Барботажный реактор (его варианты)

 

1. Барботажный реактор, содержащий цилиндрический корпус с крьшкой , днищем и штуцерами для ввода и вьтода исходной смеси и продуктов реакции, размещенные в корпусе по его оси с помощью закрепленных в нем параллельно его оси стержней полые усеченные конусы, каждый последующий из которых повернут относительно предыдущего на 180, отличающийся тем, о, с целью интенсификации процесса путем выравнивания плотности смеси по радиусу аппарата, уменьшения застойньЬс зон и проскока непрореагировавших компонентов , основания соседних усеченных конусов соединены между собой цилиндрическими обечайками соответствующего диаметра с образованием сплошной перегородки, делящей корпус на внутреннюю и внешнюю реакционные зоны, при этом обечайка, соединенная с меньшим основанием нижнего усеченного конуса , соединена с днищем, верхний торец обечайки, соединенной с большим основанием верхнего усеченного конуса, образует с крышкой кольцевую , щель, штуцеры ввода исходной смеси закреплены в -днище корпуса, один из них соединен с внутренней, а другой с внешней реакционными зонами, а штус @ цер вьтода продуктов реакции закреплен в корпуса. 2.Реактор по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что в цилиндрических обечайках выполнены продольные окна прямоугольной формы. 3.Реактор по п. 1, отличающийся тем, что в цилиндрических обечайках выполнены поперечные щели. 4.Барботажньй реактрр, содержащий « цилиндрический корпус с крьшзкой, днищем и щтуцерами для ввода и вывода ч| исходной смеси и продуктов реакции, размещенные в корпусе по его оси с помощью закрепленных в нем параллельно его оси стержней полые усеченные конусы, каждый последующий из которьж повернут относительно предыдущего на 180-, отличающийся тем, . что, с целью интенсификации процесса путем вьфавнивания плотности смеси по радиусу аппарата, уменьшения застойных зон и проскока непрореагировавших компонентов, основания соседних усеченных конусов .соединены

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OYHPblTHA (21) 3519160/23-26 (22) 02. 11.82 (46) 07.10.84. Бюл. Ф 37 (72) В.В. Кафаров, Н.В. Лемаев, В.Н. Писаренко, Г.З. Сахапов, А.Ш. Зиятдинов, В.М, Кундеренко, В.П. Кичигин, P.Ã. Галиев, Н.К. Георгиев (НРБ),И.И.Кадыров и М.Г.Бурганов (71) Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им. Д,И. Менделеева (53) 66.023(088.8) (56) 1. Соколов В.Н. и др. Газожидкостные реакторы. Л., 1976, с. 7.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 787079, кл. В 01 J 19/00, 1980.

3. Патент США У 4062663, кл. 55-238, 1978. .4. Патент ФРГ 11- 1961426, кл. В 01 D 3/32, 1976.

5. Авторское свидетельство СССР

1Р 701650, кл. В Oi D 3/32, 1979. (54) БАРБОТАЖНЫЙ РЕАКТОР (ЕГО ВАРИАНТЫ), (57) 1. Барботажный реактор, содержащий цилиндрический корпус с крышкой, днищем и штуцерами для ввода и вывода исходной смеси и продуктов реакции, размещенные в корпусе по его оси с помощью закрепленных в нем параллельно его оси стержней полые усеченные конусы, каждый последующий из которых повернут относительно пРедыдУщего на 180, о т л ич а ю шийся тем, î с целью интенсификации процесса путем выравнивания плотности смеси по радиусу аппарата, уменьшения застойных зон и проскока непрореагировавших компонентов, основания соседних усеченных

„„Я0„„1117079 A

1,, В 01 J 19/00; В 01 J 10/00 конусов соединены между собой цилиндрическими обечайками соответствующего диаметра с образованием сплошной перегородки, делящей корпус на внутреннюю и внешнюю реакционные зоны, при этом обечайка, соединенная с меньшим основанием нижнего усеченного конуса, соединена с днищем, верхний торец обечайки, соединенной с большим основанием верхнего усеченного конуса, образует с крышкой кольцевую щель, штуцеры ввода исходной смеси закреплены в днище корпуса, один из них соединен с внутренней, а другой— с внешней реакционными зонами, а штуцер вывода продуктов реакции эакреп- 9 лен в крышке корпуса.

2. Реактор по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что в цилиндричес- ( ких обечайках выполнены продольные окна прямоугольной формы.

3. Реактор по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что в цилиндрических обечайках выполнены поперечные щели.

4, Барботажный реактрр, содержащий цилиндрический корпус с крышкой,, дни- ® щем и штуцерами для ввода и вывода исходной смеси и продуктов реакции, мД размещенные в корпусе по его оси с (;ф помощью закрепленных в нем параллельно его оси стержней полые усеченные конусы, каждый последующий иэ которых повернут относительно предыдущего на

180о, отличающийся тем, фь что, с целью интенсификации процесса путем выравнивания плотности сме-. си по радиусу аппарата, уменьшения застойных зон и проскока непрореагировавших компонентов, основания соседних усеченных конусов, соединены

1 117079 поперечные щели. между собой цилиндрическими обечайками соответствующего диаметра с образованием сплошной перегородки, делящей корпус на внутреннюю и внешнюю реакционные зоны, при этом обечайка, соединенная с меньшим основанием верхнего усеченного конуса, соединена с крышкой корпусу, нижний торец обечайки, соединенной с большим основанием нижнего усеченного конуса, образует кольцевую щель с днищем, а штуцеры ввода исходной смеси и вы1

Изобретение относится к области реакционных аппаратов, применяемых в химической, нефтехимической, микробиологической и смежных отраслях промышленности, и может быть использовано для проведения процессов в гетерогенных системах типа газ — жидкость и газ — жидкость — суспендированная твердая фаза.

Известен реактор барботажный ко- 10 лонный, выполняемый в виде вертикальной полой колонны с размещенными внизу газораспределителями — барботерами Г1 3.

В таком аппарате неодинаковая 15 плотность газожидкостной смеси по диаметру вызывает интенсивное перемешивание жидкой фазы, что, в свою очередь, приводит к снижению средней скорости процесса и его селективнос- 2п ти.

Известны аппараты, разделенные по высоте различного типа тарелками. Такое секционирование позволяет несколько снизить перемешивание жидкой фазы, что увеличивает селективность процесса и выход конечного продукта (2 ).

Однако его применение затруднено для процессов с наличием твердой фазы вследствие отложения катализатора или его носителя в контактных элементах тарелок.

Известна конструкция многофазного контактного аппарата, содержащая уст35 ройство, ограничивающее проход для движения фаз в осевом направлении.

В его рабочей секции расположено контактное устройство из смесительных вода продуктов реакции закреплены в крышке корпуса и соединены с внутренней и внешней реакционными зонами соответственно.

5. Реактор по и. 4, о т л и ч аю шийся тем, что в цилиндрических обечайках выполнены продольные окна прямоугольной формы.

6. Реактор по и. 4, отличающийся тем, что в цилиндрических обечайках выполнены кольцевые

2 элементов, представляющих собой цилиндрические камеры, в стенках которых выполнены отверстия для прямоточного прохождения фаз. Однако он также малопригоден для процессов с суспендированной твердой фазой и к тому же отличается громоздкостью конструкции (3.1.

Известен тепломассообменный аппарат переменного по высоте сечения, имеющий в качестве контактных элементов усеченные полые конусные вставки.

Две соседние вставки образуют устройство типа конфузор — диффузор (4 j.

Однако данная конструкция не позволяет полностью исключить проскок газовой фазы. Кроме того, около 30 общего объема аппарата исключается из работы.

Недостатком известных устройств является то, что они не обеспечивают равного пребывания элементов фаз в реакционной зоне, Часть потока проскакивает с входа реактора к его выходу, снижая тем самым степень превращения исходных компонентов реакции. В то время другая часть рециркулирует в реакторе или попадает в застойные эоны, что снижает выход целевых продуктов. Кроме того, с увеличением мощности производств соответственно увеличиваются и геометрические размеры (диаметр и высота) применяемых аппаратов. В результате этого возникают трудности в обеспечении равномерной плотности реагирующей смеси по сечению реактора.

У стенок аппарата возникают зоны с большим содержанием жидкой фазы, в то время как в центральной части

11170 группируются потоки с увеличенным по сравнению с оптимальной в смысле скорости процесса долей газовой фазы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является тепломассообменный аппарат для проведения процессов в гетерогенных системах газ — жидкость, газ — жидкость — жидкость и газ — суспензия, включающий цилиндри-1О ческий корпус, верхнюю и нижнюю крышки, газораспределительное устройство, штуцеры для ввода и вывода фаз и металлические стержни, на которых жестко закреплены усеченные в вершинах 15 полые конусные вставки, расположенные по высоте колонны навстречу друг другу вершинами. Конусные вставки расположены относительно корпуса и друг цруга на расстоянии, и каждая нижеле- 20 жащая вставка имеет площадь усеченной вершины больше, чем у вышележащей(5).

Известный аппарат позволяет существенно снизить проскок газовой фазы, однако рециркуляция жидкой фа25 зы, обуславливающая снижение скорости процесса,.практически не уменьшается. Не удается также достичь равномерной плотности. реагирующей смеси по радиусу аппарата и равномерного распределения твердой фазы по его высоте.

Целью изобретения является интенсификация процесса путем выравнивания плотности смеси по радиусу аппарата, 35 уменьшение застойных зон и проскока непрореагировавших компонентов.

Поставленная цель достигается тем, что в барботажном реакторе по первому варианту, содержащем цилиндрический 40 корпус с крышкой, днищем и штуцерами для ввода и вывода исходной смеси и продуктов реакции, размещенные в корпусе по его оси с помощью закрепленных в нем параллельно его оси стерж- 45 ней полые усеченные конусы, каждый последующий из которых повернут относительно предыдущего на 180, основания соседних усеченных конусов соединены между собой цилиндрическими 50 обечайками соответствующего диаметра с образованием сплошной перегородки, делящей корпус на внутреннюю и внеш-, нюю реакционные зоны, при этом обечайка, соединенная с меньшим основа- 55 нием нижнего усеченного конуса, соединена с днищем, верхний торец обечайки, соединенной с большим основа79 4 нием верхнего усеченного конуса, образует с крышкой кольцевую щель, штуцеры ввода исходной смеси закреплены в днище корпуса и один иэ них соединен с внутренней, а другой с внешней реакционными зонами, а штуцер вывода продуктов реакции закреплен в крьлпке корпуса.

В барботажном реакторе по второму варианту обечайка, соединенная с меньшим основанием верхнего усеченного конуса, соединена с крьппкой кори..са, нижний торец обечайки, соединенньп1 с большим основанием нижнего усеченного конуса, образует кольцевую щель с днищем, а штуцера ввода исходной смеси и вывода продуктов реакциизакреплены в крышке корпуса и соединены с внутренней и внешней реакционными зонами соответственно.

При этом в цилиндрических обечайках выполнены продольные окна прямоугольной формы или кольцевые поперечные щели.

На фиг. 1 изображена схема реактора по первому варианту; на фиг. 2 схема реактора по второму варианту; на фиг. 3 и 4 выполнение соответст1 венно продольных окон и поперечных щелей.

Реактор содержит цилиндрический корпус 1, крышку 2, днище 3, штуцеры для ввода исходной смеси 4 и вывода продуктов реакции 5, металлические стержни 6, закрепленные в корйусе 1 вдоль его оси, размещенные на них по оси корпуса 1 полые усеченные конуса 7, каждый последующий из кото. рых повернут относительно предыдущего на 180, при этом большие и меньо шие основания их соединены между собой цилиндрически обечайками соответственно большего 8 и меньшего 9 диаметров с образованием сплошной перегородки 10, делящей корпус на внутрен нюю 11 и внешнюю 12 реакционные зоны.

По первому варианту (фиг.1} сплош" ная перегородка 10 соприкасается с днищем 3 аппарата, на котором имеются два штуцера 4 для ввода исходной смеси во внутреннюю 11 и внешнюю 12 эоны соответственно. В верхней части аппарата перегородка 10 расположена иа некотором расстоянии от крышки 2.

По второму варианту (фиг. 2) пере-, городка 10 не доходит до днища, а соприкасается с крышкой, на которой расположены штуцера для ввода 4 и вывода 5 смеси.

1117079

Для выравнивания плотности реагирующей во внутренней и внешней зонах реактора реагирующей смеси в цилиндрических обечайках перегородки могут быть выполнены продольные окна прямоугольной формы 13 или кольцевые поперечные щели 14.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что оптимальными являются следующие геометрические размеры перегородки. Площади сечения широкого и узкого участков внутрен ней зоны равны соответственно площадям широкого и узкого кольцевого сечения внешней зоны. Угол наклона конуса к горизонтали составляет dL = 30О соотношение диаметров цилиндрических

D обечаек p = — = 1,8-3,0, а их длина— г- 0,5-0,8 диаметра реактора D p.

Реактор по второму варианту применим для процессов, в которых мелкоцисперсная твердая фаза значительно превосходит по плотности жидкую фазу и которые допускают двухкратное увеличение линейной скорости реагирующей смеси по сравнению в полым аппаратом.

В противном случае предпочтительнее реактор по первому варианту.

Реактор по первому варианту работает следующим образом.

Реагирующая смесь через штуцеры 4 поступает во внутреннюю и внешнюю зоны аппарата, и, ускоряясь на узких участках зон, интенсивно перемешивается на широких участках. Перемешивание фаэ осуществляется не по всему объему реактора, а только в пределах одной ячейки, так как новые порции смеси не позволяют жидкой и твердой фазам проваливаться вниз. Разделенное по зонам протекание процесса позволяет достичь более равномерного профиля скоростей, что также уменьшает проскок фаз с входа реактора на его выход и уменьшает объем застойных зон, ответственных за снижение селективности процесса. Расположение ячеек перемешивания внутренней и внешней зон реактора, в которых происходит наибольшее тепловыделение, не совпадает по высоте аппарата, что позволя. ет исключить локальные перегревы реагирующей смеси.

По второму варианту контактиру211 ющая смесь сначала опускается- вниз по внутренней зоне, а затем поднима ется вверх по кольцевой внешней зоне

Двухкратное увеличение средней линейной скорости фаз по сравнению с

25 однопроходной организацией движения фаз также выравнивает профиль скоростей жидкой фазы по радиусу и распределение твердой фазы по высоте аппа" рата.

Предлагаемый реактор позволяет уменьшить обратное перемешивание жидкой фазы, рециркуляционные потоки и застойные зоны, что способствует более интенсивному протеканию процесса по всем его объеме. Расчетное увеличение производительности реак тора по сравнению с полым аппаратом составляет 12-15Х.

> ю ч

1117079

1117079

Составитель Э. Скачкова

Техред М.Кузьма

Редактор Н. Пушненкова

КорРектор А. Ильин

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7106/5 Тираж %32

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5