Вихревая камера

1 1096Изобретение относится к химической промьппленности, в частности к химическим реакторам с центробежным кипящим слоем, удерживаемом в вихревойкамере. 5Известна вихревая камера, включающая герметизированный корпус с размещенным в нем направляющим аппаратом, торцовые стенки, патрубки вводаи вывода реакционной смеси, устройство подачи катализатора. В даннойвихревой камере с целью снижениягидравлических потерь в приосевой. зоне размещено тело вращения1.Недостатками данной вихревой камеры являются значительные гидравлические потери,. а также малый выходполезных продуктов реакции вследствиеотсутствия их закалки на выходе изслоя катализатора. 20Наиболее близкой к предлагаемойявляется вихревая камера, включающаяресивер, цилиндрический направляющийаппарат, перфорированную, сооснуювыходным патрубкам трубу, профилированнце торцовые крышки, патрубкиввода и вывода рабочей среды 2 3,В данной вихревой камере с цельюснижения гидравлических потерь н уве"личения объема устойчивого центробежного кипящего слоя, соосно осевымвыходным патрубкам камеры установлена труба, имеющая радиально направленные отверстия или вертикальные проРези 123.Недостатками этой камеры являются35большие гидравлические потери на обеспечение фильтрации всего расхода через пористое тело и малый выход полезных продуктОВ В химических Реакторах. 40Цель изобретения - снижение гидравлических потерь аппарата и увеличениевыхода полезных продуктов за счет изменения их температуры на выходе изслоя катализатора,Указанная цель достигается тем, что в вихревой камере, включающей герметизированный корпус с размещенным в нем направляющим аппаратом, торцовые стенки, установленное по оси тело вращения, на поверхности которого выполненыотверстия, устройство для подачи катализатора и патрубки ввода и вывода реакционной смеси, тело вращения выполнено в виде конуса, 55 при этом отверстия на внешней поверхности выполнены под углом к радиусу. 002 2Торцовая стенка снабжена устройством для закрутки потока, размещенным между слоем катализатора и конусом.На чертеже изображена вихревая камера (продольный разрез).Вихревая камера включает герметизированный корпус 1, направляющийаппарат 2, торцовые стенки 3, патрубки ввода 4 и вывода 5 реакционнойсмеси, патрубок 6 ввода охлаждающегоагента, конус 7 с перфорированнымистенками, устройство 8 раздачи изакрутки охлаждающего агента, устройство 9 подачи катализатора, слойкатализатора 10.Корпус вихревой камеры 1 выполнен герметичным и служит для размещения всех узлов и деталей. В корпусе установлен направляющий аппарат2 и торцовые стенки 3, образующиереакционную зону камеры, в которойвращается слой катализатора 10. Вкорпусе имеются патрубки 4 для вводапродуктов, предназначенных для реакции, поступающих под давлением, Вводпродуктов реакции осуществляется через патрубок 5, распрложенный соосно с камерой. Торцовая стенка, неимеющая выходного патрубка, снабжена устройством ввода и закрутки охлаждающего агента. В центре вихревойкамеры расположен конус с перфорированными стенками для равномерногораспределения охладителя,Камера работает следующим образом.Смесь продуктов реакции поступаетпод давлением по патрубкам 4 в корпус1 и далее к направляющему аппарату 2.Пройдя через направляющий аппарат,смесь приобретает окружную скорость.В закрученный поток подаются частицыиз устройства подачи катализатора 9.Под действием аэродинамических сил,действующих в аксиальном направлении,частицы катализатора приобретаютокружную скорость. В камере образуется центробежный кипящий слой катализатора 10. Пройдя сквозь слой катализатора, реакционная смесь успевает прореагировать, При наличииэкзотермических реакций температурана выходе из вихревой камеры будетзначительно выше, чем на входе. Привысоких температурах интенсивно протекают реакции и прямые и обратные.Для увеличения выхода заданного вещества необходимо быстрое охлаждение(8) йР =Рч 10 где В=Ас 15 20 25 40 45 и закалка продуктов реакции. Это достигается вводом охлаждающего агента в приосевую зону камеры непосредственно за слой катализатора через патрубок устройства ввода 6 и конус с перфорированными стенками 7. За счет взаимодействия потоков окружная скорость среды, выходящей иэ слоя, падает и гидравлические потери снижаются. Это объясняется следующим образомГидравлическое сопротивление вих-, ревой камеры й Ррассчитывается по формуле: 2ор = -Ь,рч,К 2где к - коэффициент сопротивлениякамеры;- плотность потока среды;Чр - расходная скорость воды.Коэффициент сопротивления Е затКвисит от следующих параметров:=4(4 (-Я) ен сйгде го - радиус камеры;п - радиус выходного патрубка;Н - высота камеры.Ц -,- З 142.2 (1, 2)21где х: -- радиус центральной зоны.щ Поскольку для конкретной вихревойкамеры конструктивные параметрыо рН, а постоянны, а при выборе несущейсреды и производительности постоянны 359 и Ч , то потери давления равны некоторой константе Ла 4О 1 - )ш 6 умноженной на (3):ДРК=АЕ 1 М Величина ,к равняется: 4 й нЧ(5)цЧуПри постоянстве указанных выше величин р зависит только от окружной скорости Ч 4 или от интенсивнос-. ти закрутки, умноженной на константу(61Если подставить (6) в (3) и отбро сить второе слагаемое, так как оно много меньше первогор то получимЕ (м) = сМ (ч) Окончательное выражение для определения величины потерь давления в камере после подстановки (7) в (4) имеет вид: т.е. потери пропорциональны квадратуокружной скорости. Следовательно,снижение окружной скорости в центре,например, за счет трения о неподвижную стенку обеспечит снижение потерьв вихревой камере. С этой целью установили в центре вихревой камерытрубу, имеющую радиально направленные отверстия. Как показали экспериментальные данные, при очень больших степенях закрутки, когда гидравлические потери в аппарате составляютатмосферы, гидравлическое сопротивление в камере можно снизить до 407,При небольших степенях закрутки гидравлические потери возрастают нату же величину. Однако загромождение центральной зоны вихревой камеры в некоторых реакторах недопустимо, например в случае необходимостизакалки продуктов реакции. В этом случае в центральной зоне устанавливаютполый перфорированный конус и подаютсреду, закрученную в противоположнуюсторону. Происходит взаимодействиепотоков, окружная скорость среды,выходящей из слоя, падает и гидравлические потери тоже падают. На подачу потока в центральную зону че-рез устройство ввода и закрутки, размещенного соосно с камерой, необходимо затрачивать энергию, количество которой рассчитывается по известным формулам. Эффект состоит в том,что суммарные потери на камере с вводом среды в центральную зону в 22,5 раза нижер чем без ввода. Выпол. -нение торцовой стенки с устройствомдля закрутки потока и системой подвода охлаждающего агента позволяетполностью раскрутить основной поток,выходящий из слоя катализатора. Длядостижения этого необходимо выполнить условие равенства количеств движений основного потока и вводимогои их противоположного направления.Однако, как показали проведенные исгазов, метана ла 350 инертные газы 5 0 Метанал35, О, 140,14 3инертныегазы 51 Ци 1,2 линдр вес Фследования, в приосевой зоне при этомвозникают значительные турбулентныепульсации, которые влияют на слой,частично изменяя его структуру, итребуют на их образование дополнительной энергии. В случае необходимости осуществления кроме раскруткии охлаждения потока ввод охлаждающегоагента через торцовую стенку не можетобеспечить равномерного охлаждения.Для достижения равномерного охлаждения основного потока по всей высоте слоя охлаждающий агент необходимо подавать также по всей высотеслоя. Оптимальной формой вводного 15устройства является конус. Так какнеобходимо обеспечить подачу охлаждающего агента из полости конуса сзакруткой, противоположной основномупотоку, конус выполняется с наклонной перфорацией, соответственно ориентированной навстречу основному потоку.Иэ-за дополнительного ввода продукта цилиндрическая конструкция,подобная известной не подходит (например иэ-за высоких гидравлическихпотерь),1П р и м е р. В предлагаемой вихревой камере проводились эксперимен ты по ролучению формальдегида иэ метана на серебросодержащем катализаторе, Реакционная смесь, содержащая,7.: метанал 35, кислород 14 и инертные газы 51, при 200 С поступает в слой ,катализатора, представляющего собой 1 шарики диаметром 1 мм, изготовленныеиз серебра на прочном носителе - ко"рунде. В слое катализатора протекаетзначительное количество экзотермических реакций, при которых образуется смесь, содержащая,7: формальдегид 30, водород 10, непрореагировавший метанал и кислород, вода,СО, и инертные газы, Эти концентрациисоответствуют избирательности процесса 857. На выходе из слоя температура смеси составляет 650 С. При стольвысокой температуре интенсивно протекает гомогенная реакция окисленияформальдегида, что снижает избирательность процесса на 4-5 Е. Скоростьреакции окисления формальдегида практически равна нулю при температурахменее 350 С. Ввод смеси 107 Н,О и907 азота через устройство ввода изакрутки обеспечивает охлаждение смеси до 350 С. Для данного процессаувеличЕние избирательности составило 5 Х.Таким образом, размещение в приосевой зоне соосно с камерой пологоперфорированного конуса, а в торцовой стенке - устройства для ввода изакрутки потока охлаждающего агентапозволило увеличить выход полезногопродукта на 3-3,57 при снижении гидравлических потерь камеры в 2-2,5 раза,В таблице приведены данные сравнительного анализа предложенной иизвестной вихревых камер.Составитель Н. КацовскаяРедактор М. Недолуженко ТехредС.Мигунова Корректор .Ференц Заказ 3679/4 Тираж 551 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4(5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 7 10960За базовый объект принята вихревая камера, используемая для производства формальдегида из метанала на серебросодержащем катализаторе.В процессе производства образуется смесь, содержащая 307. формальдегида, Температура смеси на выходе из слоя катализатора составляет 650 С, При такой высокой температуре интенсивно протекает реакция окисле ния формальдегида, что нежелательно, При вводе охлаждающего агента через устройство ввода и закрутки потока 02 8смесь охлаждается до 350 С, при которой скорость реакции практически равна нулю.Таким образом, выполнение вихревой камеры с перфорированным конусом, размещенным в приосевой зоне и снабжение торцовой стенки закручивателем и системой подачи охлаждающего агента, связанной с внутренней полостью 1перфорированного конуса, обеспечивает повьзпение выхода полезного продукта на 3-3,57 при снижении гидравлических потерь в камере в 2-2,5 раза.