1. Поличкові апарати (рис. 13, а) мають від однієї до кількох поличок. Товщина шару каталізатора на поличках збільшується в напрямі виходу продукції, а товщина теплообмінника, навпаки, зменшується, оскільки із зменшенням швидкості реакції зменшується кількість теплоти, яка виділяється в процесі реакції. У поличкових апаратах теплообмінювання відбувається за принципом зустрічних потоків.

Недолік поличкових апаратів полягає в тому, що теплота відводиться ступінчасто, а тому каталізна реакція та теплообмінювання відбуваються одночасно.

2. Трубкові апарати. У трубкових апаратах (рис. 13,б) сировина (газ) і теплоносій (під час ендотермічних реакцій) або охолодник (під час екзотермічних реакцій) рухаються назустріч один одному. Нагрівання або охолодження відбуваються безперервно протягом усього каталізного процесу.

Недоліки трубкових апаратів: непостійний температурний режим та охолодження каталізатора, великі розміри теплообмінника.

Комбіновані контактні апарати частково позбавлені цих недоліків. Проте це не вирішує проблеми, оскільки контактні апарати з нерухомим каталізатором мають ще такі загальні недоліки: незадовільне відведення теплоти від каталізатора, мала продуктивність, періодичність заміни каталізатора в апаратах тощо.

Останнім часом у промисловості почали успішно використовувати апарати, в яких каталізатор постійно рухається.

3. Апарати з рухомим каталізатором. У таких апаратах каталізатор у вигляді порошку знаходиться на поличках або його подають зверху назустріч сировині.

Поличкові апарати працюють за таким принципом: газова сировина під тиском надходить в апарат знизу.

Частинки каталізатора, що знаходяться на поличках під тиском сировини переходять у завислий стан, що нагадує кипіння рідини (звідси і походить назва «псевдокиплячий шар»). Утворена продукція виходить через отвір у верхній частині апарата. Теплообмінники розташовані всередині шарів каталізатора.

Є апарати іншої конструкції. У таких апаратах каталізатор та газова сировина рухаються назустріч один одному, сировина-газ знизу, а каталізатор-порошок – зверху. Каталізатор падає на дно апарату, звідки надходить у регенератор. Після регенерації каталізатор знов подають у апарат зверху, і так безперервно.

Переваги контактних апаратів, з рухомим «псевдокиплячим шаром» каталізатора, порівняно з тими, де каталізатор нерухомий, такі: менший розмір частинок каталізатора, а відповідно більша поверхня контакту; точніша температура в апараті; більша продуктивність апарата, безперервна заміна каталізатора.

Основний недолік, полягає в тому, що в процесі роботи каталізатор стирається (до 10% за рік) і забруднює отриману продукцію пилом.

2.1. Суть і значення електрохемічних процесів

Електрохемічними процесами називають такі технологічні процеси., у ході яких електрична енергія перетворюється в хемічну і, навпаки, хемічна в електричну.

Перетворення хемічної енергії в електричну має місце в гальванічних елементах. У наслідок такого переходу гальванічний елемент стає джерелом постійного струму.

Якщо електричну енергію ввести в хемічну систему (розчин чи розплав) у вигляді постійного струму за допомогою електродів, то виникнуть хемічні процеси, які називають електролізом.

У 30-х роках XIX ст. англійський фізик Майкл Фарадей відкрив закони електролізу. Уже з перших дослідів з'ясувалося, що електроліз має велике практичне значення. Проте відсутність потужних джерел постійного струму сповільнили його розвиток. Після винайдення потужної динамомашини в 1870 p., яка виробляла постійний струм, почали будувати електрохемічні підприємства, на яких рафінували мідь. З часом почали будувати заводи для виробництва алюмінію, хлору, лугів тощо.

Сьогодні електроліз водних розчинів, розплавлених солей і лугів широко застосовують у хемічній, металургійній і металообробній промисловості.

Електролізом водних розчинів отримують продукцію неорганічної хемії: водень, кисень, хлор, їдкий натр та ін.

Електроліз розплавлених солей використовують для виробництва легких, трудноплавких металів, рафінування металів і отримання сплавів. Такі метали, як алюміній, магній, натрій, літій, отримують лише електрохемічним способом.

Металообробна промисловість використовує електрохемічні процеси для виготовлення виробів із твердих металів і сплавів, виготовлення та розмноження металевих копій (гальванопластика) і нанесення покрить із чистих металів і сплавів на поверхні металевих виробів.

Головним недоліком електрохемічних процесів є великі витрати електроенергії, вартість якої становить основну частину собівартості продукції. Саме тому на підприємствах, де використовують електрохемічні процеси необхідно раціонально використовувати електричну енергію.

2.2. Основні закономірності електрохемічних процесів

1. Будова електролізера. Електрохемічні процеси відбуваються у агрегатах, які називають електролізерами.

Електролізер (рис. 14) складається з ванни 1, викладеної з середини кислотостійкими матеріалами, електродів (анода 2 й катода 3), допоміжних механізмів і пристроїв. Через електроліт (розчин або розплав) 4, яким заповнюють ванну, від позитивного електрода (анода) до негативного (катода) проходить постійний електричний струм від джерела струму 5.

Електроди можуть бути твердими (наприклад, виготовлені з міді, заліза, графіту тощо) та рідинними (з ртуті).

На аноді відбуваються реакції розчинення або окиснення металу, на катоді - його виділення або відновлення. Наприклад, у процесі електролізу водного розчину хлориду натрію (NaCl) на аноді виділяється хлор, а на катоді - водень; у процесі рафінування міді анод, виготовлений з чорнової міді, розчиняється, а на катоді виділяється чиста мідь. Внаслідок чого розміри анода зменшуються, а катода збільшуються. Домішки переходять в електроліт.

2. Закони М. Фарадея. Кількість речовини, яка виділяється на електродах під час електролізу залежить від кількості електричного струму, який пройшов через електроліт. Ця залежність визначається законами Майкла Фарадея.

Перший закон: кількість речовини (m), яка виділилась на електродах, прямо пропорційна до сили струму (І) і часу (t) його проходження через електроліт.

Другий закон: при проходженні однієї й тієї самої кількості електрики через різні електроліти кількість речовини, яка виділяється на електродах, прямо пропорційна до хемічних еквівалентів цих речовин.

3. Критерії раціонального використання електричної енергії. Основними критеріями використання електричної енергії в процесі електролізу є вихід за струмом та енергією.

Вихід за струмом. Цей показник обчислюють за формулою:

(1)

де mФ - кількість речовини, що фактично (ф) виділилась у процесі електролізу;

тТ -