Читать онлайн «Большая энциклопедия техники». Страница 220

Реакторы химические

Реакторы химические – устройства, обеспечивающие химические реакции. Различаются по конструкции, условиям протекания реакции, состоянию веществ, которые в реакторе взаимодействуют (их концентрации, давлению, температуре). В зависимости от состояния веществ химические реакторы бывают для реакций в гомогенных или гетерогенных системах. Гомогенные системы – это системы газовые или жидкие однофазовые. Гетерогенные системы – это системы двух-, трехфазовые, в которых взаимодействуют различные по состоянию вещества – газы, жидкости, твердые вещества. В зависимости от условий протекания реакции бывают реакторы, обеспечивающие различное давление (среднее, высокое или низкое), различную температуру (как низкую, так и высокую), различный характер действия – периодический или непрерывный. Химические реакторы для гомогенных систем – это, как правило, емкости, в которых находятся теплообменные элементы, колонки со змеевиками, перемешивающие приспособления. Характер действия их может быть как периодический, так и непрерывный. Химические реакторы для гетерогенных систем – это, как правило, колонные или трубчатые реакторы. Колонные реакторы бывают секционными или одноступенчатыми. Характер действия может быть периодическим, когда чередуются загрузка реагентов и выгрузка продуктов реакции, или непрерывным, при котором помещенные в реактор реагенты взаимодействуют друг с другом в процессе движения через реактор непрерывным потоком, или циклическим, при котором в реакторе попеременно проводятся различные реакции. Реакторы с периодическим проведением реакции имеют перемешивающие приспособления, создающие однородные условия процесса, убыстряющие теплообмен. Трубчатые химические реакторы способствуют созданию хорошего теплообмена в зоне реакции. Колонные химические реакторы не обладают созданием такого же теплообмена, и их используют для реакций с низкой потребностью в тепле. Чтобы ускорить межфазный обмен и соответственно сократить время реакции, колонные реакторы снабжаются твердой насадкой. При диспергировании одного из реагентов в реакциях газов и жидкостей совершается межфазный обмен. Колонные реакторы обеспечивают равномерное распределение потока. Проточные реакторы имеют циркуляционные приспособления, возвращающие реагенты, которые не прореагировали. Характер реакции, состояние реагентов, металлоемкость и энергоемкость реактора влияют на величину используемого давления. Теплообменные элементы (змеевики, пучки труб) создают в зоне реакции необходимый тепловой режим. Теплоносители обеспечивают отвод и подвод тепла. Химические реакторы имеют гомогенные или гетерогенные катализаторы. Это могут быть суспензия или слой зерен вещества, которые заполняют емкость. Чем меньше размеры этих зерен, тем быстрее протекают реакции, но зато понижается теплопроводность слоя зерен. Как правило, размер зерна составляет несколько миллиметров. Также в качестве катализаторов применяются и металлические сетки.

Существуют химические реакторы, имеющие кипящий слой. Они обеспечивают большую скорость теплообмена, непрерывный ввод реагента и отвод отработанной фазы, в качестве сжижающего агента в этих реакторах используются газы, пары, жидкости, суспензии, пасты. Но для успешной работы таких реакторов необходимы специальные пылеулавливающие устройства. Существуют реакторы, имеющие движущийся слой зерен. Они обеспечивают в гетерогенных системах с твердой фазой осуществление непрерывной реакции. Химические реакторы, имеющие экранированный привод, обеспечивают осуществление реакций с механическим перемешиванием реагентов. Характеристики химических реакторов – это производительность, объем и скорость потока, гидравлическое сопротивление, поверхность теплообмена. Для выбора схемы теплообмена, температурного режима, концентрации и рециркуляции применяется электронно-вычислительная техника. Дальнейшее развитие использования химических реакторов направлено на создание высокоэффективных реакторов с большой мощностью и производительностью, так как в них высока потребность в различных отраслях производства.

Регенератор – это теплообменник, в котором тепло передается поочередным прикосновением теплоносителей и стенок – поверхностей самого устройства. Принцип действия основан на периодическом нагреве и охлаждении стенок его поверхностей. Когда к стенкам прикасается горячий теплоноситель, то это вызывает нагрев стенок. Когда к стенкам прикасается охлажденный теплоноситель, то это вызывает охлаждение стенок и нагревание самого теплоносителя. Конструкция регенератора, имеющего периодически переключающиеся теплоносители, – это несколько камер, наполненных насадкой, которой является кладка из кирпича. Эти камеры попеременно заполняются горячими теплоносителями (дымовыми газами и нагреваемыми теплоносителями – газообразным топливом или воздухом). Конструкция регенератора, имеющего непрерывно перемещающиеся теплоносители, – это тоже камера с подвижной или неподвижной насадкой. Если регенератор имеет подвижную насадку, то теплообмен осуществляется попеременным заходом насадки в зону, которую омывают теплом теплоносители. Если регенератор имеет неподвижную насадку, то теплообмен осуществляется вращением патрубков, которые находятся внутри газовых коробов. Регенератор с непрерывным переключением экономичнее регенератора с периодическим переключением. Регенераторы, как правило, используются в качестве воздухонагревателей доменных печей. Конструкция такого регенератора – это стальной кожух цилиндрической формы, в котором находится насадка, выполненная из ячеистого огнеупорного кирпича. Такое устройство (каупер) впервые появилось в 1857 г., оно было названо по имени его конструктора – инженера Э. А. Каупера. Действие этого устройства основано на попеременном прохождении через кирпичную насадку горячего колошникового газа – продукта сжигания доменной печи и подогреваемого воздуха. Колошниковый газ нагревает насадку, которая, в свою очередь, нагревает проходящий через нее воздух.

Регулирующий стержень – стержень реактора, регулирующий процесс деления ядер атомов в ядерном реакторе. Сделан из материала, который обладает увеличенной способностью поглощать нейтроны. Регулирующий стержень способствует изменению реактивности – нейтронного баланса, соотношению количеств поглощаемых и освобождающихся нейтронов за определенное время.

Регулирующие стержни изготавливают из кадмия, бора, редкоземельных элементов. Движение стержня осуществляется при помощи электрического или гидравлического привода. Изменение положения регулирующего стержня способствует повышению реактивности, изменению количества ядерного топлива, или атомных ядер, которые поглощают нейтроны. Когда стержень вводится в активную зону реактора, то снижает его мощность или даже совсем прекращает цепную реакцию. Когда стержень выводится из активной зоны, то это увеличивает мощность и реактивность реактора.

Рекуператор – теплообменник, использующий тепло отходящих газов, отличающийся от регенератора постоянными массами потоков теплоносителей. Выходящий из установки теплоноситель имеет большую температуру и потребность в охлаждении. Рекуператор устроен так, что через разделяющую стенку происходит теплообмен между теплоносителями. Рекуператоры различаются по конструкции, по назначению, по схеме движения теплоносителей.

Движение теплоносителей может быть прямоточным или противоточным. Конструкция рекуператора бывает трубчатой, ребристой, пластинчатой. Рекуператоры имеют очень широкое применение и используются в качестве испарителей, конденсаторов, подогревателей теплоносителей.

Емкость – накопитель пара или газа. Пар или газ попадают в ресивер по трубам малого сечения. При расходовании этого пара он также выходит через трубы.

При периодичности подачи и расходования газа или пара ресивер нейтрализует колебания давлений пара. Ресиверы используются в паровых машинах, в компрессорных установках. В паровой машине ресивер представляет собой теплоизолированную трубу, которая соединяет между собой цилиндры высокого и низкого давления. В компрессорной установке он отделяет капли масла и влаги и охлаждает газ.

Ротор – часть рабочих машин или двигателей, основное рабочее движение которых является вращательным. Конструкция ротора различается в зависимости от назначения и представляет собой диск, колесо или барабан. В двигателе ротор имеет соединение с ведущим валом. В рабочих машинах ротор имеет соединение с приводным валом. Части ротора во время работы или получают энергию от рабочего тела в двигателях, или отдают энергию рабочему телу в роторных насосах.