Реакторы для процессов в системе Ж-Т

Реакторы для процессов в системе Ж-Т представляют собой типовую аппаратуру, в которой производят физические процессы и операции (физическое растворение, экстрагирование, кристаллизация) и химические процессы. Большинство химических процессов Ж — Т идет в диффузионной области, поэтому в реакторах используют разнообразные приемы развития межфазной поверхности и повышают относительную скорость перемещения обеих фаз. Эти приемы сводятся в основном к пропусканию жидкости через фильтрующий или взвешенный слой твердого материала, или к различным способам перемешивания.

Реакторы с фильтрующим слоем обычно состоят из полого цилиндрического корпуса, внизу которого укреплена горизонтально или наклонно ситчатая или колпачковая тарелка. На тарелке расположен слой пористого твердого материала (гранулы адсорбента или куски спека), через который пропускают жидкость. Величина межфазной твердой поверхности возрастает с увеличением пористости материала; внутренняя поверхность пор в сотни и тысячи раз превышает внешнюю поверхность. Основное сопротивление диффузии жидкого реагента оказывают внутренние каналы пор. Направление потока жидкости и его скорость зависят от высоты фильтрующего слоя и размеров гранул. Чаще всего поток жидкости проходит в реакторе сверху вниз. В реакторах с фильтрующим слоем осуществляют различные адсорбционные процессы, ионообмен, выщелачивание спеков в технологии солей, щелочей, глинозема и т. п.

На рисунке 1.1 представлена батарея реакторов для выщелачивания пористых спеков так называемых диффузоров. Такие каскады диффузоров работают по принципу противотока, т. е. самый концентрированный раствор отводят из последнего по ходу жидкости диффузора и в него же загружают свежий спек. Из первого диффузора выгружают отработанный спек, а в него подают наиболее слабый раствор (воду), который укрепляется по мере прохождения через батарею реакторов.

Реакторы со взвешенным слоем зернистого твердого материала в жидкости, работающие непрерывно, все больше применяются для процессов адсорбции и ионообмена, заменяя малоинтенсивные, периодически работающие реакторы с фильтрующим слоем. Реакторы с обычным взвешенным слоем пригодны при значительной разности плотностей жидкого и твердого реагентов и при крупных зернах последнего. Если разность плотностей фаз невелика и размеры гранул малы, то целесообразно применять реакторы с фонтанирующим слоем (рисунок 2).

Фонтанирующий слой — разновидность взвешенного слоя. Его применение особенно целесообразно при обработке твердых материалов и когда из-за агрессивной реакционной среды недопустимо наличие металлической решетки реактора.

В реакторе с фонтанирующим слоем линейная скорость составляет десятки см/с, в то время как в обычном взвешенном слое Т — Ж она не превышает нескольких мм/с. Поэтому реактор с фонтанирующим слоем работает с большей интенсивностью и более производителен. Чтобы обеспечить создание фонтанирующего слоя, диаметр нижней части реактора d_а (рисунок 1.2) не должен превышать диаметр трубопровода d_т (d_а d_т). В области фонтана диаметр реактора D_ad_т. Скорость жидкости в фонтане w_ф превышает скорость, соответствующую уносу частиц w_y (w_фw_у).

Рисунок 1.2- Реактор с фонтанирующим слоем.

При проведении в реакторе с фонтанирующим слоем ионообменного процесса, пропускают жидкость через реактор снизу вверх до насыщения ионита катионами. Регенерацию ионита ведут при том же направлении регенерирующей жидкости с получением концентратов редких металлов.

Реакторы с механическими мешалками, а также с пневматическим перемешиванием широко применяются для процессов в системе Ж — Т, в частности для растворения, экстрагирования, выщелачивания, полимеризации, в гидрометаллургии, в производстве органических веществ.