Основные типы, требования к конструкции контактных аппаратов. Последовательность их рассчета

По способу отвода теплоты контактные аппараты делятся на две основные группы:

1. Аппараты с промежуточным теплообменом. В них реакция окисления и теплообмен проводятся раздельно , последовательными этапами: реакция протекает в слоях катализатора, а теплообмен – между слоями (во встроенных (внутренних) или выносных теплообменниках).

1.1. Контактный аппарат со встроенными теплообменниками



1 – слои катализатора, 2 – встроенные теплообменники

1.2. Контактный аппарат с выносными теплообменниками (б)
1.3. Контактный аппарат с добавлением холодного газа или воздуха между слоями (в)



Возможны сочетания различных методов охлаждения газа между слоями:



2. Аппараты с внутренним (непрерывным) теплообменом. В них отвод теплоты осуществляется одновременно с протеканием реакции окисления диоксида серы , т.е. теплообмен происходит внутри слоя катализатора (стационарного или псевдожиженного - в контактных аппаратах КС).

2.1 Контактный аппарат с внутренним теплообменом в стационарных слоях катализатора.

2.2 Контактный аппарат с кипящим слоем контактной массы (катализатор – специальной шарообразной формы). В слоях - охлаждающие элементы (по которым циркулирует газ или пар - хладоагент). Газ – снизу вверх.



Аппараты с нестационарным режимом окисления. Новые аппараты - с нестационарным режимом окисления и теплообмена в слоях катализатора. Могут работать на газе с концентрацией SO2 1…4 % , степень контактирования 90…95 %.

Контактный аппарат должен отвечать следующим требованиям:
1. Обеспечивать протекание процесса с максимальной скоростью при минимальном расходе катализатора (т.е. ведение процесса окисления на всех стадиях по оптимальной температурной кривой или вблизи ее).
2. Достижение конечной степени превращения не менее 98…99 %
3. Малое гидравлическое сопротивление
4. Устойчивая работа при изменениях концентрации SO2 и температуры (инерционность).
5. Простота регулирования и автоматизации
6. Доступность всех деталей аппарата для ремонта и замены
7. Малая трудоемкость загрузки и выгрузки контактной массы и простота пуска в эксплуатацию
8. Большая тепловая инерция (после перерывов аппарат должен включаться без подогрева)
9. Минимальные габариты и невысокая стоимость контактного узла.

Последовательность расчета контактного аппарата:

Исходные данные для расчета
• Производительность по газу или кислоте.
• Состав газа на входе.
• Допустимое гидравлическое сопротивление.
• Характеристика контактной массы (значения констант скорости реакции, размер зерен, насыпная плотность).
• Конечная степень превращения SO2.

Расчетом определяются:
• Температурный режим,
• начальные и конечные степени превращения по слоям катализатора,
• объемы и высоты слоев контактной массы на отдельных стадиях, а также
• площади поверхности и основные конструктивные размеры теплообменников.

Порядок расчета:
• Составляется материальный и тепловой баланс, определяются количества и свойства газа, подлежащего переработке.
• Определяются температуры, степени превращения (координаты процесса) по слоям контактной массы.
• Поверхности теплообменных элементов.
• Объем контактной массы и диаметр аппарата исходя из допустимого гидравлического сопротивления.

Назад