Каталитический реактор

- к 1 кр% 1(; ,"п+КА 11 ИВАНОВКА ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54)(57) 1. КА АЛИТИЧЕСКИЙ РЕАКТОРвключающий вертиоковым патрубком смеси, распредели- установленный соос азованием кольцетрубы Вентури и кисления аммиака альныи корпус с бля ввода газовой тельныи диффузор, но в корпусе с об вого канала в вид ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЗФ(56) 1. Патент ЧССР 9 144224,кл. 12 8 1/01, 1971.2. Авторское свидетельство СС9 946641, кл. В 01 3 8/04, 1980,выполненный в виде кольцевой камеры с внутренней перфорированной стенкой и расположенный под диффуэором катализатор, при этом кольцевая камера имеет отверстия в, наружной стенке, посредством которых она сообщается с кольцевым каналом, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью интенсификации процесса эа счет повышения равномерности распределения газовой смеси перед катализатором, кольцевая камера снабжена установленным снаружи напротив отверстий кольцевым соплом, верхний торец которого сообщен с кольцевым каналом.2. Реактор по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что кольцевое сопло размещено в верхней части диффузора..11342Изобретение относится к аппаратурному оформлению каталитических процессов, предпочтительно окисления аммиака.Производительность каталитических5реакторов онределяется степенью кон-.веРсии, кОторая в свою очередь зависит от равномерности распределенияперед катализатором поля скоростейгазовой смеси.10Для распределения потока используют диффузоры различных конструкций,Однако при прохождении газовой смесичерез диффузор в результате резкогоувеличения поперечного сечения частьпотока, движущаяся вдоль его внутренних стенок, открываЕтсй от них, об разуявихри, которые уносятся потоком, вызывая неравномерность поляскоростей, что негативно отражаетсяна гидравлическом сопротивлении диффузора и аппарата в целом,Для снижения этого влияния в диффузоре обычно устанавливают различныегазораспределительные элементы в ви 25де направляющих лопаток, решеток, сеток, слоев гранулированного материала и т.п.Известен каталитический реактордля окисления аммйака, включающийкорпус с катализатором, установленныйЗ 0над ним диффузор с входным патрубком,а также направляющие элементы и решетки, установленные у узкого основания диффузора 1,.В этом реакторе за счет установки направляющих элементов и решетоквихреобразование вдоль внутренних. стенок диффуэора сведено к минимуму,что приводит к удовлетворительномураспределению потока перед катализа .тором.Однако установка газораспределиАтельных элементови решеток в диффузоре отрицательно сказывается на величине гидравлического сопротивления 45реактора, а следовательно, и на егопроизводительности.Наиболее близким к предлагаемомуио технической сущности и достигаемому результату является каталитической 50реактор для окисления аммиака, вклю",чающий корпус с боковым патрубкомдля ввода газовой смеси, распределительный диффузор, установленный со,осно в корпусе, выполненный в виде 55.кольцевой камеры. с внутренней перфо.рированной стенкой и кольцевым каналом у основания наружной стенки для 31 2выхода из кольцевой камеры отсосанойчерез перфорированную стенку частигазовой смеси, а также катализатор,расположенный в корпусе под распределительным диффузором. При этом н районе кольцевого канала кольцевой зазор между корпусом и наружной стенкойдиффузора выполнен в виде трубы Вен,тури 23.В этом реакторе по сравнению спредыдущим улучшение распределения.потока, поступающего на катализатор,достигнуто не в результате применениягазораспределительных элементов, аза счет отсоса образующихся вихрейчерез внутреннюю перфорированнуюстенку диффузора в кольцевую камеру,где происходит их гашение, Отсосанная часть (2-57) возвращается посредством инжектирования через кольцевойканал перпендикулярно основному потоку в горловину трубы Вентури, обеспечивая рециркуляцию указанной частипотока.Это позволяет получить достаточноприемлемую равномерность распределенйА потока перед катализатором, атакже уменьшить гидравлическое сопротивление диффузора на 30-402 по сравнению с аналогом.Недостатком реактора являетсяограничение его производительностиввиду того, что отсасываемой частипотока (2-5 Х) недостаточно для полного отсоса вихрей в диффузоре и,следовательно, полного выравниванияполя скоростей перед катализатором,Цель изобретения - интенсификацияпроцесса за счет повышения равномер-ности распределения газовой смесиперед катализатором,Поставленная цель достигается тем, что в каталитическом реакторе, включающем корпус с боковым патрубком для ввода газовой смеси, распредели" тельный диффузор, установленный соосно в корпусе с образованием кольцевого канала в виде трубы Вентури и выполненный в виде кольцевой камеры с внутренней перфорированной стенкой и отверстиями в наружной стенке, сообщающимися с кольцевым каналом, катализатор, расположенный в корпусе под распределительным диффузором, кольцевая камера снабжена установленным снаружи на уровне отверстий соплом; верхний торец которого сообщен с кольцевым каналом.3 .11342Кроме того, кольцевое сопло размещено в верхней части диффузора,Использование сопла, ориентированного в сторону узкого .основаниядиффуэора, т.е, по движению основного(активного) потока, увеличивает от 5сасываемую часть газовой смеси, поступившей в кольцевую камеру диффузора через его внутреннюю перфорированную стенку,10При размещении кольцевого сопла врайоне, узкого основания диффузорапроисходит усиление отсасывающегоэффекта именно во входной (узкой)части диффузора, что приводит к повы"шению равномерности потока перед катализатором, а значит к дополнительному росту производительности реактора.Кроме, того, для упрощения изготов 20ления трубы Вентури ее горловина образована наружной частью сопла икорпусом,Для снижения пульсации потока, поступающего из сопла, т,е. для стабилизации отсоса, площадь кольцевогосопла не должна превышать 307. площадигорловины трубы Вентури (фиг.З).На фиг.1 изображен предлагаемыйреактор, общий вид; на фиг.2 и 3 -графики распределения поля скоростей, З 0Каталитический реактор содержиткорпус 1 с боковым патрубком 2 дляввода газовой смеси и подачи ее накатализатор 3 через установленный соосно с корпусом диффузор 4, выполнен ный в виде кольцевой камеры с внутренней перфорированной стенкой 5 инаружной 6. При этом наружная стенка6 имеет канал в видекольцевого сопла 7, ориентированного в сторону узкого основания диффузора и выходящегов кольцевую трубу Вентури 8, горловина которой образована корпусом 1 инаружной стенкой сопла 7.Реактор работает следующим образом.Газовую смесь через боковой патрубок 2 подают в кольцевой зазор междукорпусом 1 реактора и наружной стенкой 6 диффузора. Далее поток через 50узкое основание попадает внутрь диффуэора 4, расширяется при движениивдоль его внутренней. стенки 5 и поступает на катализатор 3, где происходит процесс каталитического окисле ния, а образовавшиеся нитрозные газывыводятся из нижней части реактора.При движении газовой смеси через кольцевой зазор происходит ускорение потока и падение давления в трубе Вентури 8 с образованием перепада давлений между диффузором и горловиной трубы Вентури 8. Под действием этого перепада происходит отсос некоторой части смеси (пропорциональный перепаду) через боковую поверхность перфорированной стенки 5 и кольцевое сопла 7 в горловину трубы Вентури и далее отсосанная часть после смешения с основным потоком поступает на вход в диффузор,Для проведения испытаний были изготовлены две отличающиеся конструкцией диффузора модели верхней части каталитического реактора со следующими размерами: высота 320 мм, диаметр корпуса 220 мм, диаметры узкого и широкого оснований диффузора соответственно 90 мм и 160 мм, высота диффузора 140 ммрасстояние от широкого основания диффузора до катализатора 50 мм. Диффузоры отличались исполнением кольцевого канала. В одном случае он бып выполнен, как в прототипе, в другом - как в предложенном решении, причем сопло располагали в районе широкого и узкого основания диффузора. Перфорация внут" ренней стенки во всех случаях была 9 2 мм, шаг 6 мм.Испытания проводились на воздухе, при этом расход на модели менялся в пределах О, 15-0,26 м /с. Поле скоростей замерялось трубкой Пито перед катализатором. Величина отсасываемой части потока р, вычислялась как разница между расходами,.подсчитанными по распределению поля скоростей во входном (узком) основании диффузора и расходом перед катализатором. Контроль расхода проводился при помощи .Диафрагмы, установленной во входномпатрубке реактора.На модели по прототипу полученавеличина отсоса р =3,6 Х. Как видно,из фиг.2 (кривая 1), отклонение отсредней скорости д достигает 553,что снижает степень конверсии на 1,8-, 223 по сравнению с максимально возможной (отклонение от средней по сечению скорости в сторону увеличения на 253 уменьшает степень конверсии на 1 Х) .Там же (кривая 2) для сравнения изображено поле скоростей смеси перед катализаторрм, полученное на том же диффузоре беэ отсоса (рО), из1134231 ЫГ / И 7 ВНИИШ Тираа Заказ 99 Подписко фиг которого очевидно положительное влияние отсоса, снижающее неравномерностьполя скоростей,В предложенном реакторе была достигнута величина отсоса с =7.,8-8,27.,При размещении кольцевого сопла у широкого основания диффузора неравномерность поля скоростей кривая 1 нафиг.3) не превышала 30%, что .приводит,к повышению степени конверсии, а значит и производительности на . 17 по,сравнению с прототипом.Размещение кольцевого. сопла у узкого основания диффузора при неизменном ,сс 8,2%) уменьшает неравномерность распределенияполя скоростейперед катализатором до 25% (кривая 2на фиг.3), что повышает степень конверсии на 1,27 по сравнению с прототипом,Для исследования влияния плещадисечения кольцевого сопла на величинуи стабильность отсоса испытывалисьсопла с отношением площадей сопла и Филиал ШШ фЮатеат",г. Уагород, ула Проекта горловины трубы Вентури и=0,15; 0,25;0,30, 0,35. Опыты показали, что величина отсоса соответственно равняласьР =7, 7, 8,2; 8, 1, 7,8%, Для) 0,30 5 наблюдались срывные явления в сопле,сопровождавшиеся пульсациями скоростии давления, которые передаются потоком в диффузор и увеличивают неравномерность поля скоростей (линия 3 нафиг.3).Замерянные на моделях коэффициенты гидравлических потерь в диффуэорахравнялись соответственно=0,47.- 0,37-0,41, т.е, получено снижейие гидравлических потерь в диффуэоре на 20-307.Таким образом, лучший вариантпредлагаемой конструкции.каталитического реактора с отсосом в диффузоре Ж части газовой смеси в количестве 8%позволяет повысить производительность, выражаемую степенью конверсии,на 1,0-1,27 по сравнению с реакторомпо прототипу.