Реактор для проведения каталитических процессов — SU 1782641 (original) (raw)
)5 В 01 Э 8/04 ГОСУДАРСТВЕЙ РЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР М 1095980, кл В 01 3 8/04, 1984.Патент Великобритании М 2127321, кл.В 01 3 8/04, 1984.А.Э.Генкин "Оборудование химических заводов", М., 1965, с. 239.(54) РЕАКТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ КАТАЛИ. ТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ(57) Область использования: химическая промышленность, контактные аппараты для Изобретение относится к химическому машиностроению, аименно к конструкциям контактных аппаратов для проведения каталитических процессов.В химиче:кой технологии широко ис, пользуются конструкции многослойных полочных реакторов, корпус которых разделен горизонтальными перегородками на от- дельные секции с последовательно соединенными .Слоями катализатора и размещенными вне реактора промежуточными теплообменниками ), Недостатком этих конструкций является относительно большая высота реактора, что затрудняет обслуживани реакторов, герегрузку катализатора и вь полнение ремонтных работ.Известна конструкция многослойного реактора(2, в котором корпус по всей высопроведения каталитических процессов.Сущность изобретения: реактор состоит из корпуса, горизонтальных колосниковых решеток со слоями катализатора теплообменника. Корпус реактора разделен вертикальными глухими перегородками на радиальные секции в каждой из которых в одной плоскости установлены колосниковые решетки. В центральной части корпуса расположен общий для всех секций теплообменник. Соседние секции соединены между собой наружными газоходами. Каждый гаэоход снабжен байпасом и слоями гофрированных в плоских пластий с углом гофра относительно оси газохода 30-60 и размером каналов образованных плоской и гофрированной. пластиной 5-8 мм. 2 з.пз те разделен вертикальными перегородкамина секции с размещенными в них слоями катализатора. Внутри по крайней мере од ной секции в слое катализатора размещены ЬЭ вертикально теплообменные трубки. Ход.га- (Ь за в секциях - радиальный, Недостатками фв, такой конструкции является следующие. Размещение теплообменных трубок непосредственно внутри слоя во-первых загрудняет быстродействующую температурную регулировку, которая осуществляется в многослойных реактора, как правило, байпасированием части реакционной смеси мимо теплообменной аппаратуры, во-вторьо, создает предпосылки для возникновения температурных неоднородностей в слое, формируя относительно "холодные" уча тки в окрестностях трубок и "горячие" вдали отних, что для реакций парциального окисления снижает селективность процесса,Известна конструкция реактора для проведения каталитических процессов, содержащего вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого размещены колосниковые решетки со слоями катализатора,штуцеры для подвода и отвода реакционной смеси, теплообменник, расположенный в 10 нижней части реактора 3, Этот аппарат по наибольшему числу сходных признаков принят за прототип. Прототип обладает следующими недостатками:1. Высокие теплопотери слоя катализатора в окружающее пространство, обусловленные, большой поверхностью его контакта с корпусом реактора, Возникновение захоложенных пристенных участков слоя приводит к радиальным неодйородно 20 стям температур, снижая тем самым эффективность проводимых в реакторе процессов. 2. Большая металлоемкость аппарата укаэанная цель достигается тем, что в реакторе, содержащем корпус, штуцера для подвода и отвода реакционной смеси, торизонтально установлены колоснихдвые ре 35 шетки со слоями катализатора на них и размещенный под колосниковыми решетка. ми с зазором теплообменник, установлены вертикальные глухие перегородки, разделяющие его внутренний объем на отдельные радиальные секции. В каждой секции размещена горизонтальная колосниковая решеткасо слоем катализатора. При этом колосниковые решетки всех секций распо"ложенй в одной горизонтальной плоскости.В средней части реактора с зазором относи тельно колосниковых решеток расположенобщий для всех секций теплообменник,. Объем реактора под теплообменником разделен на радиалъные секции точно также, как и объем над теплообменником,50 Внутренние объемы радиальных секций над теплообменников и под теплообменником соединены между собой наружными газоходами таким образом: объеМ под 55 теплообменников одной секции соединен собъемом над теплообменником соседнейсекции; Такая конструкция аппарата позволяет по сравнению с прототипом увеличить зффективностьпроведения каталитических гаиз-за размещения секций са слоями катализатора по вертикали. 25Целью изобретения является: 1)повышение эффективнбсти проводимых в реакторе процессов эа счет уменьшения теплопотерь м 2) снижение его металлоемкости.30 эофазных процессов и снизить металлоемкость реактора. Эффективность работы аппарата повышается, если каждый газоход снабдить байпасом с управляемой задвижкой, связывающим надслоевой объем секции с газоходом, Для обеспечения пожаро-взрывобезопасности в конце гаэохода последовательно установлены слои пакетов иэ гофрированных и плоских пластин, с углом гофра относительно оси газохода 30-60 и пойеречным размером каждого канала, образованного плоской и гофрированной пластинами 5 - 8 мм.Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показал, что они имеют следующие общие признаки;.1, Реактор предназначен для проведения химических процессов;2. Реактор содержит корпус со штуцерами;3. Реактор содержит колосниковые решетки со слоем катализатора на каждой из них;4, В нижней части реактора расположен теплообменник.И следующие отличительные:1. Корпус реактора разделен вертикальными, установленными под теплообменни. ком и на колосниковой решетке глухими перегородками на радиальные секции.2, Внутренний объем под теплообменником каждой секции соединен газоходом с внутренним объемом над теплообменником соседней с ней секции.3, Каждый газоход снабжен байпасом с управляемой задвижкой, связывающим . подслоевой объем секции с газоходом,4. В. каждом гаэоходе установлены слои пакетовиз гофрированных и плоских пластин с углом гофра относительно оси газо- хода ЗО - 60 О и поперечным размером каждого "канала, образованного плоской и гофрированной пластинами, 5-8 мм,Совокупность прйведенных сходных и отличительных признаков заявляемого тех-. ническогд решения не известйа из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию изобретения "новизна".Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что отличительные признаки 1, 2 известны из уровня техники; признаки 3, 4 являются новыми, что указывает на соответствие его критерию "существенные отличия".На рис.1 схематично изображен реактор, на фиг.2 - вид реактора сверху; на фиг.З - смесительно - огнепреграждающее устройство; на фиг,4 - сечение по А-А фиг.З.Реактор для проведения каталитиче- часть смеси после слоя катализатора постуских процессов содержит корпус 1, перего- пает в газоход 8 через байпас 9 и задвижку родки 2, разделяющие корпус на секции 10, . минуя теплообменник 7. Затем смесь которые обозначены цифрами на фиг,2, шту- проходит через. смесительно - огнепреграцера для входа 3 и выхода 4 газа, опорные 5 дительное устройство 11 и поступает в секрешетки 5 с размещенными на них слоями цию Ш, где процесс .повторяется, После катализатора 6, теплообменник 7, разме- секции Ш реакционная смесь удаляется иэ щенный с зазором под слоями каталиэато- реактора через выходнойштуцер 4.ра, наружные гаэоходы 8, соединяющие Оптимальныеусловия для перемешивапоследовательно секции реактора, байпасы 10 ния потока в смесительном устройстве пол с управляемой задвижкой 10 (показаны учаются, как было проверено схематично). Каждый соединительный газо- экспериментально, при угле наклона гофра ход 8 снабжен также смесительно - огне- в пластинах 13 в диапазоне 30-600. При преграждающими устройствами 11, величине угла наклона менее ЗО, снижает- схематично изображенными на фиг.З, и вы ся радиальное перемешивание в каждом паполненнымиизсобранныхвпакеты 12 гоф- кете 12 и для достижения удовлетворированных 13 и плоских 14 пластин. рительного качества перемешивания необНаправление угла наклона гофра соседних ходимо смесительйое устройство 11 наби- пластин в пакете показано на фиг,З вид А рать из большего числа пакетов, При стрелками; 20 величине угла наклона гофра более 60, раРаботу реактора рассмотрим на приме- дйальное перемешйванйе увеличивается, ре процесса окисления метанола в фор- однако, резко возрастает и гидравлическое мальдегид на окисных катализаторах. сопротивление смесительного устройства, Спиртовоздушная смесь поступает в реак-. т.к, скорость потока в газоходах более 10 торе 1 через входной штуцер 3 с температу м/с. Экспериментальные исследования порой 230 С. Пройдя слой катализатора 6 . казали, что предпочтительно угол наклона секции 1 (см.фиг,2) смесь разогревается до гофров следует выбирать в диапазоне ЗО- температуры 320 С и поступает в теплооб при числе пакетов в устройстве 3-5 и менник 7, где охлаждается до температуры толщине каждого пакета 75-100 мм. Попе - 220 С, Затем смесь поступает в газо- ЗО речный размер каждого сквозного канала, ход 8, Экспериментальные исследования образованного гофром и плоской пластиной газораспределения потока, выполненные 14, определяется составом реакционной на специальном стенде, воспроизводящем . смеси, проходящей через гаэоход, Для пр- секцию реактора, с помощью замеров по- цесса окисления метанола в формальдегид, лей скорости до и после слоя термоанемо где используется смесь состоящая иэ мета- метром, показали, что минимальные ноласконцентрдцией 0-7 об,ф/формальде-. неоднородности газораспределения в"слое гида О - 8 об., кислорода 0-10 об.;6; реализуются при расположении штуцеров остальное - инертные 1 аэы,эксперименвхода и выхода газового потока в секции тальные исследования по прохождению максимально разнесенном в горизонталь фронта пламени через указанное устройстном плане по дуге обечайки секции, вблизи во показали, что последнее обладает пламя- вертикальных перегородок, Для.точной ре- носящими свойствами при. поперечном гулировки температуры входа на последую-размере каждбго скаозного канала не более щий слойравной 230 С, части горячей 8.0 мм, При большем размере каналов смеси после слоя подается через байпас 9 в45 фоонт пламени свободно проходит, не эатугазоход 8. Количествобайпасируемогогаза хая, через пакет 12. С другой стороны, регулируется в процессе работы.управляе- уменьшение размеров канала менее 5 мм мой задвижкой 10. Для перемешивания хо-при одной и той же толщине листового мелодной смеси из теплообменника и горячей талла, из которого выполнены пластины 13 иэ байпаса в гаэоходе ниже по потоку от 50 и 14, снижает "живое сечение" пакета, что врезки байпаса установлено смесительное приводит к увеличению гидравлического соогнепреграждающее устройство 11. противления устройства, Таким образом.Из газохода смесь поступает в секцию экспериментально были ойределены пред- П и подается с температурой 2300 С на вто- почтительные размеры каналов в диапазоне . рой слой катализатора, проходя который ра. 5-8 мм.зогревается до температуры 3200 С, Разделение реакционного объема на Основная часть смеси поступает далее в секции вертикальными перегородками и теплообменник 7, где охлаждается до тем- размещение слоев ката",изатора в одной гопературы 200-220 С и поступает в газоход ризонтальной плоскости позволяет умень. Для точной регулировки температуры шить поверхность слоя катализатора,контактирующего с внешней обечайкой реактора в ФГ раз, где й - число слоев, по сравнению с конструкцией полочного реактора со слоями, размещенными на разной высоте. Это позволяет снизить теплопотери 5 от слоя катализатора и создать более однородное температурное. распределение в слоях катализатора, что в свою очередь увеличивает эффективность проводимых химических процессов. Металлоемкость 10 предполагаемого реактора на -30 О мень-, ше, чемметаллоемкость полочного реактора аналогичной производительности по газу.Кроме того, размещение слоев в одной 15 плоскостипозволяетобеспечить перегрузку катализатора, т.к;люки для загрузки слоя расположены на уровне 5-6 м от днища реактора, облегчить обслуживание управляющих задвижек, расположенных в одной 20 плоскости и обслуживаемых с одной и той же технологической площадки (для сравнения, в реакторе окисления. метанола в формальдегид мощностью 60 тыс.т, год на Кемеровском НПО "Карболит" управляю щиезадвижки расположены на отметках+ 10 м, + 17 м и +24 м), Ф ар мул а из обре тени я 1. Реактор для проведения каталитических процессов, включающий вертикальный 30 корпус, внутри которого размещены колосниковые решетки со слоями катализатора, расположенный в нижней части теплообменник, и штуцеры для подвода и отвода реакционной смеси, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет уменьшения теплопотерь и снижения металлоемкости, он снабжен радиальными глухими перегородками, размещенными под теплообменником и на колоснйковой решетке и образующими радиальные секции, при этом каждая секция под теплообменником соединена с надслоевым пространством соседней верхней секцией посредством наружного газохода,2, Реактор по п,1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что каждый газоход снабжен байпасом с управляемой задвижкой, соединяющим подслоевой объем с газоходом.3. Реактор по пп,1 и 2, отл ича ю щий с я тем. что, с целью обеспечения пожаровзрывобезопасности, он снабжен последовательно установленными в газоходе слоями пакетов из плоских и гофрированных пластин, образующих между собой каналы шириной 5 - 8 мм, при этом угол наклона гофра к оси газохода составляет 30-60Заказ 4473 . Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откры гиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 венно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 оиэ