Аппарат с псевдоожиженным слоем

(7) Заввятель Ь) АППАРАТ С ПСЕВДООВИЖЕННЦИ СЛО зов до оп ноевдоожиоИзобретение относится к аппаратам химической и нефтехимической промышленности, предназначенным для проведения массо- и теплообменных процессов в псевдоожиженном слое (катализатора, инерта) при химических реакциях, протекающих с выделением или поглощением тепла.Известен аппарат для проведения высокотемпературных процессов в кипящем слое, в котором газораспределительная решетка одновременно служит для газораспределения и смещения воздуха с горючим газом. Смешение производится либо в камерах, либо в трубках, соединяющих камеры 1.Недостатком таких газораспределительных и смесительных устройств является сложность конструкции, высокое гидравлическое сопротивление, некоторые различия состава смеси, вызванное различием сопротивлений газовых и воздушных трактов и забиванием га-, эоподводящих элементов, а также смеб шение в больших объемах способствующее воспламенению горючей смеси допоступления ее в кипящий слой.Расположение газораздающей систеьь непосредственно в кипящем слоеприводит к износу или закупорке час"тицами выходных отверстий, деформа"ции конструктивных элементов системы и не обеспечивает необходимойстепени перемееивания га ре Оделения высоты слоя.Известно газораспределительустройство для аппаратов с псежейным слоем, содержащее плиту с вЫтеснителями 2.Недостатком этого аппарата является то, что для обеспечения жесткостипри использовании данной решетки вкрупнотоиажных аппаратах ее необхдимо изготавливать из толстого лис"тового материала, что усложняет технологию изготовления решетки, и,кроме того, в рабочих условиях иэ-здразности температур между ее нижней3 902802 и верхней поверхностями в такой ре-шетке возникает изгибающий момент и происходит ее коробление.Известен взятый за прототип аппарат с псевдоожиженным слоем катализатора, содержащий корпус с патрубками для ввода и вывода сырья и ожижающего агента, внутри которого установлена газораспределительиая решетка с псевдоожиженным слоем, и ц размещенные в нем по высоте секций теллообменннх елементое ЯНедостатками данного аппарата, имеющего боковой подвод газа, является отсутствие каких-либо спрямляв- дщих и газораспределительных устройств в подрешеточиой камере, которые выравливали бы несимметричность потока перед набеганием его на тазораспределительную решетку и без которых невозможно изменением только одной конструкции решетки создать на выходе иэ нее равномернь 1 й профиль скоростей по сечению аппарата и соответственно однородное псевдоожижение.Установленные в слое решетки провального типа, прикрепленные к низу каждой теплообменной секции, раэру" шают газовые пузыри перед входом в кольцевой канал и способствуют улучшению структуры слоя. Однако при этом ухудшается продольное перемешивание частиц, вследствие чего возникает градиент температуры по высоте слоя, при этом на решетках образуются застойные эоны малопод- ЭЭ вижного материала, которые способствуют спеканию и образованию агломератов., Кроме того, недостатком известного аппарата является низкая46 интенсивность теплоотдачи, так как при обтекании ряда плотно располо" женнцх друг над другом труб (витков) нижележащие трубы являются экраном для вцщележащих и последние попадают в гидродинамическую тень. Слабое 343 радиальное перемешивание частиц при. водит к образованию застойных зон в тыльной части труб, расположенных в слое, и эон с низкой концентрацией частиц в лобовой части. При высо- Ю котемпературнцх и теплонапряженнцх процессах наличие таких зон может приводить к неравномерности тепло- съема, перегреву и выходу из строя теплообменников, спекание зернисто- И го материала и неполному превращению (сгоранию) химических реагентов за счет неоднородности псевдоожиженно 4го слоя, вызванной прохождением через слой крупных пузырей,Целью изобретения является интенсификация химического процесса ипроцесса теплообмена за счет создания равномерной структуры слоя.Цель достигается тем, что в аппарате с псевдоожиженнцм слоем, содержащим корпус с патрубками для вводаи вывода сырья и ожижающего агента,внутри которого установлена гаэораспределительная решетка с псевдоожиженным слоем, и размещенные внем по высоте секции теплообменнцхэлементов, под гаэораспределительнойрешеткой укреплены уголки, образу"ющие между собой камеры смешения, вкоторых размещены газораспределительные трубы, а секции теплообменнцх элементов установлены в шахматном порядке. Кроме того, в нижнейчасти аппарата под гаэораспределительной решеткой установлен криволи,нейный кольцевой диффузор с последовательно раэмещеннцми над ним коллектором, соединенным посредствомвертикально установленных патрубковс газораспределительными трубами, иперфорированная решетка. Криволинейный кольцевой диффуэор с плавнорасширяющимся участком и углом раскрытия от 8 до 20 образован сооснорасположенными криволинейными диффузором и обтекателем. Криволинейнаячасть стенки диффуэора строится порадиусу, а криволинейная часть стенки обтекателя - по закону измененияплощади в оптимальном (беэотрцвном)диффуэоре с углом раскрытия 8- 12 д.Прямолинейный участок кольцевогодиффуэора имеет угол раскрытия от12 до 20 . При этом перемещением обтекателя можно регулировать сопротивление его входного участка и, темсамым, изменять профиль скорости потока на выходе из диффузора.Установка в подрешеточной камереаппарата системы криволинейных кольцевых диффузоров, которой можно регулировать расход газа по сечению аппарата, уменьшает высоту подрещеточно- его пространства и упрощает технологиюизготовления входного устрой:тва.На Фиг. 1 изображен цилиндрическийаппарат, разрез; на фиг.2 - элементраспределительно-смесительного устройства; на фиг. 3 - сечение А-А нафиг.2; на Фиг, - система диффузоров.02 б корпуса и один входной патрубок, можно также использовать принцип органиэации многодиффуэорной системы,т.е. в подрешеточной камере установить два или несколько кольцевых диф.фузоров прямоугольной формы.Аппарат с псевдоожиженным слоемкатализатора работает следующим образом.Воздуюый поток через боковой . ввод 16 поступает в кольцевое пространство диффуэора, меняя направление и предварительно распределяясьпо сечению аппарата. Приближениемили удалением внутреннего обтекателя3 относительно диффуэора 2 можно регулировать расход и равномерностьподачи воздушного потока под решетку6. Воздушный поток, равномерно распределенный по сечению аппарата кольцевым диффузором и решеткой, поступает в гространство, образованноеуголками 11 и решеткой 5, Струи газа, вытекающие иэ отверстий горизонтальных труб 10 трубчатого распределителя, смешиваются в этих прост, ранствах с воздушным потоком. Приготовлеинав газо-воздушная смесь черезщели, образованные продольными планками 17, и колпачковые распределители 18, поступает в контактную зонуаппарата. Степень равномерности распределения газо-воздушной смеси посечению аппарата регулируется изменением зазора между планками 17. Од"нородность слоя, созданная на его входе, поддерживается оптимальным распюложеиием труб теплообменника.Вертикальные ряды труб образуют от"носительно узкие каналы, в которых происходит псевдоожижение частиц, близкое по однородности к слою в аппарате с малым диаметром. Трубы, расположенные в начале слоя, образу" ют возмущения, которые передаются по высоте теплообменника и способствуют увеличению теплообмена между Поверхностью труб и слоем.Так как рабочая концентрация смеси газов близка к взрывоопасной, то в целях предотвращения проникновения пламени иэ кОнтактной эоны в подрешеточное пространство и предотвра щения самовоспламенения смеси, пространства, разделенные уголками 11, заполняются Фарфоровыми шариками.Использование предложенного аппа" рата.для получения Фталевого ангидрида на Рубежанском химическом комби 5 9028Аппарат состоит из цилиндрическойобецайки 1, в подрешеточной камерекоторой размещены криволинейный дифФуэор 2 с криволинейным обтекателем31 расположенным внутри диффузора соосно с ним так, что они совместнообразуют кольцевой диффузор с плавнорасширяющимся участком и углом раскрытия 8-20 , гаэораспределительносмесительное устройство 4, которое 16состоит иэ двух тонких перфорированных решеток 5 и б, причем ретешка 5 щелевая с угалковыми колпачками непровального типа, и трубчатого газораспределителя, включающего в 15себя подводящий трубопровод 8, вертикальные трубчатые стояки 9 и горизонтальные перфорированные трубы 10. Нагрузка от веса катализатора через решетку 5 воспринимается уголками 11 и 20балками 12, которые свободно опираются своими концами на опорное кольцо 13 что обеспечивает им возможность перемещаться при температурныхрасШирениях. Иространство зоны смешения, образованное между решеткой 5 иуголками 11, заполняется Фарфоровымишариками 14, огнегасящий размер которых равен 6-12 мм.Секции теплообменника 15 могут зобыть выполнены или в виде кольцевых ;змеевиков,. или в виде горизонтальных 1 труб и расположены относительно друг друга в шахматном порядке, Экспериментально определено, что теплообменник с такой компоновкой труб в рядах с отношением шага по вертикали к диаметру трубы, равным 1,2- 1,4, и шага по горизонтали к диаметру трубы, равным между рядами 2,0-4,0, способствует интенсификации процесса теплопередаци и организует слой. Секции змеевиков теплообменника.могут быть соединены друг с другом последовательно, параллельно или последовательно-параллельно при помощи коллекторов.Следует отметить, что конструктив. ные элементы цилиндрического аппарата (см, Фиг. 1) например кольцевой50 диффузор, г азор аспределител ьно- смесительное устройство, ширмовый трубчатый теплообменник, можно использовать и для прямоугольного аппарата.Кроме того, для обеспечения рав 55 номерно го подвода потока к газ ор аспределительному устройству в прямоугольных аппаратах, имеющих достаточно большую длину одной из сторонформула изобретения 1. Авторское свидетельство СССРдз У 416082 кл. В 01 4 8/18, 1974. 2. Авторское свидетельство СССР ,М ЗЗМВ 5, кв. 8 01 3 8/18, 1972. 3, Авторское свидетельство СССР У 21662, кя. В 01 4 8/18, 19 б 8. 7 90280 нате, .позволило увеличить выход конечного продукта на 73,по сравнению с, этим же реактором без спрямпяющего входного устройства. Использование данного реактора в качестве генерато- % ра тепла КГТ) на 15 млн ккал/ч по предварительным расчетам позволит снизить капитальные затраты на 51, 5 Ф, эксплуатационные на 9,6 и сэкономить топлива до 173 в сравнении с сущест- в вующими факельными печами. И1. Аппарат с псевдоожиженным сло ем, содержащий корпус с патрубками для ввода и вывода сырья и ожижающе" го агента, внутри которого установлена газораспределительная решетка с псевдоожиженным слоем, и размещенные в нем по высоте секции теплообменных элементов, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет создания равномерной структуры слоя, газораспределитель" ная решетка снабжена укрепленными под ней уголками, образующими между собой камеры смещения с размещенйыми 2 8в них газораспределительными трубами, а секции теппообменных элементов установлены в шахматном порядке.2. Аппарат по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что в нижней части он снабжен установленным под газорас" пределительной решеткой криволинейным кольцевым диффузором с последовательно размещенными над ним коллектором, соединенным посредством вертикально установленных патрубков с газораспре" делительными трубами, и перфорированной решеткой.3. Аппарат по пп 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что трубы в секциях положены с отношением вага по вертикали к диаметру трубы, равным 1, 2-,1, 3, и вага по горизонтали к диаметру трубы, равным 2-3. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе