Многотрубный прямоточный реактор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцнаинстичесник

Республин

r«i997?89 (61) Дополнительное к авт. свид-ву

Р )М К з (22) Заявлено 05.12. 80 (21) 3212538/23-26 с присоединением заявки ЙоВ 01 J 19/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет($3) УДК 66.023 (088.8) Опубликовано 2302.83. Бюллетень Но 7

Дата опубликования описания 230283

1 1! т

I (72) Авторы изобретения

И.А.Волков, В.Г.Правдин и tO.A Ищук (71) Заявитель (54) МНОГОТРУБНЫЙ ПРЯМОТОЧНЫЙ РЕАКТОР

Изобретение относится к области массообменного и реакционного оборудования для газожидкостных систем, в частности к устройствам для осуществления реакций сульфирования и сульфатирования различных органических соединений газообразным сульфоагентом, окисления парафинов, а также для процессов физического массообмена (абсорбции, десорбции, от-. гонки и т.д.).

Характерной особенностью процессов массообмена с нисходящими и восходящими потоками газа и жидкости является то, что при скоростях около

40 м/с и выше коэффициенты массопередачи при прочих равных условиях становятся примерно одинаковы.

При скоростях ниже 40 м/с (15-20) массопередача в восходящих потоках проходит значительно интенсивнее, так как гравитационные силы способствуют увеличению степени обновления поверхности турбулизации потоков и времени контакта фаз. Поэтому для реализации одного и того же процесса аппарат с восходящими потоками потребует меньшей длины реакционных трубок и меньших энергозатрат на транспортный газ, т.е. он окажется более экономичным.

Известен реактор с нисходящим потоком для сульфирования керосина, состоящий из корпуса, трубок подачи сульфоагента, которые смонтированы на плите, установленной над верхнейтрубной решеткой, и снабжены в нижней части завихрителявы, расположенными в верхней части реакционных трубок, а между плитой и трубной доской установлена газораспределительная ,решетка„ отверстия которой снафкены патрубками, коаксиально установленными с трубками подачи сульфоагента, с образованием зазора между реакционными трубками и патрубками для подачи воздуха и керосина, сепараторы в этих аппаратах расположены внизу 1 ), Недостатком устройства по сравнению с аппаратами с восходящими потоками является большая длина, что и приводит к увеличению материальных затрат. Кроме того, при скоростях газа ниже 40 м/с гравитационные силн способствуют уменьшению коэффициента массопередачи, т.е. Уменьшается

30 разность скоростей м жду газовым потоком и жидкостной пленкой.997789

Известен реактор, содержащий корпус, разделенный на газовую, жидкост- ную и сепарационную камеры, контактные трубки, распределительное устрой-, ство (2 ).

Недостатками его являются недостаточная равномерность распределения фаэ, плохая сепарация и низкое качество продукта.

Известен также колонный аппарат с восходящим потоком для проведения тепломассообменных и реакционных процессов, содержащий корпус с трубными решетками и контактные трубы, внутри которых помещены на распределительном-стержне трубки и завихрители с возможностью осевого перемещения для очистки поверхности контактных трубок от осмоления. Трубки с за-; вихрителями снабжены лоцастями по верхней поверхности образующей для интенсификации тепломассообмена (3 ), Недостатком данного устройства является работа .в очень жестком режиме по расходам, т.е. необходимо строго . выдерживать подачу газа и жидкости ..

В случае подачи жидкости больше но- 25 минальной через определенное время произойдет накапливание ее в газовой камере и захлебывание аппарата, что заставило отказаться от расположения газовой камеры под жидкостной, так 30 как в конечном итоге они заполняются жидкой фазой до самых реакционных труб независимо от режимов подачи газа. Даже значительные его расходы не позволяют освободить камеру от жид- 35. кости, которая отбрасывается к периферии, а потом опять заполняет объем.

Недостатками известного устройства являются также высокое сопротивление завихрителей с трубками и сложность 4р их изготовления. Кроме того, известная конструкция подачи жидкой фазы в газожидкостную камеру не позволяет достичь равномерного распределения газожидкостной смеси во всех реакционных трубах потому, что жидкость, поступающая на распределительную решетку, не может равномерно на ней распределяться по следующим причинам.

Пульсация газового потока приводит к изменению давления в газовой камере, а зто несомненно повлияет как на скорость и характер истечения жидкости из трубы, и на ее высоту слоя на решетке, кроме того, скорость движения газа в центре всегда выше, чем на периферии. В конечном итоге, зти факторы не позволяют достичь равномерного распределения газовой и жидкой фаэ по реакционным трубам и равенства соотношений компонентов в них, а рто не дает возможности провести реакцию в нужных условиях и получить качественный продукт.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае- Я мому эффекту является кожухотрубный колонный аппарат для проведения процессов теплообмена, состоящий из корпуса с установленными внутри него контактными трубками, внутри каждой из которых с помощью подвесок помещено закручивающее устройство в виде отдельных патрубков с эавихрителями. Этот массообменный аппарат предназначен для осуществления процессов в противотоке 4 ).

Однако в этом аппарате невозможно проводить процессы при скоростях газа выше 7 м/с, так как в данном случае пленка поднимается вверх, поэтому для интенсивных ее режимов работы аппарат не приспособлен. В известном аппарате не решается вопрос оконча тельного опорожнения аппарата при !

его остановке. Это оказывается крайне важным, например при сульфировании,так как . сульфомасса, оставаясь н а. контактных поверхностях, разлагается вплоть до обуглероживания и забивает межлопастные пространства эавихрителей, а также оседает на стенках труб и задерживается на трубных решетках.

Целью изобретения является интенсификация массообмена и сепарации за счет равномерного распределения фаз по трубкам.

Укаэанная цель достигается тем, что в многотрубном прямоточном реакторе для взаимодействия гаэожидкостных систем в восходящих потоках, содержащем корпус, разделенный по ходу потока трубными дисками на газовую, жидкостную и сепарационную камеры, контактные трубки с завихрителями, закрепленными на стержнях, смойтиро- ванных в трубной доске газовой камеры распределительные патрубки, размещенные в сепарациониой камере сепарационное устройство и трубки ввода и вывода продуктов, распределительные патрубки снабжены закрепленными на их верхних торцах коническими колпачками с калиброванными отверстиями, выполненными на их боковой поверхности, сепарационное устройство выполнено в виде установленного коаксиально корпусу цилиндра, нижний торец которого размещен ниже патрубка вывода продукта, а верхний торец снабжен лопастным завихрителем, размещенным выше верхних торцов контактных трубок, которые расположены на разной высоте относительно трубной доски сепарационной камеры, а также тем, что стержни жестко закреплены в вершинах конических колпачков, а трубная доска газовой камеры снабжена обращенными клапанами, а в контактных трубках выполнены отверстия, размещенные выше трубной доски сепарационной камеры.

:897789 ходит при скоростях газа 10-2Ь м/с, т.е. удачно сочетаются высокая эффективность массообмена при сравнительно невысоких скоростях, а следовательно, и расходах газа, и хорошая сепарация фаэ .

Стенки цилиндра 16 расположены ниже выступающих концов реакционных труб 4, поэтому стекающая по крышке жидкость образует гидрозатвор, препятствующий проходу газа под цилинд-ром 16. Разделенные потоки газа и

15 жидкости через штуцеры 20 и ?1 выводятся из реактора.

Выходящие из контактных труб закрученные потоки сами по себе частично разделяются непосредственно на

Щ верхнем срезе трубы. Однако направление полета капель таково, что перекрестного орошения избежать невозможно, т.е. капельки из одной трубы обязательно попадают в.пространство 5 над соседними, подхватываются газовыми потоками и уносятся вверх. Чем

same этот унос, тем сложнее работа полной предварительной сепарации концы реакционных труб имеют попеременно различную длину — каждый короткий соседствует с длинным и наоборот.

При таком конструктивном оешении жидкая фаза из коротких труб попадает на наружные стенки длинных и стекает о их поверхности на трубную решетку. Таким образом, капельки не попадают в зоны движения газовых потоков из соседних. труб.

Для опорожнения (s случае остановО ки) предназначены клапаны 14, которые под собственным весом опускаются вниз и открывают сливные отверстия в. трубной доске 11. Сверху жидкость через отверстия 15 стекает по трубкам

4 на резятку 11.

Помимо этого, устройства автоматического слива позволяют продувать линию подачи жидкой Фазы в обратном направлении, т.е. к насосу. Это дейО ствие оказывается необходимым в случае использования продуктов, застывающих при -комнатной температуре и выше (например, первичные спирты фр. CIO-С 8, синтетические высшие жирные кислоты, парафины и т.п.) .

Использование аппарата для осуЧерез штуцер 18 жидкая фаза под .4 небольшим давлением 2-10 ать поступает в жидкостную камеру, а из нее по патрубкам 13 попадает в навернутые на них колпачки 7 и через калиброванные отверстия 8 распыпяется в 4 реакционные трубы 4. Давлением жидкости клапаны 14 снизу вверх прижи-. маются к трубной доске 11, препятствуя попаданию жидкой фазы на эту решетку. Газ, поступающий в.газовую камеру 10 через штуцеры 19, подхватывает капельки жидкости и несет их вверх со скоростью 10-20 м/с. Но после первого завихрителя -потоки закручиваются, жидкость за счет центробежных сил отбрасывается на стенку и движется по ней в виде тонкой турбулиэованной пленки. При этом происходит интенсивный массообмен между фазами. В случае экзотермической реакции (например, сульфирование Щ или сульфатирование органических соединений газообразной смесью серного ангидрида и воздуха) в межтрубное пространство подается охлаждающая вода. В случае, например, десорбции - 6 оборудования.

Формула изобретения

Для предотвращения процессов осмоления и окончатеЛьного опорожнени после остановки в предлагаемом реакторе предусмотрен автоматический слив жидкой фазы в жидкостную камеру при падении давления.

На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство.

Устройство состоит из корпуса -1 с крышкой 2 и днищем 3. В корпусе 1смонтированы контактные трубы 4 с винтовыми завихрителями 5, укрепленными на стержнях 6, которые s свою очередь смонтированы на. колпачках 7 с калиброванными отверстиями 8. Ни-— же трубной доски 9 расположена газовая камера 10, образуемая трубной доской 11 и обечайкой 12. На трубной доске 11 укреплены- распределительные патрубки .13 для подачи жидкости в реакционные трубы 4, а также клапаны

14 окончательного слива, на контактных трубах 4 для слива с верхней трубной решетки сделаны отверстия 15. (Днище 3 и трубная доска 11 образуют жидкостную камеру. Под крышкой 2 расположен сепараторный узел, состоящий иэ полого цилиндра 16 и лопаст- ного завихрителя 17. Выступающие над трубной решеткой концы реакционных труб имеют попеременно различную длину (не .показано) .

Для подачи жидкой фазы в аппарат предназначен штуцер. 18, а для газовой — 19. Для выбора жидкой Фазы из реактора предназначен штуцер 20, а

,газовой - 21. Через штуцер 22 пода.ется охлаждающая вода, а через 23— отводится (в случае необходимости подогрева паром назначение этих штуцеров меняется). контактные трубы можно обогревать паром.

В сепараторе происходит разделе ние фаз ° Наилучшее разделение проислопастного завихрителя 17. Дпя более ществления процессов физического массообмена позволит отказаться от громоздкого и метаплоемкого колонного

Многотрубный прямоточный реактор à взаимодействия газожидкостных

997789 систем в восходящих потоках, содержащий корпус, разделенный по ходу потока трубными досками на газовую, жидкостную и сепарационную камеры, контактные трубки с эавихрителями, закрепленными на стержнях, смонтированные в трубной доске газовой камеры распределительные патрубки, размещенное в сепарационной камере сепарационное устройство и патрубки ввода и вывода продуктов, о т л и ч а ю - о шийся тем, что, с целью интенсификации массообмена и сепарации за счет равномерного распределения фаз по трубкам, распределительные патрубки снабжены закрепленными на их верхних торцах коническими колпачками с калиброванными отверстиями, выполненными на их боковой поверхности, сепарационное устройство выполнено в виде установленного коаксиально корпусу цилиндра, нижний торец кото- 20 рого размещен ниже патрубка вывода продукта, а верхний торец снабжен лопастным завихрителем, размещенным вьме верхних торцов контактных трубок, которые расположены на разной 25 высоте относительно трубной доски сепарационной камеры.

2. Реактор по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что стержни жестко закреплены в вершинах конических колпачков.

3. Реактор по п.1, о т л и ч а ю — шийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем органиэации полного слива жидкой фазы, трубная доска газовой камеры снабжена обратными клапанами, а в контактных трубках выполнены отверстия, размещенные вьиае трубной доски сепарационной камеры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР.

Р 388771, кл. В 01 J 1/00, 1972.

2. Соколов В. и др. Газожидкастные реакторы. Л., 1976, с. 161, рис. 88 а, б.

3. Авторское свидеТельство СССР

Р 603399, кл. В 01 0 3/30, 1974.

4. Авторское свидетельство СССР

В 207870, кл. В 01 J 1/00, 1965.

ВНИИПИ Заказ 996/9

Тираж 535 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4