Кожухотрубный реактор

(19) (111 3(51) В 01,3 19/( ОСУДА ПО ДЕЛ л.(54)(57) для пров акций, с труб, за ках, и п реакцион НЫЙ РЕАК 1. КОЖУХОТРдения неизостоящий изрепленных в трубков дляой массы и термических рекорпуса с лучко трубных решет- входа и выхода еплоносителя,ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Волгоградскии ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут(56) 1. ПатентГДР Нф 139976,кл. В.01 1 8/00, 1980.2. Авторское свидетсльстно СССРВ 373025, кл. В 01 3 8/02, 1973,3. Патент ФРГ 1( 2903582,к В 01 7 8/06, 1980,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества продуктов реакции за счет выравнивания профиля температур по длине реактора, каждая труба трубного пучка выполнена из - трех или более трубок равной длины, диаметр .которых увеличивается по ходу потока реакционной массы в геометрической прогрессии.2. Реактор по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что каждая труба трубного пучка выполнена конически расширяющейся по ходу потока реакционной массы.3. Реактор по п. 2, о т л и, ч аю щ и й с я тем, что каждая труба трубного пучка снабжена размещенными на ее наружной поверхности ребрами с высотой, уменьшающейся по ходу потока реакционной массы, и наружным диаметром, равным диаметру трубы на выходе.1Изобретение относится к реакторадля проведения неизотермических реакций и может найти применение вхимической и нефтехимической промышленности.Известен кожухотрубный каталитический реактор для получения винилхлорида при экзотермической реакцииацетилена с хлористым водородом,состоящий из корпуса и трубного пучка, закрепленного в трубных решеткаРеакционная масса проходит по цилинрическим трубам равного диаметра повсей высоте. Катализатор в трубахразделен по высоте на три слоя с раличной добавкой в каждый слой инертного материала .1.Недостатки известного устройства - сложность приготовления ка-:тализатора и невозможность примене, -ния его для некаталитических реакций, так как в этом случае нельзярегулировать температуру по высотереактора, что ухудшает качество про дуктов реакции.Известен контактный аппарат, вкотором реализуется обратная систе ма потоков реакционной массы и теплноси-еля. По цилиндрическим трубамравного диаметра по всей высоте про ходит теплоноситель. Цилиндрические трубы установлены в конических обечайках, в кольцевом пространстве ко торых движется реакционная масса 1 2Недостатком указанного устройств является малая поверхность теплопер дачи цилиндрических труб, не позвол ющая выравнивать профиль температуры реакционной массы по высоте и радиусу, что ухудшает качество продуктов реакции.В качестве базового объекта выбран кожухотрубный реактор для каталитического экзотермического гидро- хлорирования ацетилена, применяемый для получения винилхлорида в Волгоградском производственном объединении "Каустик". Реактор состоит из корпуса с пучком цилиндрическйх труб равного диаметра, закрепленных в трубных решетках, патрубков для входа и выхода реакционной массы, протекающей по трубам, и теплоносителя, протекающего по межтрубному пространству.Известная конструкция не обеспечивает снижения температуры ниже допускаемой по технологическому регла 1088781 2м менту температуры 180 С в областивхода реакционной массы в трубы трубного пучка. В результате происходитперегрев катализатора в трубах выше5 температуры дезактивации й100 Си резкое уменьшение температуры заточкой ее максимума, что приводитк потере катализатором каталитическихсвойств и снижению степени превраше 10 ния ацетилена в винилхлорид.х. В качестве прототипа выбран реакторд- с трубным пучком для проведения каталитических неизотермических реакцийв газовой фазе, который состоит изэкорпуса и трубного пучка, закреплен"ного в трубных решетках. Реакционнаямасса проходит по цилиндрическим трубам равного диаметра по всей высоте.Теплоноситель движется в межтрубном20 пространствеДля равномерного распределения теплоносителя по всемупоперечному сечению межтрубного пространства установлены распределительные пластины с проходным сечением,изменяющимся в радиальном направлении 131.Данное устройство не предусматрио- вает регулирования теплоотдачи реакционной массы в трубах трубного пучка к стенкам труб, что приводит к30ухудшению качества продуктов реакции в связи с большим перепадом тем"пературы по высоте. труб,3 Цель изобретения - повышение каа 35 чества продуктов реакции за счете- выравнивания профиля температур поя- длине рсактора.Поставленная цель достигаетсятем, что в кожухотрубном реакторе,40 состоящем из корпуса с пучком труб,закрепленных в трубных решетках,и патрубков для входа.и выхода реакционной массы и теплоносителя, каж"дая труба трубного пучка выполнена45 иэ трех или более трубок равной длины, диаметр, которых увеличиваетсяпо ходу потока реакционной массы вгеометрической прогрессии,При этом каждая труба трубного50 пучка выполнена конически расширяющейся по ходу потока реакционноймассыКроме того, каждая труба трубногопучка снабжена размещенными на ее55 наружной поверхности ребрами с высотой, уменьшающейся по ходу потокареакционной массы, и наружным диаметром, равным диаметрутрубы на выходе.78 4 3 088На фнг. 1 представлен реактор, общий вид; на фиг. 2 - коническая труба .трубного пучка с радиальными кольцевыми (трубами) ребрами; на фиг. 3 -радиальное кольцевое ребро.Кожухотрубный реактор состоит изкорпуса 1 с патрубками входа 2 и выхода 3 теплоносителя в межтрубномпространстве, патрубками входа 4 ивыхода 5 реакционной массы трубныхУ 1 Орешеток 6, в которых закреплены трубы 7 трубного пучка (фиг. 1). Каждаятруба трубного пучка по первому варианту состоит не менее чем из трехсекций равной длины с увеличивающим 15ся диаметром трубок в каждой секциипо ходу потока реакционной массы,так что отношение диаметров трубокпоследующей и предыдущей секций оста,ется постоянным.20По второму варианту каждая трубатрубного пучка выполнена коническойс расширением по ходу реакционноймассы.На внешней поверхности каждой ко 25,нической трубы 7 жестко закрепленырадиальные кольцевые ребра 8. Наружные диаметры всех ребер одинаковыеи равны выходному. диаметру коничес-.кой трубы 7, а внутренний диаметркаждого ребра 8 равен наружному диаметру.конической трубы в месте установки ребра (фиг. 3),Кожухотрубный реактор работаетследующим образом.Исходное сырье подается по патруб-.з 5кам. 4 в трубы 7 трубного пучка состороны их меньшего диаметра. Навходе в трубы, где концентрация реагирующих компонентов в сырье наибольшая, выделение тепла в электроэкэотермической реакции или его по"глощение в эндотермической реакциимаксимально.Однако на входе в области наименьшего диаметра трубок первой секции 45составных труб 7 (фиг, 1) или повторому варианту в области наименьшего диаметра конических труб(фиг. 2) скорость реакционной массымаксимальна, а значит наибольшая 50теплоотдача от реакционной массы кстенкам труб.Кроме того, высота радиальныхкольцевых ребер 8 здесь также максимальна, а значит максимальная пло" 55щадь теплопередающей поверхности.По.мере продвижения реакционноймассы по трубам 7, попадая в следу-. ющую по ходу потока секцию с большим диаметром (фиг. 1) или по вари"анту 2 при движении,.реакционной массы по коническим трубам 7 (фиг. 2)ее скорость замедляется с одновременным уменьшением концентрации реагирующих веществ и значит. уменьшениемтепловыделения илн теплопоглощенияза счет реакции,Однако с уменьшением скоростиреакционной массы уменьшается тепло"отдача через поверхность труб 7.Кроме того, из-за уменьшающейсявысоты ребер 8 на конических трубах 7(фиг. 3) уменьшается площадь поверх-,ности теплоотдачи. Это способствуетвыравниванию температурного профиляпо длине труб 7.Продукты реакции выходят из корпуса 1 через выходной патрубок 5. Теплоноситель поступает .в межтрубное пространство по патрубку 2, а выходитпо патрубку 3. Применение секционных труб в трубном пучке или ярименение конических труб с установкой на них ребер с переменной по длине труб высотой позволяет в значительной степени выров нять профиль температур кожухотруб-: ного реактора, уменьшить наибольшиеградиенты температур в 1,5 раза, снизить абсолютное максимальное значение температуры на 20-30 цС, увеличить среднюю температуру на 3-5 С,а также увеличить степень превращения. Это позволяет предотвратить термическую деструкцию исходных веществ и продуктов реакции, а .для каталитических реакторов термическую дезактивацию катализатора, что способствует повышению качества продуктов реакции, а для каталитических реакторов позволяет увеличить срок службы катализатора, облегчает эксплуатацию реактора в оптимальном температурном режиме. При замене трубного пучка кожухо" трубного реактора с цилиндрическими трубами равного по всей длине диаметра на секционные или конические ожидаемый экономический эффект только за счет предотвращения термической дезактивации катализатора (активированного угля), пропитанного сулемой в отношении 1:1 О, составит 1700 руб/год на каждом реакторе гидрохлорирования ацетилена, установлен.Проектная ном в Волгоградском производственномобъединении нКаустик", а срок службыкатализатора увеличится с 7-8 до 8-9 мес с возрастанием степени превращения ацетилена в винилхлорид на 17