Химический реактор радиального типа

(51)5 В 01, 8 БРЕТЕНИЯ ПИСАН К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ нальное использова равномерного расп та по окружности сл ческом реакторе у нен с сужающимся сываемым уравнен +0,004 Я/Ь (ГО+6 нечное проходное с нала ограничено АН БССРмаш,И , а отнош ие наружного радиу РАДИАЛЬпористой кольцевой стенки к ее меньше 1 О: Здесь р - полярный уго. Р - начальное, конечное и текущее ные сечения улиточного канала; Я ружный радиус кольцевой пористой й - высота пористой стенки. 2 ил. высоте ;го, Р, проход - настенки; конструкции слоем катаено в хими - повышениеи и рациоСлои катализаторарасположен неподвижно между ограждающими решетками 2 и 3 и торцовыми стенками 4 и 5, Слой и ограждающие его элементы установлены внутри обечайки 6 таким образом, что между ее внутренней поверхностью и внешней ограждающей решеткой образуется кольцевой распределительный канал 7. Полость внутренней решетки и вставленный в нее вытеснительный стержень 8 образуют канал 9 для вывода теплоносителя, который соединен с выходным патрубком 10, Во входном сечении реактора установлено устройство для равномерного ввода реагента, состоящее из пористой кольцевой стенки 11, прикрепленной к обечайке 6, и улиточного канала 12, образованного пористой стенкой 1 и наружной обечайкой 13, на которые нанесена искусственная шероховатость 14.Реактор работает следующим образом.Реагент поступает в улиточный канал 12 устройства ввода, фильтруется через кольнструкции хиного типа соыть применено учшение циональза счет деления я катаиир тора распр азан реактор,- разрез А - А ального типа 1, ограждаю- стенки 4 еделитель жень 8, ка ыходной ю стенку 11, ную обечайку сть 14. и 5, ный нал патГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт ядерной энергетики(54) ХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОРНОГО ТИПА(57) Изобретение относится креакторов радиального типа солизатора и может быть применческой промышленности. Целькачества получаемой продукци Изобретение относится к комических реакторов радиальслоем катализатора и может бв химической промышленностиЦелью изобретения являеткачества получаемой продукциного использования катализаобеспечения равномерногопотока реагента по окружностлизатора.На фиг. 1 схематично покобщий вид, разрез; на фиг. 2на фиг. 1.Химический реактор радисодержит слой катализаторащие решетки 2 и 3, торцовыеобечайку 6, кольцевой распрканал 7, вытеснительный стер9 для вывода теплоносителя, врубок 10, пористую кольцевуулиточный канал 12, наруж13, искусственную шероховато ние катализатора за счет ределения потока реагеноя катализатора, В химилиточный канал вюполпроходным сечением, опиием: г"=(1 - р/4 л)"Го+ ) (р; срем 0,2 л, причем коечение улиточного кавеличиной Р)0,422 Хцевую пористую стенку 11 и попадает в распределительный канал 7, откуда в радиальном направлении проходит через слой катализатора 1, в котором протекает соответствующая химическая реакция, затем прореагировавший реагент поступает в отводной канал 9 и покидает реактор.Рассмотрим работу устройства ввода, при этом считаем, что радиус пористой стенки намного превышает максимальный гидравлический диаметр улиточного канала. Тогда при моделировании движения жидкости,в канале можно пренебречь гидро- динамическими эффектами, связанными с его кривизной.Уравнение движения в проекции на ось улиточного канала12р 1( ) 1 ф ( 5) ( )Я ьБ, р ф Р)где Р - статическое давление в распределительном канале;ЬР - перепад давления на пористой кольцевой стенке,Равномерность раздачи реагента по периметру распределительного канала означает,что ЬР=сот, а йР (йц=О. Тогда уравнениядинамического согласования для системыулитка - распределительный канал имеетвид- О,йР(4)При равномерном распределении потокарасход реагента в улиточном канале устройства ввода реагента описывается линейной зависимостьюгде В - кратность циркуляции, 6 О - расход на входе в улиточный канал.Подставив (4) и (5) в уравнение (2), получим закон изменения проходного сечения улиточного каналаРв - -ДЗ 7 й 2 л у ау 4 лРр=О=Р (6) осредним по проходному сечению канала при развитом турбулентном течении получим одномерное уравнениеД 6 Дз Р Д 2 Р Р2 рР 1 ) рРЗ 1 ф 2 рРВ сфгде 6 - расход реагента; р - плотность,- коэффициент гидравлического сопротивления; Р - давление, Р - проходное сечение канала, 0 - гидравлический диаметр, Я - наружный радиус пористой стенки.,Связь между падениями давления в улиточном и распределительном каналах устанавливается соотношением:.обеспечивающий равномерную раздачу реа 5 10 Устойчивая работа устройства ввода обес. печивается при равенстве скоростей реагента на входе и выходе из улиточного канала 1/=О=У/р=2 л, т. е.6 В 6(В - 1)(8)опри этом не происходит образования вихря, и, как следствие, нестабильного распределения реагента по окружности пористого слоя. Подставим в уравнение оптимального слияния потоков (8) значения проходных сечений канала (7) и расхода (5) и разрешим относительно величины кратности циркуляцииРр - Зй-- (е - 1) - 1(Р +/) (е щ 1)(9) 152025 Условие В)1 накладывает ограничение на проходное сечение улиточного канала и на величину а, Параметр а ограничен сверху величиной, значительно меньшей единицы. С учетом этого уравнение (7) можно упростить и записать какР=(1)Р,+(Р,+Ь)Ы. (10)2 вВ 44Полученное уравнение справедливо для В)1, что приводит к ограничениям Я Ф 4 да 6 В 45 50 55 30 35 40 гента.Кратность циркуляции не может быть меньше единицы. Для В)1 решение дифференциального уравнения (6) имеет вид Р - (1 )1 Р+Й (1+ )1 ХЯМ Было исследовано движение потока жидкости в каналах с пористыми стенками, Экспериментально установлено, что при движении жидкости в улиточном канале отсос оказывает турбулирующее воздействие на поток, причем с увеличением отсоса это влияние возрастает, Индукцирование вихрей бугорками искусственной шероховатости также способствует турбулизации потока. Воздействие этих двух факторов на поток жидкости приводит к тому, что движение происходит в автомодельной области течения, т. е. движение потока устойчиво к изменению расхода на входе в улиточный канал. Значение коэффициента гидравлического сопротивления зависит от соотношения между высотой бугорков шероховатости и гидравлическим диаметром канала и лежит в пределах 0,016 - 0,085.Подстановка экспериментально определенных величин приводит к окончательной зависимостиР=(1 1.)2" Ро+0,004 - (Ро+6 ) Р (12) 4 лУсловия, ограничивающие геометрические параметры улиточного канала, будут иметь вид10 - Р/6(10; Е,)0,422 --- .(131Для проверки полученных результатов изготовляют экспериментальную установку, включающую систему подачи воды, рабочий участок и систему подкраски воды. Рабочий участок является моделью системы ввода реагента в реактор с размерами, отвечающими уравнениям (12) и (13), и представляет собой улиточный канал с прозрачными стенками. В качестве пористой стенки используют пластмассовое кольцо, в котором просверливают в шахматном порядке отверстия диаметром 3 мм и с шагом 6,5 мм. Внешний радиус кольцевой пористой стенки 90 мм, высота 55 мм, начальное проходное сечение улиточного канала 1375 мм.За распределением потока осуществляют визуальное наблюдение. Давление на выходе из пористой стенки измеряют по ее окружности в 12 точках. Экспериментально подтверждают, что сквозь кольцевую пористую стенку улиточного канала, выполненного с проходным сечением согласно (12), устанавливается равномерный отсос жидкости. Устройство ввода реагента с улиточным каналом, выполненным согласно уравнениям (12), (13), позволяет равномерно распределить поток реагента по окружности слоя катализатора с точностью до ошибок эксперимента 1 - 2 О, что показывают замеры давления. Предлагаемый химический реактор радиального типа обладает следующими техникоэкономическими преимуществами по сравнению с известным: во-первых, повышается 5 качество получаемой продукции, во-вторых,срок службы катализатора увеличивается на 20 О за счет более рационального его использования.Формула изобретения10Химический реактор радиального типа,содержащий слой катализатора, расположен ный между двумя коаксиальными цилиндрическими решетками, устройство с улиточ ным каналом и пористой кольцевой стенкойдля ввода реагента, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества получаемой продукции и рационального использования катализатора за счет обеспечения равномерного распределения потока реагента по окружности слоя катализатора, улиточный канал выполнен с сужающимся проходным сечением Р, описываемым уравнением(1 4 ) / Ро+0,004 - (Ро+Н 2)25р б 0,2 л,причем конечное проходное сечение улиточного канала ограничено величинойЕ)0,422зо 10 - Р/йгде Р, Рю, Р( - текущее, начальное и конечное проходные сечения улиточного канала;р - полярный угол;- наружный радиус пористой35 кольцевой стенки;6 - высота пористой кольцевойстенки,а отношение наружного радиуса пористойкольцевой стенки к ее высоте меньше 10.1607927 Фиг. 1 А -ЯСоставитель А. Телесницкий Редактор В. Бугренкова Техред А. Кравчук Корректор Л. Бескид Заказ 3581 Тираж 427 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно. издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101