Аппарат с псевдоожиженным слоем

 

с

Г.А.Кириллов, H.È.Äàâûäîâ, Г. Г. Кувшиноа" и О;.Я.йолотнюк

Специальное конструкторско-технологиче с о с катализ аторов (72) Авторы

«эобре теням (VI ) Заввятель (54) АППАРАТ С ПСЕВДООЖИЖЕННЦИ СЛОЕН

Изобретение относится к аппаратам химической и нефтехимической рвмышленности, предназначенным для проведения массо- и теплообменных процессов в псевдоожиженном слое (катализатора, инерта) при химических реакциях, протекающих с выделением или поглощением тепла.

Известен аппарат для проведения высокотемпературных процессов в кипящем слое, в котором газораспределительная решетка одновременно служит для газораспределения и смещения воздуха с горючим газом. Смешение производится либо в камерах, либо в трубках, соединяющих камеры 1).

Недостатком таких гаэораспределительных и смесительных устройств RB ляется сложность конструкции, высокое гидравлическое сопротивление, некоторые различия состава смеси, вызванное различием сопротивлений газовых и воздушных трактов и забиванием га-„, эоподводящих элементов, а также смеб.шение в больших объемах способствующее воспламенению горючей смеси до поступления ее в кипящий слой.

Расположение гаэораздающей системи непосредственно в кипящем слое приводит к износу или закупорке час" тицами выходных отверстий, деформа" ции конструктивных элементов системы и не обеспечивает необходимой степени перемешивания газов до опре1О деления высоты слоя.

Известно гаэораспределительное устройство для аппаратов с псевдоожижейным слоем, содержащее плиту с вЫ35 теснителями (2).

Недостатком этого аппарата является то, что для обеспечения жесткости при использовании данной решетки в крупнотонажных аппаратах ее необходимо изготавливать из толстого лис" тового материала, что усложняет технологию изготовления решетки, и, кроме того, в рабочих условиях иэ-34 разности температур между ее нижней .

902 802 и верхней поверхностями в такой ре- шетке возникает изгибающий момент и происходит ее коробление.

Известен взятый за прототип аппарат с псевдоожиженным слоем катализатора, содержащий корпус с патрубками для ввода и вывода сырья и ожижающего агента, внутри которого установлена газораспределительная решетка с псевдоожиженным слоем, и О размещенные в нем по высоте секций теллообменннх элементов P).

Недостатками данного аппарата, имеющего боковой подвод газа, является отсутствие каких-либо спрямляв- д щих и газораспределительных устройств в подрешеточиой камере, которые вы- равливали бы несимметричность потока перед набеганием его на газораспределительную решетку и без которых невозможно изменением только одной конструкции решетки создать на выходе иэ нее равномернь1й профиль скоростей по сечению аппарата и соответственно однородное псевдоожижение.

Установленные в слое решетки провального типа, прикрепленные к низу каждой теплообменной секции, раэру" шают газовые пузыри перед входом в кольцевой канал и способствуют улучшению структуры слоя. Однако при этом ухудшается продольное перемешивание частиц, вследствие чего возникает градиент температуры по высоте слоя, при этом на решетках образуются застойные эоны малоподвижного материала, которые способствуют спеканию и образованию агломератов., Кроме того, недостатком известного аппарата является низкая

46 интенсивность теплоотдачи, так как при обтекании ряда плотно располо" женных друг над другом труб (витков) нижележащие трубы являются экраном для выщележащих и последние попадают в гидродинамическую тень. Слабое

43 радиальное перемешивание частиц приводит к образованию застойных зон в тыльной части труб, расположенных в слое, и эон с низкой концентрацией частиц в лобовой части. При высо- Ю котемпературных и теплонапряженных процессах наличие таких зон может приводить к неравномерности теплосъема, перегреву и выходу из строя теплообменников, спеканию зернисто- ss го материала и неполному превращению (сгоранию) химических реагентов за счет неоднородности псевдоожиженноф

ro слоя, вызванной прохождением через слой крупных пузырей, Целью изобретения является интенсификация химического процесса и процесса теплообмена за счет создания равномерной структуры слоя.

Цель достигается тем, что в аппарате с псевдоожиженным слоем, содержащим корпус с патрубками для ввода и вывода сырья и ожижающего агента, внутри которого установлена гаэораспределительная решетка с псевдоожиженным слоем, и размещенные в нем по высоте секции теплообменных элементов, под гаэораспределительной решеткой укреплены уголки, образу" ющие между собой камеры смешения, в которых размещены газораспределительные трубы, а секции теплообменных элементов установлены в шахматном порядке. Кроме того, в нижней части аппарата под гаэораспределительной решеткой установлен криволи,нейный кольцевой диффузор с последовательно размещенными над ним коллектором, соединенным посредством вертикально установленных патрубков с газораспределительными трубами, и перфорированная решетка. Криволинейный кольцевой диффуэор с плавнорасширяющимся участком и углом раскрытия от 8 до 20 образован саосно расположенными криволинейными диффузором и обтекателем. Криволинейная часть стенки диффуэора строится по радиусу, а криволинейная часть стенки обтекателя - по закону изменения площади в оптимальном (беэотрывном) диффуэоре с углом раскрытия 8- 12 .

Прямолинейный участок кольцевого диффуэора имеет угол раскрытия от

12 до 20 . При этом перемещением обтекателя можно регулировать сопротивление его входного участка и., тем самым, изменять профиль скорости потока на выходе из диффузора.

Установка в подрешеточной камере аппарата системы криволинейных кольцевых диффузоров, которой можно регулировать расход газа по сечению àïïàрата, уменьшает высоту подрешеточно- го пространства и упрощает технологию изготовления входного устройства.

На фиг. 1 изображен цилиндрический аппарат, разрез; на фиг.2 - элемент распределительно-смесительного устройства; на фиг.3 - се- ение А-А на фиг..2; на фиг.4 - система д :ффузоров.

02 б корпуса и один входной патрубок, можно также использовать принцип органиэации многодиффуэорной системы, т.е. в подрешеточной камере установить два или несколько кольцевых диффузоров прямоугольной формы.

Аппарат с псевдоожиженным слоем катализатора работает следующим образом.

Воздуамай поток через боковой . ввод 16 поступает в кольцевое пространство диффуэора, меняя направление и предварительно распределяясь по сечению аппарата. Приближением или удалением внутреннего обтекателя

3 относительно диффуэора 2 можно регулировать расход и равномерность подачи воздушного потока под решетку

6. Воздушный поток, равномерно распределенный по сечению аппарата кольцевым диффузором и решеткой, посту-! пает а гространство, образованное уголками 11 и решеткой 5, Струи газа, вытекающие ив отверстий горизонтальных труб 10 трубчатого распределителя, смешиваются в этих прост. ранствах с воздушным потоком. Приготовлеинав газо-воздушная смесь через щели, образованные продольными планками 17, и колпачковые распределители 18, поступает в контактную зону аппарата. Степень равномерности распределения газо-воздушной смеси по сечению аппарата регулируется изменением зазора между планками 17. Од" нородность слоя, созданная на егo входе, поддерживается оптимальным »распрложеиием труб теплообменника.

Вертикальные ряды труб образуют от" носительно узкие каналы, в которых происходит псевдоожижение частиц, близкое по однородности к слою в аппарате с малым диаметром. Трубы, расположенные в начале слоя, образу" ют возмущения, которые передаются по высоте теплообменника и способствуют увеличению теплообмена между поверхностью труб и слоем.

Так как рабочая концентрация смеси газов близка к взрывоопасной, то в целях предотвращения проникновения пламени иэ контактной зоны в подрешеточное пространство и предотвра щения самовоспламенения смеси, про странства, разделенные уголками 11, заполняются фарфоровыми шариками.

Использование предложенного anna" рата.для получения фталевого ангидрида на Рубежанском химическом комби5 9028

Аппарат состоит из цилиндрической обечайки 1, в подрешеточной камере которой размещены криволинейный диффуэор 2 с криволинейным обтекателем

3, расположенным внутри диффузора со- 5 осно с ним так, что они совместно образуют кольцевой диффузор с плавно расширяющимся участком и углом раскрытия 8-20, гаэораспределительноф смесительное устройство 4, которое 10 состоит иэ двух тонких перфорированных решеток 5 и 6, причем ретешка 5щелевая с угалковыми колпачками непровального типа, и трубчатого газораспределителя, включающего в t5 себя подводящий трубопровод 8, вертикальные трубчатые стояки 9 и горизонтальные перфорированные трубы 10. Нагрузка от веса катализатора через решетку 5 воспринимается уголками 11 и 2о балками 12, которые свободно опираются своими концами на опорное кольцо 13, что обеспечивает им возможность перемещаться при температурных расШирениях. Иространство зоны смеше- 25 ния, образованное между решеткой 5 и уголками 11, заполняется фарфоровыми шариками 14, огнегасящий размер которых равен 6-12 мм.

Секции теплообменника 15 могут зо быть выполнены или в виде кольцевых

;змеевиков, или в виде горизонтальных труб и расположены относительно друг друга в шахматном порядке. Экспериментально определено, что теплообменник с такой компоновкой труб в рядах с отношением шага по вертикали к диаметру трубы, равным 1,2- 1,4, и шага по горизонтали к диаметру трубы, равным между рядами 2,0-4,0, способствует интенсификации процесса теплопередачи и организует слой.

Секции змеевиков теплообменника.могут быть соединены друг с другом последовательно, параллельно или последовательно-параллельно при помощи коллекторов.

Следует отметить, что конструктив. ные элементы цилиндрического аппарата (см. фиг. 1) например кольцевой

50 диффузор, гаэор аспределител ьно- смесительное устройство, ширмовый трубчатый теплообменник, можно использовать и для прямоугольного аппарата.

Кроме того, для обеспечения рав55 номерного подвода потока к газораспределительному устройству в прямоугольных аппаратах, имеющих достаточно большую длину одной из сторон

Формула изобретения

1. Авторское свидетельство СССР

25 Н 416082, кл. В 01 J 8/18, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР ,1t 334995э кл. 8 01 J 8/18в 1972 °

3. Авторское свидетельство СССР и 216162, кя. В 01 4 8/18, 19б8.

7 90280 нате, .позволило увеличить выход конечного продукта на 7Ф.по сравнению с, этим же реактором без спрямпяющего входного устройства. Использование данного реактора в качестве генератора тепла (КГТ) на 15 млн ккал/ч по предварительным расчетам позволит снизить капитальные затратй íà 51,5ь, эксплуатационные на 9,63 и сэкономить топлива до 173 s сравнении с сущест- Io вующими факельными печами.

И

1. Аппарат с псевдоожиженным сло ем, содержащий корпус с патрубками для ввода и вывода сырья и ожижающе" го агента, внутри которого установлена газораспределительная решетка с псевдоожиженным слоем, и размещенные в нем по высоте секции теплообменных элементов, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет создания равномерной структуры слоя, газораспределитель" ная решетка снабжена укрепленными под ней уголками, образующими между собой камеры .смещения с размещенйыми

2 8 в них газораспределительными трубами, а секции теппообменных элементов установлены в шахматном порядке.

2. Аппарат по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что в нижней части оН снабжен установленным под газораспределительной решеткой криволинейным кольцевым диффузором с последовательно размещенными над ним коллектором, соединенным посредством вертикально установленных патрубков с газораспределительными трубами, и перфорированной решеткой.

3. Аппарат по пп..1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что трубы в секциях положены с отношением вага по вертикали к диаметру трубы, равным

1, 2-,1, 3, и вага по горизонтали к диаметру трубы, равным 2-3.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе