Химический реактор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК б 995 я)з В 01) 10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ОМУ ДЕТЕЛ ЬСТВУ о-исследовательнститут химичеладим ство СССР8, 1980,ство СССР18, 1985,(54) ХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТ (57) Изобретение относит реакторам и может быть и проведения химических и ких средах, сопровождаю ем азовой фазы, напри оксидов азота из аэотноки я к химическим пользовано для оцессов в жидщихся Выделениер для отгонки лых солей тяже(21) 4773482/26(56) Авторское свидетельМ 754407, кл; В 01 3 19/Авторское свидетельМ 1142159, кл. В 013 19 Изобретение относится к химическим реакторам и может быть использовано для проведения химических процессов в жидких средах, сопровождающихся выделением газовой фазы, например для отгонки оксидов азота из азотнокислых солей тяжелых металлов.Известен реактор, содержащий цилиндрический корпус с патрубками, с коаксиально установленной циркуляционной трубой, снабженной усеченными конусами, установленными с внешней или с внутренней ее стороны, Одно из оснований конусов крепится к циркуляционной трубе, а другое свободно размещено между корпусом реактора лых металлов, и позволяет повысить производительность реактора за счет перераспределения газовой фазы и организации циркуляцйи жидкости и упростить обслуживание при ремонте и чистке. Реактор содержит корпус с патрубками, установленные внутри корпуса на расстоянии друг от друга полые усеченные конуса, навитые из труб и снабженные ребрами, установленными внутри конусов по спирали, Реактор снабжен центральным коллектором в виде трубы, к которому своими обращенными вверх меньшими основаниями прикреплены конуса, у которых проходное сечение межвиткового пространства не превышает площади свободного сечения аппарата между корпусом и конусами. Диаметр больших оснований конусов уменьшается снизу вверх, а направление их навивки противоположно направлению спирали, по которой выполнены ребра, 2 э.п, ф-лы, 3 ил. и трубой или внутри трубы, при этом труба снабжена газоотводными отверстиями, расположенными под линиями крепления конусов к циркуляционной трубе.Однако известный реактор имеет слаборазвитую поверхность теплообмена и высокое гидравлическое сопротивление, что затрудняет циркуляцию жидкости и не позволяет интенсифицировать процессы, происходящие с большим поглощением теплоты, например процесс терморазложения азотнакислых солей тяжелых металлов,Известен также тепломассообменный аппарат, включающий корпус с рубашкой, внутри которого по высоте установлены по 1699587лые усеченные конуса, расположенные на расстоянии попарно навстречу друг другу меньшими основаниями. Боковая поверхность конусов выполнена из трубы, навитой по спирали, и снабжена ребрами, также установленными по спирали,Однако использование этого аппарата для проведения химических процессов, протекаюЩих с выделением газовой фазы, происходящим на теплообменных поверхностях, например для проведения процесса терморазложения азотнокислых солей тяжелых металлов, привоцит к тому, что в верхней части аппарата газосодержание становится столь велико, что теплообменные поверхности конусов оголяются и производительность аппарата уменьшается. Кроме того, известный аппарат является аппаратом "идеального выстенения", что для описанного процесса, чаще всего проводимого в периодическом режиме, является нерациональным, так как отсутствие циркуляции и смешения реакционной среды приводит к большому разбросу степени превращения (конверсии) по объему аппарата, т,е, к нерациональным затратам энергии и снижению качества продукта, Кроме того, в известном аппарате затруднено обслуживание при ремонте и чистке, так как осмотр и очистка теплообменных поверхностей конусов возможна либо при полном демонтаже аппарата, либо изнутри, что не всегда допустимо и возможно,Целью изобретения является повышение производительности реактора за счет перераспределения газовой фазы и организации циркуляции жидкости и упрощение обслуживания при ремонте и чистке.Поставленная цель достигается тем, что в химическом реакторе, предназначенном для проведения процессов термораэложения в жидких средах с выделением газовой фазы, включающем корпус с патрубками, внутри которого по высоте на расстоянии друг от друга установлены полые усеченные конуса, боковая поверхность которых выполнена из трубы, навитой по спирали и снабженной ребрами, также установленными по спирали, установлен центральный коллектор в виде вертикальной трубы, конуса установлены большим основанием вниз и присоединены меньшим основанием к коллектору, причем шаг навивки и диаметры оснований конусов выполнены так, что площадь проходного сечения межвиткового пространства не превышает площади свободного сечения реактора, ограниченного корпусом и большим основанием конуса,Дополнительно для улучшения циркуляции жидкой фазы в реакторе диаметр боль 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 щего основания вышестоящего конуса выполняют меньшим такового нижестоящего конуса. Для улучшения теплообмена гаэожидкостного потока с поверхностью конусов направление их навивки противоположно направлению спирали, по которой выполнены ребра.Установка центрального коллектора в виде вертикальной трубы и присоединение к нему меньших оснований конусов позволяет облегчить обслуживание при ремонте и чистке, так как эта конструкция соединяет все теплообменные элементы в единый блок типа елочки, который. легко извлечь из реактора после снятия крышки,Установка конусов большим основанием вниз и выбор шага навивки и диаметра большого основания таким образом, что площадь и роходнаго сечения межвиткового пространства не превышает площади свободного сечения реактора, ограниченного корпусом и большим основанием конуса, позволяет организовать циркуляцию жидкой фазы в реакторе. Циркуляция обеспечивается тем, что газ вместе с более теплой жидкостью, направляемый конусами, устремляется вверх и к оси аппарата, а более холодная свободная от газа жидкость опускается вниз в кольцевом пространстве между корпусом и конусами. Ограничение площади проходного сечения межвиткового пространства не более площади свободного сечения аппарата между корпусом с большим основанием конуса обеспечивает устойчивость циркуляции жидкости. В противном случае зона барботажа в поперечном сечении реактора больше зоны циркуляционного движения и реактор начинает работать как вытеснительный, что приводит к неравномерному ходу процесса и разбросу в степени превращения в разных точках реактора.Уменьшение диаметра больших оснований конусов снизу вверх позволяет дополнительно стабилизировать циркуляцию жидкой фазы тем, что при этом в наиболее нагруженной по газу верхней зоне реактора увеличивается сечение циркуляционной зоны, что позволяет увеличить скорость циркуляции жидкости и за счет этого несколько уменьшить объемное газосодержание (в соответствии с формулой Арманда газосодержаниезависит от скорости газа ЧЧг и скорости жидкости О/ж следующим образомГ.= 0,833 йг / (Юг+ Юж)Кроме того, уменьшение диаметра конуса приводит к уменьшению его поверхности, и, следовательно, к уменьшению подводимого количества теплоты и снижению газовыделения в верхней зоне реакто 1699587ра по сравнению с нижними. Таким образом, этот конструктивный прием позволяет при том же количестве подводимой теплоты оптимизировать режим работы реактора.Выполнение навивки конусов в сторону, противоположную направлению спирали, по которой выполнены ребра, способствует поперечному обтеканию труб, из которых навиты конуса.При этом улучшается теплообмен и повышается производительность реактора,На фиг.1 представлен реактор, разрез; на фиг.2 - конус, выполненный из трубы, навитой по спирали; на фиг.3 - то же, разрез,Реактор содержит цилиндрический корпус 1 с крышкой 2 и днищем 3, Внутри корпуса помещен центральный коллектор 4 в виде вертикальной трубы, к которому прикреплены своими меньшими основаниями и обращенные большими основаниями вниз полые усеченные конуса 5, на внутренней поверхности которых закреплены ребра 6, выполненные по спирали. Конуса 5 навиты из трубы по спирали, причем направление навивки конусов 5 противоположно направлению спирали, по которой выполнены ребра 6. Диаметры больших оснований конусов 5 и шаг их навивки выбраны таким образом, что площадь проходного сечения межвиткового пространства не превышает площади свободного сечения реактора, ограниченного корпусом 1 и большим основанием конусов 5, при этом диаметр большего основания каждого вышестоящего конуса 5 меньше такового нижестоящего конуса, Нижние концы труб, из которых навиты ко-, нуса 5, могут быть подключены к одному или нескольким выходным коллекторам 7 или выведены из реактора через специальную проставку (не показана) во фланцевом соединении корпуса 1 и крышки 2 (днища 3). Аппарат также снабжен необходимым количеством патрубков 8 для подачи и вывода реакционной среды и патрубком 9 для отвода газа.Реактор работает следующим образом, Реакционную среду подают в аппарат через патрубок 8 до тех пор, пока она не покроет верхний конус 5. Затем в центральный коллектор 4 подают греющий пар (теплоноситель), который поступает в трубы, образующие конуса 5, Реакционная среда, например раствор азотнокислых солей тяжелых металлов, разогревается, и начинается реакция терморазложения с выделением газовой фазы, в данном случае - оксидов азота, Выделяющийся гаэ устремляется вверх и к оси реактора и увлекает с собой жидкость, при обтекании труб в межвитко 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вом пространстве конусов 5, что интенсифицирует теплообмен и повышает производительность реактора. Пройдя через верхний конус, газожидкостная смесь сепарируется и газ отводится через патрубок 9, а жидкость устремляется к стенке 1 реактора и в кольцевом зазоре между ней и конусами 5 движется вниз, образуя циркуля ционный контур. Конденсат (тепло- носитель) выводится из теплообменных конусов 5 через выходной коллектор 7 или через специальную проставку во фланцевом соединении корпуса 1 и крышки 2 (днища 3). После завершения процесса реакционная среда выводится из реактора через штуцер 8 и реактор промывается.При обслуживании реактора (ремонте, чистке) снимается крышка 2 и весь теплообменный блок, состоящий из коллектора 4, конусов 5 с ребрами 6 и выходного коллектора 7, извлекается иэ корпуса 1. После этого внутреннюю поверхность корпуса 1 легко осматривать, чистить, производить ремонт, Для обеспечения возможности сьема крышки 2 и извлечения теплообменного блока центральный коллектор 4 и выходной коллектор 7 иогут быть пропущены через крышку 2 и днище 3 соответственно, через сальниковое или какое-либо иное подвижное соединение или через специальные проставки во фланцевых соединениях.Форм,.ла изобретения 1, Химический реактор для проведения процессов терморазложения в жидких средах с выделением газовой фазы, включающий корпус с патрубками, внутри которого по высоте на расстоянии друг от друга установлены полые усеченные конуса, боковая поверхность которых выполнена из трубы, навитой по спирали и снабженной ребрами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности реактора за счет перераспределения газовой фазы и организации циркуляции жидкости и упрощения обслуживания при ремонте и очистке, реактор снабжен центральным коллектором в виде вертикальной трубы, конуса установлены большим основанием вниз и присоединены меньшими основаниями к коллектору, причем шаг навивки и диаметры оснований конусов выполнены таким образом, что площадь проходного сечения межвиткового пространства не превышает площади свободного сечения реактора, ограниченного корпусом и большим основанием конуса.2. Реактор по п.1, о т и и ч а ю щ и й с я тем, что диаметр большего основания вышестоящего конуса меньше такового нижестоящего конуса, 16995 В 73, Реактор по п.1, от л и ч а ю щ и й сятем, что направление навивки конуса противоположно направлению спирали, по которой выполнены ребра.1699587Составитель А, ТелесницкаяРедактор И, Дербак Техред М.Моргентал Корректор А. Осауленко Заказ 4420 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 45РПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101