12.7.3 Реакторы гетерогенной системы жидкость-жидкость

Гетерогенные реакции могут протекать в системе, состоящей из двух или более несмешиваюшихся или частично смешивающихся жидкостей. Сульфирование и нитрование углеводородов являются типичными примерами реакций такого типа. Реакционная смесь состоит обычно из двух фаз: в первой преобладают кислоты (водная фаза), во второй- углеводороды (органическая фаза). Скорость процесса зависит от скорости диффузии компонентов по направлению к поверхности раздела фаз. Поэтому хорошее перемешивание может значительно уменьшить сопротивление диффузии и одновременно увеличить поверхность контакта (межфазную поверхность) несмешивающихся фаз.

Итак нитрование, сульфирование и эмульсионная полимеризация - наиболее важные химические процессы, протекающие в гетерогенной системе жидкость-жидкость.

Реакторы, используемые для проведения этих процессов, должны быть просты по конструкции и, кроме того, удовлетворять следующим требованиям:

1 ? 6 - секции; 7 - конус; 8 - крышка; 9,10 - змеевики (условно показаны только в двух верхних царгах)

Рисунок .14. Реактор непрерывного действия для системы с большой вязкостью.

1) иметь поверхность, достаточную для быстрого удаления тепла реакции в случае, когда скорость реакции становится очень большой.

2) обеспечивать наибольшую поверхность контакта между органическим веществом и нитрующим или сульфирующим агентом.

3) оказывать сопротивление коррозийному воздействию реагентов и продуктов реакции.

4) иметь автоматическую систему питания по крайней мере одного из реагентов, чтобы температура, при которой проводится процесс, не превышала допускаемого максимума.

Реакторы могут работать периодически, полунепрерывно и непрерывно. Такие реакторы почти всегда снабжены перемешивающим устройством.

Поэтому для обеспечения заданной степени превращения при минимальном объеме перемешивания и непрерывном режиме работы используют систему последовательно соединенных в ряд реакторов (каскад, батарея).

1 - трубы; 2 - мешалка; 3 - крышка.

Рисунок 188 - Схема нитратора непрерывного действия.

Нитратор непрерывного действия (рисунок 188). В камере смешения находятся мешалка и трубчатка, охлаждается снаружи.

Контакт между двумя жидкими фазами осуществляется в нижней части аппарата, что в значительной степени обуславливается использованием кинетической энергии, сообщаемой каждой из фаз мешалки.

Реактор для сульфирования сульфуратор). Реакторы для сульфирования работают периодически. Изготавливают их из чугуна или кислотоупорной стали. В качестве сульфирующего агента обычно используют кислоту, олеум или хлорсульфоновую кислоту.

Для поддерживания одинаковой температуры и развитой поверхности контакта фаз необходимо хорошее перемешивание в реакционном аппарате.

Сульфирование очень часто проводят непрерывно в реакторах с циркуляцией в противоток двух жидких реагентов. Перемешивание осуществляется с помощью механической мешалки. В зависимости от вязкости жидкости применяют различные мешалки.