спираль для предварительного нагрева реагентов (только 5403/5404)
-CSS Вставки для поддержки катализатора (только 5403/5404)
-ITW Карман для внутренней термопары с перемещаемой термопарой
-IZT Карман для 3 термопар с фиксированным местоположением
-CCD Холодильник для охлаждения
-GLS(#) Газожидкостной сепаратор, объем:
(300) (600) (1000) (2000)
-SPH Внутренняя спираль для предварительного нагрева реагентов (только 5403/5404)
-MPC Ручное управление давлением
-APC Автоматический контроль давления*
-ASV(#) Автоматические клапаны отключения (1-12)
(Доступны только при использовании контроллера процесса 4871)
Сертификация
-нет кода Нет сертификации
-ASME Документация ASME
-CE Документация CE
-P Сертификат Parr
Внимание: не все детали совместимы со всеми моделями


Ваш заказ:

Вы не выбрали ниодного компонента

Заполните, пожалуйста, контактные данные. Наш менеджер свяжется с Вами для уточнения заказа
Имя*:
E-Mail*:
Телефон:
Примечание:
Поля помеченные * обязательны для заполнения


Вы не выбрали ниодного компонента