Барботажный реактор Российский патент 2022 года по МПК B03D1/24 B01J10/00 

Описание патента на изобретение RU2773169C1

Изобретение относится к реакторной технике, а именно к барботажным реакторам «газ-жидкость», и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности.

Известен барботажный реактор [1] с цилиндрическим вертикальным корпусом, в нижней части которого размещен газораспределитель – трубчатый барботер, а на внешней стороне стенки корпуса имеется рубашка. Устройство [1] имеет сравнительно простую конструкцию, что способствует надежности при эксплуатации. Недостатком известного барботажного реактора является невозможность подводить (или отводить) большие количества тепла при значительных тепловых эффектах реакций, протекающих в объеме реактора. Здесь не выполняется одно из основных требований, предъявляемых к химическим реакторам, состоящее в размещении теплообменных устройств там, где выделяется тепло, то есть непосредственно в реакционном объеме.

Данного недостатка лишен барботажный реактор [2], в корпус которого помещен теплообменник с пучком U-образных труб. Развитая площадь поверхности теплопередачи теплообменника и ее рассредоточенность в объеме корпуса позволяют передавать большие тепловые потоки. Недостатком является сложность конструкции, большое количество соединений труб с трубной решеткой, что в целом отрицательно сказывается на технологичности и надежности устройства, на его ремонтопригодности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является барботажный реактор, содержащий цилиндрический вертикальный корпус с крышкой и дном, размещенную в корпусе трубчатую теплопередающую поверхность, газораспределитель-барботер, входные и выходные штуцеры для газовой и жидкой реакционных сред и для теплоносителя [3] – прототип. Трубчатая теплопередающая поверхность в устройстве [3] состоит из вертикальных труб, объединенных верхним и нижним кольцевыми коллекторами. Изменение количества вертикальных труб позволяет регулировать тепловую мощность барботажного реактора и обеспечивать требуемую ее величину. К недостаткам данного устройства относится отсутствие возможности компенсации относительных температурных расширений цилиндрического вертикального корпуса и трубчатой теплопередающей поверхности, которые жестко соединены между собой посредством входного и выходного штуцеров для теплоносителя, прошивающих соответственно дно и крышку. Устройство является неразборным, а, следовательно, недоступным для внутреннего осмотра и ремонта. В рабочем состоянии газовая реакционная среда выходит из отверстий газораспределителя-барботера преимущественно в периферийную часть реакционного объема, где движение жидкой фазы малоинтенсивное. Это приводит к низкой эффективности процесса смешения газовой и жидкой реакционных сред и уменьшению скорости реагирования.

Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в необходимости устранения указанных выше недостатков.

Технический результат заключается в повышении эффективности работы устройства, технологичности его изготовления, возможности передачи больших тепловых потоков при значительных тепловых эффектах химических реакций.

Поставленная проблема решается тем, что барботажный реактор, содержащий цилиндрический вертикальный корпус с крышкой и дном, размещенную в корпусе трубчатую теплопередающую поверхность, газораспределитель-барботер, входные и выходные штуцеры для газовой и жидкой реакционных сред и для теплоносителя, имеет трубчатую теплопередающую поверхность, выполненную в виде спирального змеевика, верхний и нижний витки которого имеют петлеобразные изгибы, направленные к оси змеевика, газораспределитель-барботер выполнен в виде кольцевой камеры на стенке входного штуцера для жидкой реакционной среды, имеется, по крайней мере, два ряда отверстий для прохода газовой реакционной среды в стенке входного штуцера для жидкой реакционной среды, расположенных в диаметральных его сечениях, причем верхний ряд отверстий меньшего диаметра содержит большее их количество, а нижний ряд отверстий большего диаметра содержит меньшее их количество.

В отличие от известного барботажного реактора [3], исполнение трубчатой теплопередающей поверхности в виде спирального змеевика, верхний и нижний витки которого имеют петлеобразные изгибы, направленные к оси змеевика, обеспечивает самокомпенсацию относительных температурных расширений элементов устройства за счет упругих свойств спирального змеевика, а также легкость сборки и разработки при изготовлении и эксплуатации. Петлеобразные изгибы верхнего и нижнего витков змеевика придают дополнительную гибкость витками, что дает возможность при упругом смещении входного и выходного штуцеров для теплоносителя по радиусу змеевика в направлении к его оси свободно вставлять и извлекать змеевик из корпуса.

Выполнение газораспределителя-барботера в виде кольцевой камеры на стенке входного штуцера для жидкой реакционной среды и наличие, по крайней мере, двух рядов отверстий для прохода газовой реакционной среды в стенке входного штуцера для жидкой реакционной среды, расположенных в диаметральных его сечениях, различие количества и диаметра отверстий в разных рядах, обеспечивают ввод газовой реакционной среды непосредственно в основной поток жидкой реакционной среды. Более дальнобойные струи газа, выходящие из отверстий большего диаметра, достигают центральной части потока жидкости, а струи газа, выходящие из отверстий меньшего диаметра, затухают в пристенной зоне потока жидкости. Тем самым газ одинаково равномерно распределяется по всему поперечному сечению потока жидкой реакционной среды, что способствует качественному смешению реагирующих сред, быстрому завершению реакции и обеспечению возможности передачи больших тепловых потоков.

Таким образом, отличительные признаки изобретения позволяют решить поставленную проблему.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна».

В известных барботажных реакторах [1, 2, 3] не предусмотрена возможность разборки для проведения регламентных и ремонтных работ. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения «существенные отличия».

На фиг. 1 показан осевой разрез (схема) барботажного реактора; на фиг. 2 – разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 – выноска I на фиг. 1.

Барботажный реактор содержит цилиндрический вертикальный корпус 1 с крышкой 2 и дном 3, размещенную в корпусе 1 трубчатую теплопередающую поверхность в виде спирального змеевика 4. Пространственная ориентация и фиксация спирального змеевика 4 в корпусе 1 осуществляется с помощью гребенок 5. Верхний и нижний витки спирального змеевика 4 имеют петлеобразные изгибы 6, направленные к оси змеевика. Для ввода и вывода теплоносителя в спиральный змеевик 4 служат штуцеры 7, которые герметично соединены со стенкой корпуса 1 с использованием прокладок 8 и прижимных гаек 9. На съемной крышке 2 смонтирован выходной штуцер 10 для продуктов реакции. В центре конусного дна 3 расположен соединенный с ним входной штуцер 11 для жидкой реакционной среды. Газораспределитель-барботер 12, выполненный в виде кольцевой камеры 13 вокруг входного штуцера 11, соединен с входным штуцером 14 для газовой реакционной среды. Из кольцевой камеры 13 через стенку входного штуцера 11 проходит несколько рядов отверстий 15, причем верхний ряд отверстий меньшего диаметра содержит большее их количество, а нижний ряд отверстий большего диаметра содержит меньшее их количество.

Барботажный реактор работает следующим образом. Газовая реакционная среда через входной штуцер 14, кольцевую камеру 13 газораспределителя-барботера 12 поступает в виде струй разного диаметра и дальнобойности через отверстия 15 в поток жидкой реакционной среды во входном штуцере 11. При расширении потока смеси газовой и жидкой сред в конусном дне 3 и далее при движении в цилиндрическом вертикальном корпусе 1 газовые струи разбиваются на пузырьки, всплывающие в объеме жидкости под действием выталкивающей архимедовой силы. За счет хорошего перемешивания реагирующих сред и развитой площади их контакта скорость реагирования высока. Продукт реакции выводится из корпуса 1 через выходной штуцер 10 на крышке 2. Требуемый температурный режим, отвод или подвод тепла в зону реакции осуществляется за счет подачи теплоносителя в спиральный змеевик 4, закрепленный в корпусе 1 с помощью гребенок 5. Изменяя расход и другие характеристики теплоносителя, а также площадь теплопередачи спирального змеевика 4, можно регулировать в широких пределах передаваемую тепловую мощность в реакторе. Разъемные соединения входного и выходного штуцеров 7 змеевика 4 со стенкой корпуса 1 с использованием эластичных прокладок 8 и прижимных гаек 9 создают удобства и упрощают монтаж и демонтаж змеевика 4, обеспечивают герметизацию реакционного объема реактора. Повышению технологичности сборочно-разборочных работ способствует и дополнительная упругая гибкость, которую имеют верхний и нижний витки змеевика 4 из-за наличия на них петлеобразных изгибов 6.

Пример исполнения. Предлагаемое устройство используется для каталитического окисления жидких углеводородов воздухом. Реализован барботажный реактор, в котором условия протекания реакции обеспечиваются при следующих конструктивных характеристиках устройства: внутренний диаметр входного штуцера – 0,074 м; число отверстий для прохода воздуха в стенке входного штуцера – 8 диаметром 7 мм, 16 диаметром 5 мм, 28 диаметром 3 мм; трубчатая поверхность теплопередачи состоит из четырех параллельно включенных по воде секций змеевика, каждая из которых имеет диаметр витков 0,5 м и выполнена из трубы с внутренним диаметром 36 мм; секции змеевика вставлены друг в друга так, что охватывающий их мнимый цилиндр имеет диаметр 1,05 м, а высота змеевика при шаге витков 48 мм составляет 1,63 м.

Расходы углеводородов 870 кг/ч (1 м3/ч), воздуха 432 кг/ч. Экзотермическая реакция окисления протекает с тепловым эффектом 6,3 МДж/кг исходной жидкости при давлении 0,6 МПа и температуре 180°С. Для отвода теплоты реакции используется химически очищенная вода с расходом 43560 кг/ч, которая подается в змеевик при температуре 50оС и выходит из него с температурой 80°С. Отводимый из реакционной зоны тепловой поток составляет 1,52 МВт. Эффективность работы предлагаемого устройства на 15% выше по сравнению с известным барботажным реактором [3].

Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества:

– конструкция проста и технологична;

– высокая эффективность работы;

– хорошая ремонтопригодность;

– широкие диапазоны регулирования рабочих параметров.

Источники информации

1. Машины и аппараты химических производств / А.С. Тимонин, Б.Г. Балдин, В.Я Борщев и др.// Под общ. ред. А.С. Тимонина – Калуга: Изд-во Н.Ф. Бочкаревой. 2008. с. 735 (рис. 8.3.4).

2. Патент СССР № 312615, МПК B 01 j 1/00. Бюл. № 26. Дата опубл. 24.11.1971.

3. Соколов В.Н., Доманский И.В. Газожидкостные реакторы. Л.: Машиностроение. 1976. с. 78 (рис. 38).

Похожие патенты RU2773169C1

название год авторы номер документа
Теплообменник 2021
  • Печенегов Юрий Яковлевич
  • Остроумов Игорь Геннадьевич
  • Косов Андрей Викторович
  • Косова Ольга Юрьевна
  • Косов Виктор Андреевич
  • Косов Михаил Андреевич
RU2774015C1
Химический реактор 1978
  • Ердяков Юрий Васильевич
  • Соколов Виктор Николаевич
  • Павлов Николай Георгиевич
  • Дорохов Альберт Петрович
  • Зимин Геннадий Михайлович
  • Гурфейн Николай Сергеевич
  • Митюрев Виталий Александрович
  • Чубарова Галина Львовна
  • Кулик Валерий Григорьевич
  • Гущевский Адольф Борисович
  • Корндорф Борис Адольфович
  • Касьянов Анатолий Иванович
  • Морозов Всеволод Федорович
SU801872A1
Спирально-пластинчатый теплообменник 2020
  • Печенегов Юрий Яковлевич
  • Олискевич Владимир Владимирович
  • Царюнов Александр Владимирович
  • Косов Андрей Викторович
  • Косова Ольга Юрьевна
  • Косов Виктор Андреевич
  • Косов Михаил Андреевич
RU2750678C1
Дисковый теплообменник 2020
  • Печенегов Юрий Яковлевич
  • Олискевич Владимир Владимирович
  • Царюнов Александр Владимирович
  • Косов Андрей Викторович
  • Косова Ольга Юрьевна
  • Косов Виктор Андреевич
  • Косов Михаил Андреевич
RU2747651C1
Спиральный теплообменник 2021
  • Печенегов Юрий Яковлевич
  • Остроумов Игорь Геннадьевич
  • Косов Андрей Викторович
  • Косова Ольга Юрьевна
  • Косов Виктор Андреевич
  • Косов Михаил Андреевич
RU2775331C1
СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМА 2013
  • Самойлов Наум Александрович
  • Мнушкин Игорь Анатольевич
  • Гасанов Эдуард Сарифович
  • Чиркова Алена Геннадьевна
  • Акулов Сергей Васильевич
  • Минибаева Лиана Камилевна
RU2562483C9
Пластинчатый аппарат воздушного охлаждения 2021
  • Печенегов Юрий Яковлевич
  • Олискевич Владимир Владимирович
  • Мелеховец Михаил Сергеевич
  • Косов Андрей Викторович
  • Косова Ольга Юрьевна
  • Косов Виктор Андреевич
  • Косов Михаил Андреевич
RU2773426C1
Массообменный аппарат 1985
  • Шишкин Александр Владимирович
  • Авдашева Инна Владимировна
  • Владимирова Галина Михайловна
SU1286231A1
ЛЕНТОЧНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК 2023
  • Печенегов Юрий Яковлевич
  • Косов Андрей Викторович
  • Косова Ольга Юрьевна
  • Косов Виктор Андреевич
  • Косов Михаил Андреевич
  • Печенегова Светлана Юрьевна
RU2819124C1
Пленочный тепломассообменный аппарат 2021
  • Печенегов Юрий Яковлевич
  • Олискевич Владимир Владимирович
  • Царюнов Александр Владимирович
  • Мелеховец Михаил Сергеевич
  • Косов Андрей Викторович
  • Косова Ольга Юрьевна
  • Косов Виктор Андреевич
  • Косов Михаил Андреевич
RU2752385C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 773 169 C1

Реферат патента 2022 года Барботажный реактор

Изобретение относится к реакторной технике, а именно к барботажным реакторам «газ-жидкость», и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности. Барботажный реактор содержит цилиндрический вертикальный корпус с крышкой и дном, размещенную в корпусе трубчатую теплопередающую поверхность, газораспределитель-барботер, входные и выходные штуцеры для газовой и жидкой реакционных сред и для теплоносителя, герметично соединенные со стенкой корпуса. Трубчатая теплопередающая поверхность выполнена в виде спирального змеевика, верхний и нижний витки которого имеют петлеобразные изгибы, направленные к оси змеевика. Газораспределитель-барботер выполнен в виде кольцевой камеры вокруг входного штуцера для жидкой реакционной среды и соединен с входным штуцером для газовой среды. В стенке входного штуцера для жидкой реакционной среды выполнены, по крайней мере, два ряда отверстий для прохода газовой реакционной среды из кольцевой камеры, расположенные в диаметральных его сечениях. Верхний ряд отверстий меньшего диаметра содержит большее их количество, нижний ряд отверстий большего диаметра содержит меньшее их количество. Достигается технический результат – повышение эффективности, технологичности изготовления, возможности передачи больших тепловых потоков при значительных тепловых эффектах химических реакций. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 773 169 C1

Барботажный реактор, содержащий цилиндрический вертикальный корпус с крышкой и дном, размещенную в корпусе трубчатую теплопередающую поверхность, газораспределитель-барботер, входные и выходные штуцеры для газовой и жидкой реакционных сред и для теплоносителя, герметично соединенные со стенкой корпуса, отличающийся тем, что трубчатая теплопередающая поверхность выполнена в виде спирального змеевика, верхний и нижний витки которого имеют петлеобразные изгибы, направленные к оси змеевика; газораспределитель-барботер выполнен в виде кольцевой камеры вокруг входного штуцера для жидкой реакционной среды и соединен с входным штуцером для газовой среды; в стенке входного штуцера для жидкой реакционной среды выполнены, по крайней мере, два ряда отверстий для прохода газовой реакционной среды из кольцевой камеры, расположенные в диаметральных его сечениях, причем верхний ряд отверстий меньшего диаметра содержит большее их количество, а нижний ряд отверстий большего диаметра содержит меньшее их количество.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2022 года RU2773169C1

БАРБОТАЖНЫЙ РЕАКТОР ОКИСЛЕНИЯ ЦИКЛОГЕКСАНА 2008
  • Герасименко Виктор Иванович
  • Огарков Анатолий Аркадьевич
  • Ардамаков Сергей Витальевич
  • Васильев Виталий Васильевич
  • Кузнецов Сергей Николаевич
RU2381060C2
БАРБОТАЖНЫЙ РЕАКТОР 0
  • Ф. М. Кудр Вицкий, А. Н. Новичков, Н. Ф. Потемкин, Ю. Н. Яковлев
  • В. С. Герш
SU312615A1
КЕССОН ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО АГРЕГАТА БАРБОТАЖНОГО ТИПА 2008
  • Иванов Игорь Владимирович
  • Иванов Владимир Васильевич
RU2409795C2
ДАТЧИКОВАЯ СИСТЕМА СОСТОЯНИЯ БАРБОТАЖНОГО УСТРОЙСТВА 2017
  • Манкоса, Майкл, Дж.
  • Крейх, Рональд, П.
  • Джукола, Джеймс
RU2712973C1
УЛУЧШЕННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ МАТЕРИАЛА 2014
  • Манкоса Майкл Дж.
  • Комюнх Джейсен Н.
  • Ян Эрик С.
  • Либерато Реджинальдо Серджио
RU2663019C2
US 5814228 A1, 29.09.1998
EP 1468236 B1, 27.07.2005.

RU 2 773 169 C1

Авторы

Печенегов Юрий Яковлевич

Олискевич Владимир Владимирович

Царюнов Александр Владимирович

Мелеховец Михаил Сергеевич

Косов Андрей Викторович

Косова Ольга Юрьевна

Косов Виктор Андреевич

Косов Михаил Андреевич

Даты

2022-05-31Публикация

2021-05-06Подача