Chemické reaktory – rozdělení, reaktory pro pevnou fázi

Prezentace na téma: "Chemické reaktory – rozdělení, reaktory pro pevnou fázi"— Transkript prezentace:

1 Chemické reaktory – rozdělení, reaktory pro pevnou fázi
Střední odborná škola Otrokovice Chemické reaktory – rozdělení, reaktory pro pevnou fázi Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. Emil Vašíček Dostupné z Metodického portálu ISSN:  , financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

2 Charakteristika DUM Název školy a adresa
Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/ /2 Autor Ing. Emil Vašíček Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-Gu-CHTe/1-PV-3/19 Název DUM Chemické reaktory – rozdělení, reaktory pro pevnou fázi Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 28-52-H/01 Obor vzdělávání Gumař-plastikář Vyučovací předmět Chemická technika Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 15 – 16 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce s doplňujícím výkladem vyučujícího; náplň: chemické reaktory, reaktory pro pevnou fázi, reaktory přímo vytápěné, nepřímo vytápěné, elektrické Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Reaktor, duplikátor, laminární tok, turbulentní tok, regenerace, rekuperace, pec bubnová, vanová, šachtová, odporová, oblouková, indukční Datum

3 Chemické reaktory – rozdělení, reaktory pro pevnou fázi
Náplň výuky (obsah hodiny) Druhy chemických reaktorů chod reaktoru tok látek tepelná bilance zpracovávaná fáze Reaktory pro pevnou fázi přímo vytápěné nepřímo vytápěné elektrické

4 Chemický reaktor[1] Chemický reaktor je zařízení v němž probíhají řízené chemické reakce. Při navrhování reaktoru se uplatňuje řada aspektů maximální výtěžnost produktu efektivita reakce vedoucí k žádanému produktu dosažení nejvyšší možné kvality nejnižší náklady Náklady tvoří především vstupní suroviny a energie na udržování potřebné teploty, tlaku a pohybu reakční směsi. Obr. 1: reaktor s chladicím hadem

5 Druhy reaktorů[2] Existuje velké množství chemických reaktorů, které lze dělit z mnoha hledisek: Chod reaktoru přetržitý nepřetržitý Tok látek laminární turbulentní Tepelná bilance adiabatický izotermický reálný Zpracovávaná fáze tuhá kapalná plynná Obr. 2: duplikátor

6 Chod reaktoru Chod reaktoru přetržitý (diskontunuální), vysoké požadavky na kvalifikaci obsluhy, vysoká pracnost Použití: malotonážní výroba, drahé suroviny, striktní požadavky na hlídání reakčních podmínek, možnost kdykoli zastavit Chod reaktoru nepřetržitý (kontinuální), nízké požadavky na kvalifikaci obsluhy, nízká pracnost, ale nutnost automatické regulace Použití: velkotonážní a sériová výroba Obr. 3: diskontinuální Obr. 4: kontinuální

7 Tok látek Tok látek v reaktoru je:
Obr. 7: změna toku Tok látek v reaktoru je: Laminární (pístový tok) – nedochází k míchání, podmínky jsou v daném místě reaktoru stejné, ale místo od místa se liší. Tato situace nastává např. u trubkových reaktorů. Turbulentní (vířivý) – intenzivní promíchávání, u ideálně míchaného reaktoru jsou podmínky v celém objemu reaktoru stejné. Tato situace nastává v míchaných reaktorových nádobách. Obr. 5: laminární Obr. 6: turbulentní

8 Tepelná bilance reaktoru
Z hlediska tepelných poměrů Adiabatický reaktor – nenastává výměna tepla s okolím, teplota se mění podle průběhu reakce Izotermický reaktor – chlazením či ohříváním se udržuje teplota na požadované výši Reálný (polytropický) reaktor – kombinace předchozích dvou krajních možností (teplota se částečně mění, dochází k částečné výměně tepla s okolím) Obr. 8: údržba reaktoru

9 Skupenství reagujících látek
Podle skupenství reagujících látek se reaktory dělí na Reaktory pro pevnou fázi – zařízení pro tepelné operace při vysokých teplotách (chemické pece) Reaktory pro kapalnou fázi – nádoby kotlovitého tvaru (v přítomnosti plynné složky vyšší stojaté válce) průtočné či promíchávané Reaktory pro plynnou fázi – pracují obvykle s katalyzátorem a při vyšší teplotě Obr. 9: reaktor pro kapalnou fázi

10 Reaktory pro tuhou fázi
Podle určení se pece dělí na Výrobní – chemické reaktory (pece krakovací, hydrogenační, oxidační…) Ohřívací – určené pro předehřívání suroviny (pece vypalovací) Temperační – pro udržování teploty (pece sklářské) Chladicí – řízené ochlazování (chlazení skla) Obr. 10: vyzdívka pece s otvory hořáků Podle způsobu vytápění Pece s přiváděným teplem přímo vytápěné (spaliny v přímém kontaktu se vsázkou) – rotační bubnová, vanová, šachtová nepřímo vytápěné (ohřev vsázky přes stěnu pece) – rotační bubnová, koksárenská elektrické (pro vyšší teploty, zdrojem tepla je elektrický proud) – odporová, oblouková, indukční Pece s vyvozovaným teplem – pro exotermní reakce (např. spalování síry)

11 Příslušenství pece Do hořáku v peci se přivádí palivo (plyn, olej), zplodiny hoření (spaliny) předají teplo a kouřovodem odchází do komína. Pro využití zbytkového tepla se provádí regenerace (diskontinuální) či rekuperace (kontinuální). Pec Využití spalin Palivo Obr. 11: příslušenství pece

12 Využití zbytkového tepla
Regenerace (přetržitá) – dva regenerátory (prostor se šamotovou náplní), studený se vyhřívá spalinami horký ohřívá vstupující vzduch Pravidelně se střídají – lepší využití tepla. Obr. 12: regenerace ve firmě Siemens 1895

13 Využití zbytkového tepla
Rekuperace (nepřetržitá) – rekuperátor je nepřímý výměník tepla, spaliny proudí šamotovými kanálky, přes stěnu ohřívají vstupující vzduch – jednodušší výměna tepla. Rekuperátor Pec Palivo Ohřátý vzduch Studený vzduch Obr. 13: princip rekuperace Obr. 14: rekuperátory v hutích

14 Přímo vytápěná rotační bubnová pec
Rotační pece se v chemické úpravě využívají při relativně hrubozrnné vsázce (redukční pražení), při teplotách nad 1000 °C a pro spékací procesy.  Obr. 16: bubnová pec Obr. 15: cementárenská rotační bubnová pec

15 Cementárna Prachovice
Cementárna zahájila provoz v roce 1956, generálním dodavatelem technologie byly Přerovské strojírny, jádro provozu tvořily 3 rotační pece, 3,6 x 120 m Obr. 17: cementárenská rotační bubnová pec

16 Přímo vytápěná vanová pec
Vanové pece se nejčastěji používají při výrobě skla, kdy se surovina (sklářský kmen) taví teplem hořáků, jejichž plamen se dotýká hladiny. Sklářské pece mívají průměr i přes 5 metrů. Vanová pec se používá i pro tavbu cínové rudy, kdy se plamen přímo hladiny nedotýká. Obr. 18: krystal cínu Obr. 19: vanová pec pro výrobu cínu z rudy

17 Přímo vytápěná šachtová pec
Má tvar vysokého válce, zevnitř vyzděná šamotovými cihlami. Vrchem se přivádí surovina buď promíšená s palivem (koks), nebo se palivo přivádí přímo do horké zóny (plyn). Vzduch pro hoření je přiváděn spodem šachty, než se dostane do prostoru hoření, ohřeje se průchodem přes vypálené vápno, které tím ochlazuje. Obr. 20: šachtová pec - vápenka

18 Přímo vytápěná šachtová pec
Horní část pece (šachta) je kuželovitá (vsázka nabývá na objemu), zarážka v dolní polovině pece se opět zužuje, v podstavě je válcovitá nístěj, pec je vyzděna šamotovými cihlami. V nístěji se shromažďuje vytavené surové železo. Spodní část pece, tj. zarážka a nístěj má ocelový pancíř, který je po venkovní straně neustále chlazen studenou vodou (v těchto místech bývá teplota až 2000°C). Obr. 21: vysoká pec

19 Nepřímo vytápěná rotační bubnová pec
Ohřev probíhá nepřímo – přes dvojitou stěnu bubnu. Např. při výrobě fluorovodíku (reakce minerálu kazivce s kyselinou sírovou) je pec ohřívána zvenčí, aby vznikající fluorovodík nebyl znečištěn spalinami. Obr. 22: rotační bubnová pec

20 Nepřímo vytápěná koksárenská pec
Koksovací komory jsou přes šamotovou vyzdívku vyhřívané z topných komor. Plyny z topných komor odevzdávají zbytkové teplo v regenerátorech Obr. 23: schéma nepřímého vytápění regenerace Obr. 24: koksárna Gas Work v Seattlu

21 Elektrická odporová pec
Pece jsou vyhřívané teplem, které se vyvíjí při průchodu elektrického proudu vyhřívanou látkou.  Elektrickou odporovou pec tvoří nístěj s nízkými čely, v protilehlých stěnách jsou zabudované elektrody připojené na přívod elektrického proudu a v surovinové směsi je koksové vodivé jádro. Obr. 25: řez odporovou pecí připravenou k pálení

22 Elektrická oblouková pec
Elektrické pece, které využívají k ohřevu elektrický oblouk, lze rozdělit na - pece s přímým ohřevem - pece s nepřímým ohřevem U pecí s přímým ohřevem se elektrický oblouk tvoří mezi elektrodami a taveninou. U pecí s nepřímým ohřevem se tavenina ohřívá sálavým teplem oblouku, který vzniká mezi dvěma elektrodami umístěnými nad taveninou. Schmatický průřez Héroultovy obloukové pece: 3 elektrody zavěšené posuvně v rámu zasahují do pece z ohnivzdorných cihel spočívající na lyžinách pro vyklápění taveniny. Obr. 26: Héroultova oblouková pec z roku 1908

23 Elektrická oblouková pec
Podlá účelu se odporové pece rozdělují na: pece pro nízké teploty (asi do 250 ° C) – k sušení materiálů a potravin pece pro střední teploty (asi do 1050 ° C) – vyhřívání, žíhání, kalení pece pro vysoké teploty (asi do 135O ° C) – sklářský a keramický průmysl Obr. 27: schéma obloukové pece Obr. 28: víko s elektrodami

24 Elektrická indukční vysokofrekvenční pec
Na vnější straně keramického kelímku je vodou chlazený induktor, napájený ze zdroje střídavého proudu o frekvenci 50 až Hz. V důsledku indukovaných vířivých proudů a elektromagnetických sil dochází uvnitř kelímku k intenzivnímu proudění materiálu, což se projevuje i kopulovitým vzedmutím horní hladiny. Pohyb taveniny zaručuje rovnoměrné promísení základní oceli s legovacími přísadami. Obr. 29: kelímková indukční pec 1 – kroužek spojený nakrátko, 2 – vodou chlazený prstenec, 3 – tavenina, 4 – ocelová kostra, 5 – betonový prstenec, 6 – kopulovitá hladina taveniny, 7 – pohyb taveniny, 8 – kelímek, 9 – induktor, 10 – svazek plechů Obr. 30: indukční ohřev

25 Kontrolní otázky: Podle jakých kritérií se dělí chemické reaktory?
Jaký je rozdíl mezi regenerací a rekuperací? Jaký je rozdíl mezi elektrickou obloukovou a indukční pecí?

26 Seznam obrázků: Obr. 1: RSA. Chemical reactor. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 2: Robert Ashe. Chemical reactor. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 3: YassineMrabet. Batch reactor. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 4: YassineMrabet. Continuous reactor. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 5: Waglione. Fuso laminare. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 6: Cesareo de La Rosa Siqueira. Vortex street animation. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [vid ]. Dostupné z:

27 Seznam obrázků: Obr. 7: vlastní
Obr. 8: Yuri Raisper. Reactor. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 9: JurecGermany. Reactor. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 10: HALYDEX. Keramische Öfen. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 11: vlastní Obr. 12: Adolf Ledebur. Regenerateur siemens In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 13: vlastní

28 Seznam obrázků: Obr. 14: H005. Landschaftspark. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 15: TRINOM. Kompletní linky: rotační pec. In: Trinom [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 16: Rotační pece. In: Chemické metody zpracování nerostných surovin [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 17: TRINOM. Kompletní linky: rotační pec. In: Trinom [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 18: Alchemist-hp. Krystal cínu. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 19: Mrnatural. Vanová pec. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 20: LinguisticDemographer. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [vid ]. Dostupné z:

29 Seznam obrázků: Obr. 21: IVAK. Vysoká pec. In: Wikipedia: otevřená encyclopedie [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 22: Technologické linky. In: CZBioLines [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 23: vlastní Obr. 24: Joe Mabel. Gas Work. In: Wikipedia: otevřená encyclopedie [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 25: vlastní Obr. 26: Dean Bradley Stoughton. Electric arc furnace 1908 In: Wikipedia: otevřená encyclopedie [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 27: 0x24a537r9. Třífázový proud. In: Wikipedia: otevřená encyclopedie [online] [vid ]. Dostupné z:

30 Seznam obrázků: Obr. 28: Eugen Nosko. Electric arc furnace. In: Wikipedia: otevřená encyclopedie [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 29: ČERNÝ, Václav. Indukční ohřev. In: Elektro [online] [vid ]. Dostupné z: Obr. 30: QuoteMe. TS_Animation_T10. In: Wikipedia: otevřená encyclopedie [online] [vid ]. Dostupné z:

31 Seznam použité literatury:
[1] Wikipedie: otevřená encyklopedie. WIKIMEDIA FOUNDATION. Chemical reactor [online] [cit ]. Dostupné z: [2] HRANOŠ PŘEMYSL. Stroje a zařízení v chemickém průmyslu: studijní text pro SPŠCH. Ostrava: nakladatelství Pavel Klouda, ISBN

32 Děkuji za pozornost 