Гетерогендік жүйелерде атқарылатын реакцияларға арналған аппараттарға негігінен газсұйықтық реакциялар және газ бен қатты зат арасындағы реакцияларға арналған аппараттар жатады.
Газсұйықтық реакциясының жүруі үшін газ бен сұйықта әрекеттестіру қажет, және де мұндай реакциялар фазааралық массаалмасумен жүреді. Процестің атқарылуын ұйымдастыруға қарай кедей жағдайда процестің бір кезеңі сұйық фазада, екіншісі-газ фазасында жүреді. Газ сұйықты реакторлар абсорберлерге ұқсас, және де мұндай мұндай фазаларда әрекеттестіру үшін тұтқамалық және табақшаға тоғыстырғыш элементтерде қолданады. Дегенмен де физикалық абсорбцияға қарағанда газсұйықтық реакторларда процесс екеулі жылулық әсерменен жүреді.Сонымен қатар аппараттың көлемі реакцияға қажет қолжеткізуге сай дәрежеде болуы керек.
Гетерогендік реакторларға баяу және шапшаң реакцияларда қарқындастыру әдістері алуан түрлі.Шапшаң реакцияларда жүргізу барысында,барысы массалмасу кезеңімен шектелгенде,аппарат өнімділігін массаалмасудың оңтайлы жағдайын қамтамасыз ете отырып арттыруға болады: фазалық бетті артыруменен,араластыру қарқындылығыменен, немесе фазалардың салыстырмалы жылдамдығыменен. Заттардың реакцияланушы қабылетімен шектелуші баяу реакцияларда атқару барысында процесті оның кинетикалық факторларына әсер ете отырып қарқынды еткізуге болады. Мәселен реакцияланушы заттардың концентрациялануын артырумен, температураны жоғарлатумен немесе едәуір белсенді катализаторларда қолданумен. Газ фазаларында заттардың концентрациясын аппараттағы қысымды арттырумен көбейтуге болады.
Газ бен қатты зат арасын реакцияларда массаөтумен жүреді. Тек бір газ фазасының шегінде жүреді. Мұнда реакцияланушы заттарда газ фазасы өщегінен қатты зат бетінің ауданы әсер етуі ауа үшін оны ұсақ түйіршіктерге ұсатады немесе майда кесекті гранула түрінде қолданады.
Процсестің ерекшелігін реакатор конструкциясы және оның өлеші анықтайды.Бірінші жағдайда процсестің физикалық кезеңі (жылу немесе массаалмасу)анықтаса,екіншісінде –химиялық кезеңнің кинетикасыменен анықталады.
Газсұйықта реакторлар.
Газсұйықта реакторларда газсұйықты реакторлардың екі нұсқасы бар:яғни мұнда не газ тікелей сұйықренен реакцияға түседі,не реакцияяландырушы зат газ ортасында болады да сұйық катализатор көлемінде,не оның бетінде жүреді.Газсұйықты каталищзаторға берілетін басты талап,фазааралық әрекеттесуге және процестің оңтайлы ыжлулық тіртіпке жағдай жасау,себебі газсұйқыты реакциялар ылғи фазааралық массаалмсуменен қабаттаса жүреді,ал олардың жылдамдығы температураға тәуелді болады.
Аталған талаптардың орындалу маңыздылығына қарай газсұйықта реакторлар механикалық аралсатырғышта,сұйықты механикалық шашыратуменен,тұтқамалы немесе табақшалы бағаналы типте, барботагидық типтегі,көбікті болып келеді.
Механикалық массаалмастырғышта реакторларды басты мақсатта аэрозольдерді алу немесе абсорбсияланушы заттардың елеусіз концентрациясындағы өнеркәсіптік газдарды абсорбциялау үшін қолданады, Мысал ретінде мұндай типтегі реакторлар ретінде реактор-турбоабсорберді қарастыруға болады.
1-орталық құбыр;2-газ беру патрубкасы;3-тұндыру бөлігі;4-дискі;5-қозғалмайтын дискі;6-жылуалмастырғыш;7-білік.
1-сурет Реактор-турбоабсорбер.
Сұйықты механикалық шашырату реакторы.Мұнда реакторларда газ бен сұйық арасында әрекеттесуші фазалық бетке сұйықта түрлі шашыратқыштарда,фосункаларда және айналмалы дикаларда қолданумен жүзеге асыруға болады.
1-қаңқа;2-білік;3-диска;4-жейдеше.
2сурет Айналмалы дискалы реактор.
Мұндай аппараттарда диффузиялық аймақта жүретін шапшаң реакциялар үшін қолайды жағдай жасалады.
Тұтқамалы немесе табақшалы типтегі бағаналы реакторлар.
Мұндай реакторлар дамыған фазааралық бетті қамтасасыз ету,сұықтың ұдайы циркуляцияда болуына,елеусіз гидравликалық кедергісінің болуына қарай өте тиімді.Тұтқамалы бағаналы реакторларда жиі диффузиялық аймақта жүретін реакциялар үшін табақшалы аймақтағы реакторлар тиімді қолданыст аболса,кинетикалық аймақта жүретін реакциялар үшін табақшалы аймақтағы реакторлар тиімді.Мұнда газдың сұйықпенен жақсы әрекеттесуіне қол жеткізуге болады.Сонымен қатар бұл аппараттар елеусіз көлемдегі реакцияланушы?үшін тиімді.
1-Капсулалы қалақшалы табақша;2-қақпақтар;3-құю?;4-жылуалмастыру элементі;
3 сурет.Бағаналы табақшалы реактор.
Барботажды типтегі реакциялық аппараттар.Бұл аппараттар газсұйықты реакциялар үшін қарапайым және кең таралған. Аппараттар кинетикалық аймақта өтетін баяу реакциялар үшін қолданымды.Аппаратта бүкіл көлемде біркелкі жүретін реакциялар үшін физикаландырудың жықсы әрекеттесуі мен жеткілікті араласуы қамтамасыз етіледі.Қажетті температуралық жағдайды қамтамасыз ету үшін аппарат жейдешемен,сирек бірге жасалған немесе тыс шығарылған жылуалмастырғышты қолданады.Реактор газдың сұйықта жақсы таралуыменен,жылуберуші беттің реакцияланушы зат көлеміне алғандағы үлкен қатынасының болуыменен жеткілікті жылуберу коэффициентімен ерекшеленеді,және де мұнда секцияландыру мен қарсы ағыс оңтайлы үйлестірілген.
1-газ әкету келте құбыры;2-сұйықты әкету келте құбыры;3-орталық циркуляциялық құбыр;4-құбырша;5-құбырлы тор;6-сақиналы бөгет;7-сұйық беру келте құбыры.
4-сурет.Барботажды қаптама құбырлы реакторлар.
Көбікті реакторлар. Барботажды типегі реакцияларға қарағанда көбікті аппаратта газ көпіршіктері сұйыққа үлкен жылдамдықта келеді.Нәтижесінде реакциялық масса қарқынды араласа отырып динамикалық көбік түзеді,және де мұндай көбік елеусіз аз диффузиялық кедергісіменен сипатталады. Осыған орай көбікті аппараттар шапшаң реакциялар үшін тиімді.Мұндай аппараттарға газдың жұмысшы жылдамдығының диапазоны 0,8-4 м/с.
1-қаңқа;2-төгілу ернеуі;3-құю бөгеті;4-табақша.
5 сурет.Көбікті реактор.
Газ бен қатты заттар арасындағы реакцияларда атқаруға арналған аппараттар. Бұл топтағы аппараттар келесі тәжірибеде маңызы бар процестерді атқаруға араналып тағайындалған,цемент өндірісіндегі клинерді күйдіру,әкбасты күйдіру,гипсті және соданы күйдіру,коксты басқа да қатты отындарда газификациялау,күкірт қышқылы өндірісіндегі пиритті күйдіру(күкірт калчеданан).Бұл қабардағы процестер жоғары температурада атқарыла отырып, елеулі мөлшердегі жылуда беру немесе әкетуді талап етеді.Осыған орай бұл реакторларды пеш деп атайды.Газ(газ қоспасының белгілі компоненттерді)реагент, отын, жылутасмалдағыш немесе реакциялану процесінде қатты заттан бөлінуі ықтимал.
Мұндай тииптегі реакторлардың негізгі типтері:тік цилиндірлік реакторлар (шахталы пештер мен газогенераторлар);сөрелі күйдіру пештері; барабанды айналмалы пеш;қайнау қабаттты (жалған сұйылу қабатты пештер (реакторлар)) Сонымен қатар сирек сырттан қыздырудағы және қатты дәнді заттардың қабаттан (шынжырлы колосникті торлары бар.) горизонтал механикалық жылытудағы мезгілді әсердегі реакторларды қолданады.
Шахталы пештер.Бұл типтегі реакторларға кең мәлім домна пешін жатқызуға болады,бүкіл қара металлургияның негізі болып табылатын, сонымен қатар магнетизді,доломттерді және басқа да материалдарды күйдіруге қажетті жылу пештің төменіндегі сұйық немесе газтәріздес отындарда(3және 4 оттықтарда) сонымен қатар әктаспенен аралсқан коксты жағау барысында алынатын.
Материал қабаты тік бағытта қозғалатын газогенераторлар конструкциясы бойынша шахталық пештерден елеусіз ерекшеленеді,тек биіктігінің диаметіріне әліс қатынаста болуменен ерекшеленеді. Жабдық басты мақсатта жанғыш газ алу үшін колорбекқұрамды қатты отынды газофикациялауда қолданылады.Сонымен қатар басқа да атмосфералық қысымда атқарылатын экзотермиялық реакциялар үшін қолданады.
Процесс барысында ауа не оттегі және су буы кей жағдайда көміртек екіоксиді қолданады.Іс жүзінде қатты отынның барлық түрлері газофикацияға беріледі:тас және бос көмір,жанғыш сланецтер,ағаш шірігі,торф,сонымен қатар ауылшаруашылық қалдықтары.Алынған газ өнеркәсіптік қажеттілік үшін отан ретінде қолданылады.Сөрелі пеш күкірт қышқылы өндірісінде пиритті жағуға кеңінен қолданады.Дегенімен мұнда басқа да ұқсас экзотермиялық процестерді атқаруда да кеңінен қолданады. Химиялық аппарат жасаудың дамуымен сөрелі пештер ең алдымен жалған сұйылу қабатта пештерге,сонан соң ұсақ күкіртті балқытылған күйде жағу пешімен алмастырылған.
Барабанды айналмалы пеш.
Конструкциясы бойынша барабанды кептіру аппаратына ұқсас.Дегенмен де кептіргішке қарағандп мұнда жоғары температуралы редакциялық процестер жүреді. Экзотермиялық реакция үшін жабдық тыс шығарылған отындықпенен жабдықталады.
Барабанды пештер ауыр және қымбатқұнды аппарат, диаметрі 1, 8-3, 5м, ұзындығы 100 м- ге жетеді. Цемент өндірісінде ұзындығы 230м- ге, диаметрі 7 м дейін жетеді.
Жалғансұйылу қабатта реакторлар.Жалғансұйылу қабаты газ бен қатты зат арасындағы реакцияларды мақсатта өнімнің жақсы шығынын қамтамасыз етуменен өткізуге бөлады.Араласудың қарқындылығы жұмысшы көлемдегі концентрация мен температураның тұрақтылығын қамтамасыз етеді, және де реакцияны тиімді тәртіпте жүргізуге мүмкіндік береді.
Бұл аппараттар сипаттамасы бойынша идеоды араластыру модельдегі аппаратқа жақын келеді. Дегенменде жұмысшы ортамен әрекеттесуші аппараттарының конструктивті элементтерінің абразивті тозуда және процеске қатысушы қатты заттың ұсақталуы орын алады.
