ЗАГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК B01J4/00 

Изобретение относится к оборудованию по загрузке твердого катализатора в контактные аппараты и может найти применение в химической, нефтехимической и смежных с ними отраслях промышленности.

Известно распределительное устройство в виде сита, площадь которого равна площади поверхности катализаторного слоя, который необходимо получить.

Выполнение распределительного устройства в виде сита приводит к неравномерному распределению частиц по сечению аппарата, поскольку, если размер катализатора много меньше размера ячеек сита, то просыпание частиц будет происходить только под загрузочным бункером. Если размер частиц сопоставим с размером ячеек сита, то для просыпания частиц необходимо приложить вибрацию, утряхивание к катализатору или ситу [1]
Наиболее близким к предлагаемому является устройство [2] предназначенное для загрузки катализатора и содержащее заправочную воронку (в виде перевернутого конуса с отверстием в вершине), выходное отверстие которого соединено с полым конусовидным распределителем. Вершина конусовидного распределителя установлена в центре выходного отверстия заправочной воронки. При этом на поверхности распределителя, начиная от вершины до основания, выполнены отверстия на одинаковом расстоянии. Высоту вертикального положения этого конусовидного распределителя меняют с помощью различных приспособлений, например, продетого через центр загрузочной воронки и распределителя металлического стержня.

Частицы катализатора через заправочную воронку попадают на распределитель и через отверстия в нем попадают в реактор.

Выполнение распределительного устройства в виде воронки с отверстиями приводит к неравномерному перераспределению частиц по сечению аппарата, поскольку у стенки аппарата частиц будет просыпаться меньше, чем в центре (фиг. 2, гистограмму а). Это приводит к неравномерному распределению газового потока по сечению аппарата, неоднородные температурные условия приводят к закоксовыванию катализаторного слоя, что влечет к снижению производительности аппаратов.

Целью изобретения является создание устройства, позволяющего равномерно распределять частицы катализатора по сечению аппарата.

Это достигается тем, что загрузочное устройство содержит цилиндрический корпус с заправочной воронкой, под выходным отверстием которого соосно установлен распределитель в виде конусной воронки. В отличие от прототипа распределитель выполнен в виде ярусами установленных одна под другой конических воронок, ориентированных по ходу подачи исходного материала вершиной вниз и состоящих из расположенных рядами концентричных колец, связанных соединенными под углом 90^о образующими конусов (воронок). Число колец 1-го ряда каждого яруса равно удвоенному числу колец 1-го ряда предыдущего яруса, а число рядов колец каждой воронки равно удвоенному числу колец 1-го ряда этого яруса.

На фиг. 1 изображено загрузочное устройство, продольный разрез на фиг. 2 гистограммы распределения сферических частиц.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1 с заправочной воронкой 2, под отверстием которой соосно установлен на креплениях 3 распределитель, состоящий из ярусами установленных конических воронок 4, выполненных из концентричных колец 5, связанных соединенными под углом 90^о образующими конусов 6.

Загрузочное устройство работает следующим образом.

Катализатор через заправочную воронку 2 цилиндрического корпуса 1 поступает на 1-й ярус распределителя и начинает равномерно распределяться, отскакивая с равной вероятностью от кольца или вершины конуса. Попадая на 2-ой ярус устройства, частицы также распределяются на кольцах или вершинах образующих и попадают на 3-й ярус и т.п. вылетая из последнего яруса вниз с небольшой скоростью.

Описанная конструкция загрузочного устройства дает в каждом ярусе равномерное распределение частиц, которое равно (1/2)N, где N номер яруса. Математически это обосновывается и рассчитывается аппаратом в теории вероятностей (примеры 1 и 2).

Процесс движения частиц по конусной воронке распределителя происходит следующим образом.

В результате столкновения частицы с кольцом частица может с одинаковой вероятностью 1/2 отлететь как влево, так и вправо. Вероятность попадания частицы на кольца одной воронки составляет (1/2)^N, где N номер яруса.

Особенность такой воронки состоит в том, что если вероятность попадания частиц в воронку равна Р, то вероятность попадания частицы на любое кольцо воронки равна также Р:
P + P P.

В таком устройстве в результате использования конических воронок, состоящих из колец, происходит равномерное распределение частиц по сечению аппарата, в результате чего его эффективность повышается. Предлагаемым загрузочным устройством можно загружать аппараты, внутри которых расположены датчики для контроля процесса. Равномерное распределение катализатора по объему контактного аппарата обеспечивает равномерное распределение реагентов по слою катализатора, что ведет к увеличению выхода условного продукта контактных аппаратов.

П р и м е р 1. Рассчитывают параметры загрузочного устройства, загружаемого частицами размером 4 мм.

Из предлагаемой формулы следует, что в вертикальном сечении каждый ярус устройства представляет собой равносторонний треугольник. Через самое малое кольцо яруса (1-е кольцо 1-го яруса) свободно проходят две частицы, т.е. диаметр воронки первого яруса равен 2,5 d_з, где d_з эффективный диаметр частицы. Исходя из этого, а также из формулы изобретения, можно получить следующие соотношения для расчета устройства:
Диаметр кольца воронки 1-го яруса (d_r)₁=2,5 d_з. (1)
Диаметр кольца 1-го ряда воронки (d_r)_i=(d_r)_i-1+5d_з, (2) где i число колец в ряду яруса
Число колец в 1-м ряду яруса воронки (n_r)_N=2(n_r)_N-1, (3) где N номер яруса (1-4).

Число рядов в ярусе воронки (n_h)_j=2(n_r)_i, (4) где j число рядов в ярусе.

Расстояние между воронками Δ Н=1,25 d_з (5) Высота воронки Н=1/2 (d_r)_max (6) где (d_r)_max диаметр внешнего кольца 1-го ряда каждого яруса.

Число колец и рядов в каждом ярусе устройства рассчитывается по формулам 1, 3, 4, 5 (табл. 1).

На фиг. 2 приведены гистограммы распределения частиц по сечению аппарата диаметром 36 см. Результаты следующие:
а гистограмма распределения частиц прототипа;
б гистограмма распределения сферических частиц d_з=4 мм;
в гистограмма распределения цилиндрических частиц d_зэфф.=4 мм.

П р и м е р 2. Рассчитывают параметры загрузочного устройства для аппарата D=3 м, загружаемого частицами цилиндрической формы с эффективным диаметром зерна 6 мм.

Воспользовавшись формулами (3), (4), (6) примера 1 можно рассчитать число колец в каждом из 4 рядов в каждом ярусе и высоту каждой воронки (табл. 2).

Поскольку вероятность распределения в каждой воронке постоянна, то последнюю воронку (N 8) можно использовать на 1/6 высоты.

Расчет диаметров колец аналогичен примеру 1.

Загрузочное устройство относится к оборудованию по загрузке твердого катализатора в контактные аппараты и может найти применение в химической, нефтехимической и смежных с ними отраслях промышленности. Загрузочное устройство содержит цилиндрический корпус с заправочной воронкой, под выходным отверстием которого соосно установлен распределитель в виде конусной воронки. Распределитель выполнен в виде ярусами установленных одна под другой конических воронок, ориентированных по ходу подачи исходного материала вершиной вниз и состоящих из расположенных рядами концентричных колец, связанных соединенными под углом 90° образующими конусов (воронок). Число колец 1-го ряда каждого яруса равно удвоенному числу колец 1-го ряда предыдущего яруса, а число рядов колец каждой воронки равно удвоенному числу колец 1-го ряда этого яруса. 2 ил. 1 табл.

ЗАГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее цилиндрический корпус с заправочной воронкой, под выходным отверстием которой соосно установлен распределитель в виде конусной воронки, отличающееся тем, что распределитель выполнен в виде ярусами установленных одна под другой конических воронок, ориентированных по ходу подачи исходного материала вершинами вниз и состоящих из расположенных рядами концентрических колец,связанных соединенными под углом 90^o образующими конусов воронок, при этом число колец первого ряда каждого яруса равно удвоенному числу колец первого ряда предыдущего яруса, а число рядов колец каждой воронки равно удвоенному числу колец первого ряда этого яруса.