Газожидкостный реактор

 

1. ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ РЕАКТОР, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крьшкой и днищем, трубные решетки, установленные в корпусе и делящие его на верхнюю и нижнюю камеры, барботажные и циркуляционные трубы, закрепленные в трубных решетках , осевые мешгшки, помещенные в . циркуляциойные трубы, газоподводящую .трубу, расположенную в нижней камере покоси корпуса и проходящую через днище, газораспределительное устройство , установленное на газоподводящей трубе под трубной решеткой, отражатель с радиальными пластинами, размещенный в верхней камере я&р, трубной решёткой, и штуцеры ввода и вывода реагентов, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процессов путем равномерного распределения газообразного реатента в жидком при одновременном их перемешивании, газораспределительное устройство снабжено радиальными перфорированными трубами и наклонными пластинами, зaкpeшIeнны 0I на них, этом вертикальные радиальные пластины расположены меяоду циркуляционными трубами, а газораспределительное устройство выполнено в виде установленного с возможностью вращения вокруг оси газоподводящей трубы колпака, на котором закреплены перфорированные трубы. 2. Реактор по п.1, отлйчающ и и с я тем, что наклонные пластины на радиальных перфорированных трубах расположены на верхней их стоГО роне со стороны отверстий и перекрысд вают по радиусу корпуса циркуляционные трубы, а диаметр отверстий в перфорированных трубах увеличивается от центра к пер11ферии корпуса.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК уды В 01 Л 10/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3437425/23-26 (22) 14.05.82 . (46) 23.11.84.Бюл. Ф 43 (72) А.В.Шишкин, И.В.Авдашева и K;I .Êîðåmîâ (53) 66.023(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

И 571294, кл. В 01 J 10/00, опублик.

1975.

2. Авторское свидетельство СССР

У 312616, .кл. В 01 J 10/00, опублик.

1969.

3. Патент Франции Ф 2302778, кл. В 01 J 4/00, опублик. 1976. (54) (57) 1. глзожидкостный РеАктОР, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крьппкой и днищем, труб ные решетки, установленные в корпусе и делящие его на верхнюю и нижнюю камеры, барботажные и циркуляционвые трубы, закрепленные в трубных решетках, осевые мешалки, помещенные в циркуляциойные трубы, газоподводящую ,трубу, расположенную в нижней камере по» оси корпуса и проходящую через днище, газораспределительное устройство, установленное на газоподводящей трубе под трубной решеткой, отSU.„0 0 А ражатель с радиальными пластинами, размещенный в верхней камере над трубной решеткой, и штуцеры ввода и вывода реагентов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью интенсификации процессов путем равномерного распределения газообразного реагента в яащкои при одновременном их перемешивании, газораспределительное устройство снабжено радиальныии перфорированными трубами и наклонныии пластинами, закрепленныы на них, при этом вертикальные радиальные пластины расположены между циркуляционными трубами, а газораспределительное устройство выполнено в виде 3 установленного с возможностью враще- у у ния вокруг оси газоподводящей трубы колпака, на котором закреплены пер" форированные трубы.

2. Реактор по п.1, о т л и ч а ю- Я щ и и е я тем, что наклонные пластины на радиальных перфорированных трубах расположены на верхней их стороне со стороны отверстий и перекры- Ю вают по радиусу корпуса циркуляцион- Ql ные трубы, а диаметр отверстий в перфорированных трубах увеличивается от вфЬ центра к периферии корпуса. Ю

1325040

Изобретение относится к конструкциями газожидкостных реакторов и может быть использовано для проведения экзотермических процессов в системах газ — жидкость, газ - суспензия.

Известен химический реактор для прОВеделим 11роцысом s гетерогенных средах, содержащий корпус с теплообменной рубашкой, крышку, циркуляционную трубу, вал с перемешивающим.уст- >0 ройством, выполненным. в виде осевого насосй, и отражатель потока в виде полутора, расположенного над циркуляционной трубой и обращенного выпуклостью к крышке, технологические 15 штуцеры. В данном, реакторе обеспечивается хорошая циркуляция реакционной смеси за счет работы мешалки f13.

Недостатком реактора является малая поверхность теплообмена, что не 20 позволяет проводить в аппарате реакции с большим тепловыделением.

Известен реактор, содержащий корпус, внутри которого размещен кожухотрубный теплообменник с циркуля- 25 ционной трубой, в которой установлено перемешивающее устройство, контактную тарелку с форсункой, профильное днище, коллектор для ввода жидкости или газа. Наличие перемешивающего щ устройства в циркуляционной трубе и профильного днища дает возможность развить интенсивную циркуляцию, наличие кожухотрубчатого теплообменника. позволяет отводить большое количество выделяемого тепла Р23, Недостатками реактора являются сложность изготовления профилированного днища и отсутствие равномерного газораспределения,по барботажным 4> трубам, что отрицательно сказывается на явлениях массотеплопереноса.

Наиболее близким к изобретению .по конструкции и достигаемому эффекту является газожидкостной реактор, 45 содержащий корпус, в виде кожухотрубчатого теплообменника с барботажнымии циркуляционными трубами, закрепленными в трубных решетках, верхнюю и нижнюю камеры, расположенные в нижней камере под нижней трубной решеткой мешалку в виде осевого насоса и коллектор для ввода газа, и технологические штуцеры (3"3.

Недостатком известного аппарата является неравномерное распределение вводимого газа по барботажным трубам, что усложняет проведение процессов с быстрорастворимыми газаа ми, протекающих с большим тепловым эффектом. Кроме того, в крупнотоннажных производствах используются реакторы, объем которых составляет несколько десятков кубических метров. Нижнее расположение привода требует, в случае выхода из строя мешалки или уплотнения, полного опорожнения аппарата и затрудняет демонтаж перемешивающего устройства.

В то же время, даже при создании развитой поверхности теплообмена (несколько сот квадратных метров) объем реакционной массы внутри барботажных и циркуляционных труб весьма незначителен по сравнению с общим объемом аппарата. В этом случае основной объем реакционной массы приходится на. нижнюю камеру, а при расположении мешалки вверху аппарата, в нижней камере возможно образование застойных зон

Целью изобретения является интенсификация процессов путем равномерного распределения газообразного реагента,в жидком прн одновременном их перемешивании.

Поставленная цель достигается тем, что в газожидкостном реакторе, содер жащем вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и днищем, трубные решетки, установленные в корпусе и . делящие его на верхнюю и нижнюю камеры, барботажные и циркуляционные трубы, закрепленные в трубных решетках, осевые мешалки, помещенные в циркуляционные трубы, газоподводящую трубу, расположенную в нижней камере по оси корпуса и проходящую через днище, газораспределительное устройство, установленное на гаэоподводящей трубе под трубной решеткой, отражатель .с радиальными пластинами, размещенный в верхней камере над трубной решеткой, и штуцеры ввода н вывода реагентов, газораспределителЬное устройство снабжено радиальными перфорированными трубами и наклонными пластинами, закрепленными на них, при этом вертикальные радиальные пластины расположены между циркуляционными трубами, а газораспределительное устройство выполнено в виде установленного с возможностью вращения вокруг осн газоподводящей трубы колпака, на котором закреплены перфорированные трубы.

3 11250

Кроме того, наклонные пластины на радиальных перфорированных трубах расположены на верхней их стороне со стороны отверстий и перекрывают по радиусу корпуса циркуляцнонные трубы, а диаметр отверстий в перфорированных трубах увеличивается от центра к периферии корпуса.

На фиг. 1 йзображен общий вид реактора, продольный разрез; на 1О фиг. 2 †. сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — - сечение Б-Б на фиг.

Газажидкостной реактор содержит вертикальный цилиндрический корпус 1

t в виде кожухотрубчатого теплообмен- 15 ни <а с барботажными 2 и циркуляционными 3 трубами, закрепленными в верхней 4 и нижней 5 трубных решетках, верхнюю 6 и нижнюю 7 камеры с теплообменной рубашкой, перемешиваю- 2О щие устройства с мешалками 8 в виде осевых насосов, расположенными в циркуляционных трубах 3 коаксиально им, газораспределительное устройство 9, расположенное в нижней камере 7 под нижней трубной решеткой 5 соосно корпусу 1, выполненное в виде газового колпака 10, установленного на трубе

11, с радиальными перфорированными трубами 12, на которых смонтированы ЗО наклонные пластины 13, отражатель

14 потока, установленный в верхней камере 6 над верхней трубной решеткой 4, причем снизу к отражателю прикреплены вертикальные пластины .15, установленные по радиусу аппара:TB, между циркуляционнымн трубами, штуцеры 16 для входа и выхода реагентов и штуцеры 17 для входа и выхода теплоносителя. 40

Ацпарат может работать как в периодическом, так и в непрерывном режиме °

Исходные продукты подаются через штуцер 16, газовый реагент вводится по трубе 11 в газовый колпак 10, распределяется по радиальным перфорированным трубам 12 и выходит через от" верстия перфорации. Мешалка 8, вы- О полненная в виде осевого насоса, обеспечивает интенсивную циркуляцию в зйщкости в аппарате, нагнетая реакционную массу в нижнюю камеру 7, где она смешивается с газом. Затем реак- Ы ционная масса поступает в барботажные трубы 2, в которых отводится тепло реакции.

40 4

Для исключения образования ворон- ки в циркуляционных трубах 3, улучшения гидродинамической обстановки в аппарате и исключения возможности возникновения кавитации при входе потока на мешалку, над верхней труб ной решеткой 4 установлен отражателЬ

14 потока, имеющий сферическую поверхность. TBfc как в крупногабаритных аппаратах циркуляцнонных груб должно быть нескоЛько, то отражатель

14,снабжен вертикальными пластинами

15, установленными по радиусу аппарата и делящими верхнюю камеру 6 на зоны, что улучшает замкнутую цир" куляцию жидкости в аппарате.

Газовый колпак 10 установлен на трубе 11 с возможностью осевого вра щения, а на радиальных трубах 12 с одной стороны по ходу вращения установлены пластины 13, расположенные под углом к жидкостному потоку, нагнетаемому мешалками 8. В результате гидродинамического воздействия на пластины 13 устройство для ввода газа приобретает вращательное движение, что обеспечивает распределение газа под всей площадью нижней трубной решетки. Поскольку с увеличением радиуса аппарата количество труб по периметру увеличивается, то диаметр отверстий в трубах 12 также целесообразно увеличивать для обеспечения равномерного газораспределения во все барботажные трубы 2. Перфорацию в. трубах 12 целесообразно выполнить со стороны, противоположной направлению вращения устройства.9, так как в этом случае используется кинематическая энергия газа на придание дополнительного вращения устройству 9 и предохраняется перфорация от забивки частичками твердой фазы (катализато ра) при остановке аппарата. Для мак симального использования гидродинамического напора, развиваемого мешалками, пластины 13 по радиусу аппарата должны перекрывать диаметр циркуляционных труб 3. Ширина пластин 13 и их угол наклона выбираются иэ условия обеспечения необходимой интенсий" ности перемешивания в нижней камере 7 °

Например, в производстве поликар бонатов используется реактор синтеза объемом 63 мЗ, диаметром 3,6 м. При этом кожухотрубчатая часть содержит

3 цнркуляционных- трубы, диаметром

1125040

0,9 м и более двух тысяч барботажных труб ф 45 ° 2, 5 длиной 3 м, с поверхностью теплообмена более 700 и . Реакционный объем кожухотрубчатой части составляет примерно 15 мз. Остальная реакционная масса должна-быть размещена в нижней и верхней камерах.

Так как процесс синтеза поликарбона тов периодический, проводится в несколько стадий и максимальный коэффициент наполнения аппарата составляет .

0,8, то объем нижней камеры должен быть не менее 30 м . То есть, при максимально допустимом по условиям транспортировки, диаметре аппарата

3,6 м высота нижней камеры составля- ет примерно 3,5 м.

Для обеспечения необходимой интенсивности теплообмена -используются мешалки в виде осевых насосов, вра- 2© щающиеся с частотой 258 об/мин. Расположение приводов верхнее. Каждая из мешалок обеспечивает осевой расход 2,0 тыс. м /ч. В реактор вводит-. ся фосген, растворяющийся в жидкой . фазе практически мгновенно с очень высоким тепловым эффектом. По условиям синтеза перепад температур в . реакционном объеме не должен превышать i 2 ; поэтому необходимо обеспечить равномерное поступление прореагировавшей реакцИонной массы в барботажные трубы, где осуществляется основной теплоотвод. При таком количестве барботажных труб невозможно 31 обеспечить ввод газа в кажцую трубу через сопла или другой газораспределитель. Поэтому в аппарате целесообразно использовать вращающийся газораспределитель в виде радиальных труб, разметка отверстий в которых совпадает с разметкой отверстий под барботажные трубы в трубной решетке по радиусу аппарата. В этом случае газ, выходя из отверстий газораспре- делителя, попадает в барботажные трубы. За счет вращения устройства в работу вовлекаются все барботажные трубы. Число радиально расположенных труб 12 и отверстий зависит от рас-, хода газа и общего количества барботажных труб. Для вращения газораспределительного устройства используется гидродинамический напор, развиваемый мешалками, которые воздействуют на пластины, установленные на раДиальных трубах и образующие винт.

Вращение газораспределительного устройства обеспечивает перемешивание реакционной массы и исключает образование застойных зон в нижней каме- ре.

Ъ

Над верхней трубной решеткой имеется отражатель в виде четверти тора, на внутренней поверхности которого установлено 3 радиальные пластины, делящие верхнюю камеру на равнообъемные зоны. Это обеспечивает улучшенную гидродинамическую обстановку в аппарате и повышает надежность работы мешалок.

Таким образом, предлагаемая конструкция аппарата позволяет обеспечить равномерное распределение газолидкостной смеси по барботажным трубам даже, в случае обработки быстрорастворимых газов, и улучшает перемешивание реакционной массы в нижней камере аппарата, интенсифицируя тепломассоперенос и исключая возможность образования застойных зон.

1125040! 125040

A-A

ВНИИА Заказ 8384/8: Тираж 532 Подлисиое

Филиал ШШ "Ввтеит", г Ужгород, ул.йроектиаа, Я