Установка для проведения тепломассообменных процессов
Установка относится к химической и нефтехимической промышленности и используется для проведения процессов тепломассообмена. Содержит реактор, трубопроводы подачи компонентов и трубопровод смеси компонентов, на котором установлены насос и теплообменник. Установка дополнительно содержит на линии трубопровода смеси компонентов циклонное устройство, в котором происходит разделение капель эмульсии по размерам, установленное так, что его вход выполнен со стороны насоса, в котором происходит эмульгирование смеси компонентов. Один выход циклонного устройства подключен к реактору для подачи наиболее мелких капель, обладающих развитой поверхностью контакта, а другой выход - к теплообменнику, куда подают крупные капли с формированием контура циркуляции смеси компонентов. Данное техническое решение обеспечивает стабилизацию температурного режима и повышает скорость химического процесса в реакторе. 1 ил.
Изобретение относится к устройствам для проведения химических процессов, процессов тепломассообмена и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.
Известен реакционный узел для процессов гидролиза и других процессов (Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. Изд.2. М.: Химия, 1975, с.221, рис.53 и с.264, рис.61в).
Исходные компоненты реакционной смеси поступают во всасывающую линию насоса, который эмульгирует смесь. Далее полученная эмульсия подается в нагнетательную линию, на которой установлен реактор. В реакторе при охлаждении, либо нагревании или в адиабатических условиях проводится химическая реакция.
К недостаткам известного решения следует отнести изменение температурного режима при проведении эмульгирования в насосе и снижение скорости химического процесса в реакторе ввиду значительной неоднородности капель эмульсии, поступающей из насоса.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является установка для проведения тепломассообменных процессов по патенту РФ №2083273, кл. B 01 J 8/10, опубл. 10.07.1997. Известная установка содержит реактор, трубопроводы подачи компонентов и трубопровод смеси компонентов, на котором установлен насос и теплообменник. Установка снабжена также сепаратором, подсоединенным входным патрубком к верхней части теплообменника, а выходным патрубком - к крышке или верхней части корпуса реактора.
Известная установка работает следующим образом.
Исходные вещества поступают в установку по трубопроводу подачи компонентов. Компоненты из реактора посредством трубопровода смеси поступают на вход насоса, который перемешивает смесь. Далее полученная смесь насосом подается по трубопроводу смеси в теплообменник, где осуществляются процессы тепло- и массообмена. Жидкостная смесь из теплообменника стекает в реактор, а парогазовый поток удаляется в сепаратор для отделения капель жидкости.
При работе установки с несмешивающимися исходными компонентами можно выделить следующий недостаток известного решения - снижение скорости химического процесса в реакторе ввиду значительной неоднородности капель по размерам. Снижение скорости процесса можно объяснить расслоением эмульсии в реакторе при наличии в ней крупных капель и, следовательно, уменьшением поверхности контакта фаз. Кроме того, следует отметить также возможную неустойчивость температурного режима в реакционном узле. Известно, что скорость охлаждения (нагревания) капель в теплообменнике зависит от их размера. Следовательно, в неоднородной (по размерам) эмульсии будут присутствовать капли с различной средней температурой и это, естественно, скажется на скорости химического процесса в реакторе и на полноте проведения реакционных процессов в нем.
Задачей изобретения является стабилизация температурного режима и повышение скорости химического процесса в реакторе.
Поставленная задача достигается тем, что установка для проведения тепломассообменных процессов, содержащая реактор, трубопроводы подачи компонентов и трубопровод смеси компонентов, на котором установлен насос и теплообменник, дополнительно содержит на линии трубопровода смеси компонентов циклонное устройство, в котором происходит разделение капель эмульсии по размерам, установленное так, что его вход выполнен со стороны насоса, в котором происходит эмульгирование смеси компонентов, один выход подключен к реактору для подачи наиболее мелких капель, обладающих развитой поверхностью контакта, а другой выход - к теплообменнику, куда подают крупные капли с формированием контура циркуляции смеси.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлен общий вид установки.
Установка для проведения тепломассообменных процессов содержит трубопровод 1 подачи компонента А, трубопровод 2 подачи компонента В и трубопровод 3 смеси компонентов. Трубопровод 3 смеси образует замкнутый циркуляционный контур и содержит насос 4, циклонное устройство 5, теплообменник 6. Циклонное устройство 5 установлено в циркуляционном контуре трубопровода 3 смеси так, что его вход выполнен со стороны насоса 4, один выход подключен к реактору 7, а другой выход подключен к теплообменнику 6.
Установка для проведения тепломассообменных процессов работает следующим образом.
Исходные компоненты поступают в установку для проведения тепломассообменных процессов по трубопроводам 1 и 2 подачи компонентов. Трубопроводов подачи компонентов может быть два и более. Из трубопроводов 1 и 2 компоненты поступают в трубопровод 3 смеси на вход насоса 4, который перемешивает и эмульгирует смесь. Далее полученная эмульсия насосом 4 подается по трубопроводу смеси 3 на вход циклонного устройства 5. В циклонном устройстве 5 происходит разделение капель эмульсии по размерам: наиболее мелкие капли, обладающие развитой поверхностью контакта, через один выход циклонного устройства подаются в реактор 7, а крупные капли с другого выхода циклонного устройства 5 по замкнутому контуру трубопровода смеси 3 подаются в теплообменник 6 и далее на повторное перемешивание и эмульгирование в насосе 4. Аналогична работа циклонного устройства 5 и в случае использования в качестве одного из компонентов смеси газа или твердых частиц. Процесс эмульгирования в насосе 4 протекает в условиях интенсивного механического перемешивания, что сопровождается выделением тепла и нагревом эмульсии. Для поддержания заданного температурного режима в установке выделяющееся при эмульгировании тепло отводится в теплообменнике 6, установленном в замкнутом циркуляционном контуре трубопровода 3 смеси (кроме того, в теплообменнике 6 можно также подводить тепло к установке, что расширяет ее технологические возможности). В теплообменнике 6 осуществляется охлаждение эмульсии, содержащей крупные капли узкого диапазона размеров, что способствует равномерному прогреву и выравниванию средней температуры всех составляющих эмульсионной смеси. В реакторе 7 при охлаждении, либо нагревании или в адиабатических условиях проводится химическая реакция. Объем реактора 7 предопределяет полноту проведения реакционных процессов ввиду увеличения времени взаимодействия между компонентами смеси при обеспечении развитой поверхности контакта фаз в реакционной зоне емкости. Реактор может быть трубчатого, емкостного типа (с мешалкой или без нее, с нагревательной и/или охлаждающей системой или без нее), так и в виде какого-либо теплообменника (например, кожухотрубчатого). Проведение реакции в эмульсии, содержащей мелкие однородные (по размерам) капли (пузырьки, твердые частицы) с развитой поверхностью значительно увеличивает скорость химического процесса.
Таким образом, данное устройство для проведения тепломассообменных процессов позволяет стабилизировать и легко управлять температурным режимом, повысить скорость химических реакций и увеличить полноту проведения процессов.
Установка для проведения тепломассообменных процессов, содержащая реактор, трубопроводы подачи компонентов и трубопровод смеси компонентов, на котором установлены насос и теплообменник, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит на линии трубопровода смеси компонентов циклонное устройство, в котором происходит разделение капель эмульсии по размерам, установленное так, что его вход выполнен со стороны насоса, в котором происходит эмульгирование смеси компонентов, один выход циклонного устройства подключен к реактору для подачи наиболее мелких капель, обладающих развитой поверхностью контакта, а другой выход к теплообменнику, куда подают крупные капли с формированием контура циркуляции смеси компонентов.
