Многотрубный прямоточный реактор

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоцнаинстичесникРеспублин рп 99789(22) Заявлено 05,12,80 (2 ) 3212538/23-26 с присоединением заявки ЙоВ 01 4 19/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(54) МНОГОТРУБНЫЙ ПРЯМОТОЧНЫЙ РЕАКТОР портный 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 верхней. трубной решеткой, и снабжены в нижней части завихрителявы, расположенными в верхней части реакционных трубок, а между плитой и трубной доской установлена газораспределительная ,решетка отверстия которой сиафкены 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,ение Недостатнию с аппарками являетприводит кзатрат. Крогаза ниже 4способствуютта массопер30 разность сктоком и жидк Иэобре массообме рудования в частнос ществлени сульфатир ческих со фоагентом также для сообмена гонки и тт относится к области нного и реакционного ободля газожидкостных систем, ти к устройствам для осуя реакций сульфирования и ования различных органиединений газообразным сульокисления парафинов, а процессов Физического мас(абсорбции, десорбции, от-. .д.). Характерной особенностью процессов масеообмена 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 трансом устройства по сравнетами с восходящими потоя большая длина, что и величению материальных ме того, при скоростяхм/с гравитационные силн уменьшению коэффициендачи, т.е. Уменьшается ростей вежду газовым поостной пленкойИзвестен реактор, содержащий корпус, разделенный на газовую, жидкост-ную и сепарационную камеры, контактные трубки, распределительное устрой-,ство 2 1.Недостатками его являются недостаточная равномерность распределенияфаэ, плохая сепарация и низкое качество продукта,Известен также колонный аппарат свосходящим потоком для проведениятепломассообменных и реакционныхпроцессов, 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 поверхней поверхности образующей дляинтенсификации тепломассообмена 3 ,Недостатком данного устройства является работа в очень жестком режимепо расходам, т.е. необходимо строго .выдерживать подачу газа и жидкости.В случае подачи жидкости больше номинальной через определенное времяпроизойдет накапливание ее в газовойкамере и захлебывание аппарата, чтозаставило отказаться от расположениягазовой камеры под жидкостной, так 30как в конечном итоге они заполняютсяжидкой Фазой до самых реакционныхтруб независимо от режимов подачи газа. Даже значительные его расходы непозволяют освободить камеру от жид:кости, которая отбрасывается к периферии, а потом опять заполняет объем.Недостатками известного устройстваявляются также высокое сопротивлениезавихрителей с трубками и сложность 4 Оих изготовления. Кроме того, известная конструкция подачи жидкой фазыв газожидкостную камеру не позволяет достичь равномерного распределениягазожидкостной смеси во веех реакционных трубах потому, что жидкость,поступающая на распределительную решетку, не может равномерно на нейраспределяться по следующим причинам.Пульсация газового потока приводитк изменению давления в газовой камере, а зто несомненно повлияет как наскорость и характер истечения жидкости из трубы, и на ее высоту слоя нарешетке, кроме того, скорость движения газа в центре всегда выше, чемна периферии. В конечном итоге, зтифакторы не позволяют достичь равномерного распределения газовой и жидкой фаэ по реакционным трубам и равенства соотношений компонентов в 60них, а что не дает возможности провести реакцию в нужных условиях и получить качественный продукт.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигае мому эффекту является кожухотрубныйколонный аппарат для проведения процессов теплообмена, состоящий из корпуса с установленными внутри негоконтактными трубками, внутри каждойиз которых с помощью подвесок помещено закручивающее устройство в виде отдельных патрубков с эавихрителями. Этот массообменный аппарат предназначен для осуществления процессовв противотоке 4 ,Однако в этом аппарате невозможнопроводить процессы при скоростях газа выше 7 м/с, так как в данном случае пленка поднимается вверх, поэтому для интенсивных ее режимов работыаппарат не приспособлен. В известномаппарате не решается вопрос окончательного опорожнения аппарата приего остановке. Это оказывается крайневажным, например при сульфировании,таккак.сульфомасса, оставаясь на. контактных поверхностях, разлагаетсявплоть до обуглероживания и забивает межлопастные пространства эавихрителей, а также оседает на стенкахтруб и задерживается на трубных решетках.Целью изобретения является интенсификация массообмена и сепарацииза счет равномерного распределенияфаз по трубкам.1Укаэанная цель достигается тем,что в многотрубном прямоточном реакторе для взаимодействия гаэожидкостных систем в восходящих потоках, содержащем корпус, разделенный по ходупотока трубными дисками на газовую,жидкостную и сепарационную камеры,контактные трубки с завихрителями,закрепленными на стержнях, смойтиро-ванных в трубной доске газовой камеры расйределительные 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 боковойповерхности, сепарационное устройствовыполнено в виде установленного коаксиально корпусу цилиндра, нижний торец которого размещен ниже патрубкавывода продукта, а верхний торецснабжен лопастным завихрителем,размещенным выше верхних торцов контактных трубок, которые расположенына разной высоте относительно трубнойдоски сепарационной камеры, а такжетем, что стержни жестко закреплены ввершинах конических колпачков, атрубная доска газовой камеры снабжена обращенными клапанами, а в контактных трубках выполнены отверстия,размещенные выше трубной доски сепарационной камеры,ходит при скоростях газа 10-2 Ь м/с,т,е, удачно сочетаются высокая эффективность массообмеиа при сравнительно невысоких скоростях, а следовательно, и расходах газа, и хорошаясепарация Фаз .Стенки цилиндра 16 расположеныниже выступающих концов реакционныхтруб 4, поэтому стекающая по крышкежидкость 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 20 верхнем срезе трубы. Однако направление полета капель таково, что перекрестного орошения избежать невозможно, т.е. капельки из одной. трубыобязательно попадают в,пространство 25 над соседними, подхватываются газовыми потоками и уносятся вверх. Чемвиае 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 оешениижидкая Фаза из коротких труб попадает на наружные стенки длинных истекает ноих поверхности на трубнуюрешетку. Таким образом, капельки непопадают в зоны движения газовых потоков из соседних. труб.Для опорожнения (в случае останов- О ки) предназначены клапаны 14, которыепод собственным весом опускаютсявниз и открывают сливные отверстия в.трубной доске 11. Сверху жидкость через отверстия 15 стекает по трубкам4 на решетку 11.Помимо этого, устройства автоматического слива позволяют продувать линию подачи жидкой Фазы в обратномнаправлении, т.е. к насосу. Это дей- О ствие оказывается необходиьжм в случае использования продуктов, застывающих при -комнатной температуре ивыше (например, первичные спирты Фр. С 10"С 8, синтетические высшиежирные 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 прижимаются 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 60 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 1с крьицкой 2 и днищем 3. В корпусе 1 смонтированы контактные трубы 4 с винтовыми завихрнтелями 5, укрепленными на стержнях 6, которые в 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),Дпя 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). кон т акт ные трубы можно обогревать паром.В сепараторе происходит разделение ФазНаилучшее разделение проислопастного завихрителя 17. Дпя более ществления процессов физического массообмена позволитотказаться от громоздкого и метаплоемкого колонного Многотрубный прямоточный реактордпя взаимодействия газожидкостных997789 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 щ и й с я тем, что, с целью интенсификации массообмена и сепарации за счет равномерного распределения фаз по трубкам, распределительные патрубки снабжены закрепленными на их верхних торцах коническими колпачка 5 ми с калиброванными отверстиями, выполненными на их боковой поверхности, сепарационное устройство выполнено в виде установленного коаксиально корпусу цилиндра, нижний торец кото рого размещен ниже патрубка вывода продукта, а верхний торец снабжен лопастным завихрителем, размещенным вьве 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 - щ и й с я тем, что стержни жестко закреплены в вершинах конических колпачков.3, Реактор по п.1, о т л и ч а ю -щ и й с я 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 вьвае трубной доски сепарационной камеры. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 388771, кл. В 01 д 1/00, 1972,2. Соколов В. и др. Газожидкастные реакторы. Л., 1976, с. 161,рис. 88 а, б.3. Авторское свидетельство СССРР 603399, кл, В 01 0 3/30, 1974,4. Авторское свидетельство СССРР 207870, кл. В 01 3 1/00, 1965. ВНИИПИ Заказ 996/9Тираж 535 Подписно филиал ППП "Патент",г.ужгород, ул.Проектная,4