Химический реактор

Соеоз Соаетскнк Соцналнстнчесннз Реснублнк(22) ЗаЯвлемо 160678 (21) 2640600/23-26 с присоединением заявки М Р 1)м, кл,з В 01 Х 19/24 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(23) Приоритет -Опубликовано 0702,81.Бюллетень Й 9 5 Дата опубликования описания 070281(54 ) ХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР Изобретение относится к аппаратурному оформлению химических реакций в двухфазных системах жидкость- жидкость, жидкость - гаэ, протекающих с большими тепловыми эффектами, и может быть использовано в нефтехи" мичвской промышленности, например, для проведения процессов гидрофорввлирования пропилена, этилена и т.п.Известны реакторы для проведения сильно экзотермических или сильно эндотермических реакций со встроенными твплообменными элементами - змеевиками или трубками Фильда 13.Недостатком таких реакторов явля ются низкие значения коэффициентов теплопервдачи, что при высоких тепловых нагрузках требует большой поверхности теплообмвна.Кроме того, в несекционированных 2 О колонных реакторах имеет место силь" ное продольное перемешивание сплошной среды.Сильное продольное перемешиванив для большинства процессов отрицательно сказывается как ыа эффективности аппарата, так и на селективности процесса. В то же время секционированив колонного реактора горизонтальными тарелками приводит к дополнительному падению теплопередачи, что происходит за счет падения средней скорости подьема пузырей и соответствующего снижения турбулизации жидкости. Это ведет к росту толщины термического пограничного слоя на стенках теплообменных элементов, т.е. к падению коэффициентов теплоотдачи от газожидкостной среды к теплообменной поверхности.В результате для реакторов, секционированных по высоте тарелками, у которых перфорация распределена равномерно по всей площади, требуется еще большая поверхность теплосъема на 1 м реакционного объема, чем для нвсекционированных.Укаэанные недостатки устранены в секционированных аппаратах колонного типа с.каскадом по высоте зон гаэлифта, которые с помощью тарелок изолированы между собой.Известен аппарат, содержащий цилиндрический корпус, устройства для ввода и вывода теплоносителя (хладагвнта) и реагентов, тарелки и установленные между ними секции газлифта, собранные из пучка барботажных и циркуляционной труб, торцы которых зафиксированы в вертикальном положении опорными горизонтальными перего 801872родками, герметйчно изолирующимимежтрубное пространство, куда подается теплоноситель, от реакционногообъема 2.Недостатки аппарата - низкая интенсивность теплопередачи за счет 5малых коэффициентов теплоотдачи састороны теплоносителя, сложность изготовления и монтажа конструкции,так как обеспечение большой поверхности теплосъема требует установкибольшого количества труб и неполноеиспользование объема аппарата, какреакционного, в связи с тем, что большая часть объема аппарата занята межтрубным пространством.Целью изобретения является упрощение конструкции и интенсификацияпроводимых процессов за счет повышения теплоотдачи турбулизацией газожидкостной среды и увеличение реакционного объема. .2 ОПоставленная цель достигается тем,что в химическом реакторе, включающем цилиндрический корпус, разделен-ный по высоте перфорированными тарелками, между которыми расположены теп- рлообменные трубы и устройства дляввода и вывода реагентов и теплоносителя, тарелки выполнены с кольцевымитреугольными канавками с прорезямив нижней части.ЗОКроме того, теплообменные трубывыполнены из трубчатых змеевикови установлены коаксиально, а канавки каждой следующей тарелки, расположены в шахматном порядке относительно канавок предыдущей тарелки.Достигаемое в такой конструкциипериодическое чередование по диаметру колонны кольцевых зон барботажас кольцевыми зонами циркуляции приводит к интенсивной турбулизации жидкости в межтарельчатом пространстве, и соответственно, к высокимкоэффициентам теплоотдачи. В то жевремя одинаковая и высокая скоростьтеплоносителя по всей длине 4теплообменных труб не лимитирует процесс переноса тепла от теплоносителя к реакционной массе, а изготовлен"ные из теплообменных труб цилиндры,расположенные коаксиально, дают посравнению с рассмотренным выше прототипом развитую поверхность теплообмена, Все это позволяет уменьшить требуемую для процесса поверхность теплМсъема, увеличить реакционный объемреактора и упростить процесс его изготовления и монтажа,На чертеже схематично показанопоперечное сечение предлагаемого реактора,Реактор состоит из цилиндрического корпуса 1, перфорированных тарелок 2, теплообменных труб 3, расположенных коаксиально и выполнен,ных из трубчатых змеевиков 4, коллекторных труб 5 для подвода и отво- д а теплоносителя, барботера 6, штуеров 7 для ввода и вывода реагентов, штуцеров 8 для ввода и вывода теплоносителя, При этом кольцевые эоны перфорации у каждой следующей тарелки 2 находятся над кольцевыми зонами без перфорации предыдущей тарелки.Реактор работает следующим образом.Газовая фаза подается в жидкую. среду через барботер б и, распределяясь в ней в виде пузырей, поступает под перфорированную газораспределительную тарелку с кольцевыми зонами перфорации. После прохода газа через эту тарелку газовая фаза поступает в кольцевые пространства между теплообменными трубами, расположенными коаксиально, Причем, так как площадь тарелки перфорирована отверстиями по кольцевым зонам, отделенным друг от друга кольцевыми зонами без перфорации, по диаметру колонны периодически чередуются кольцевые зоны циркуляции и барботажа, разделенные поверхностями коаксиальных цилиндров. В дальнейшем газовая фаза подходит к следующей тарелке, после которой процесс повторяется с той разницей, что зоны барботажа находятся уже под зонами циркуляции. Это приводит к тому, что часть жидкости из вышерасположенной секции газлифта проскакивает через прорези в треугольных канавках тарелки в нижерасположенную секцию, создавая отклонение газовой фазы под перфорированные кольцевые эоны этой тарелки и обеспечивая под тарелкой повышенные относительные скорости между фазами, что способствует росту коэффициентов массопередачи. Таким образом, изобретение позволяет за счет создания по высоте аппарата каскада ячеек интенсивного сме- шения достигнуть высоких коэффициентов теплоотдачи от газожидкостной среды к стенкам теплообменных элементов, обеспечить высокие коэффициенты теплоотдачи со стороны теплоносителя, значительно сократить необходимую поверхность теплосъема, уменьшить расход высококачественных сталей при изготовлении реактора, упростить процесс изготовления и эксплуатации, обеспечить практическую ликвидацию продольного перемешивания по высоте аппарата и этим повысить его эффективность и селективность процесса,за счет искусственно созданной неравномерности распределения газа по диаметру колонны обеспечить высокие относительные скорости между фазами, что в совокупности с постоянным редиспергированием газа через отверстия тарелок позволяет усилить межфазный массоперенос, что в конечном итоге приводит к интенсификации процессов801872 15 Заказ 10195/8 Подписное ВНИИТираж теплопередачи, увеличить реакционный объем реактора, упростить конструкцию реактора за счет уменьшения количества стыковочных мест, требующих герметизации. формула изобретения 1. Химический реактор, включающий цилиндрический корпус, разделенный по высоте перФорированными тарелками, между которыми расположены тепло- обменные трубы и устройства для ввода и вывода реагентов и теплоноси" теля, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью интенсификации проводимых процессов, за счет повышения теплоотдачи турбулизацией газржидкостной среды, тарелки выполнены скольцевыми треугольными канавками с прорезями в нижней части2. Реактор по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что теплообменные трубы выполнены из трубчатых змеевиков и установлены коаксиально.3. Реактор по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что у каждой следующей тарелки канавки расположены в шахматном порядке относительно канавок предыдущей тарелки.Источники информации принятые во внимание при экспертизе1. В.О. Рейхсфельд. Реакционная аппаратура и .машины заводов основного органического синтеза и синтетического каучука. Л., "Химия", 1975,2. Патент США Р 3511615, кл.23-283, 1970. илиал ППП Патент,