Реактор для проведения контактных реакций Советский патент 1983 года по МПК B01J8/04 

Изобретение относится к конструк ции многотрубного реактора для пров дения контактных реакций, особенно реакций быстрых с большим тепловым эффектом. Известен реактор для проведения контактных реакций, содержащий реак ционную камеру, внутри которой в ,трубных досках закреплены трубки с катализатором, и распределительные плиты, образующие с трубными досками входную и-выходную камеры для теплоносителя . Недостаток известного реактора большие затраты энергии на перекачивание теплоносителя. Целью изобретения является интен сификация процесса теплообмена путе равномерного распределения теплоносителя . Для достижения поставленной цели в реакторе для проведения контактны реакций, содержащем.реакционную камеру, внутри которой в трубныхдосках закреплены трубки с катапизатор и распределительные пЛиты, образующие с трубными досками входную и вы ходную камеры для теплоносителя, в распределительных плитах выполнены дополнительные отверстия, сечения которых во входной камере увеличиваются от входа теплоносителя, а в выходной камере уменьшаются к выходу теплоносителя, Кроме того, отверстия имеют форму треугольника, а трубки с катализатором снабжены установленными сна ружи и жестко закрепленными турбулизирующими вставками. На фиг,1 представлен реактор, продольный разрез; на фиг,2 - трубка, продольный разрез; на фиг.З часть трубной доски; на фиг.4 9 .- варианты расположения дополнительных отверстий в трубной доске на фиг.10 - вариант выполнения реактора; на фиг.11 - трубная доска; на фиг. 12 - 15 - Варианты расположения дополнительных отверстий в распределительной плите; на фиг.16 вариант выполнения распределительно плиты. Реактор содержит крышку 1, цилин рический корпус 2, контактные трубк 3 и днище 4. Субстраты, в зависимос ти .от требований процесса, можно по водить как к крышке 1, так и к днищ 4. Субстраты подводят снизу через патрубок 5, а продукты отводят чере патрубок 6. Межтрубное пространство ограничено трубными решетками 7. По оси реактора может находиться центральная труба. Эта труба, кроме .выполнения других, описанных дальше задач, может исполнять роль дополни тельной опоры трубных решеток. На фиг.1 центральной трубы не указано. Межтрубное пространство состоит из трех частей: распределительной 8, реакционной 9 и сборной 10 камер, отделенных одна от другой распределительными плитами 11. Аппарат работает следующим образом. Теплоноситель вводится в распределительную камеру трубопроводом 12 по всему периметру или в нескольких местах по периметру в области распределительной камеры 8. Затем теплоноситель течет .через эту камеру в направлении оси реактора. Во время этого течения от основного потока ответвляются небольшие потоки теплоносителя и через отверстия в распределительной плите попадают в реакционное пространство. Эти потоки подобраны таким образом, что скорости параллельного трубкам (вдоль трубок) течения выравниваются, становясь прс1Ктически равными одна другой по всему поперечному сечению реакционного пространства. Затем теплоноситель проходит через реакционную KeiMepy 9 и сквозь распределительную плиту 11 попадает в сборную камеру 10, из которой его выводят наружу трубопроводом 13. Циркуляцию теплс йосителя осуществляют при помощи насоса (не показан). В рабочем цикле теплоносителя может также находиться; теплообменник. Наиболее целесообразно употребление труб, имеющих ребра только на той части трубы, которая находится в реакционной камере 9. У этих труб имеются наружные ребра 14, расположенные поперек их оси. Кроме того, исполнение труб, указанное на фиг.2, характеризуется , тем, что диаметр поверхности цилиндра, описанного на вершин.ах ребер, немного меньШе наружного диаметра трубы на ее неоребренном участке, и трубы гладки, неоребрены на их участках, проходящих через распределительную и сборную камеры, а также через распределительные плиты. Внутри труб активная часть слоя катализатора находится на сребренном участке трубы в реакционной зоне. Отношение наружного радиуса оребренной трубы к самому маленькому шагу трубных отверстий не должно быть больше единицы. На фиг.З схематически представлен участок благоприятного варианта распределительной плиты 11 (обе плиты могут быть идентичны). Контактные трубки 3 проходят через отверстия 15, имеющие одинаковые размеры Тяа всей плите, в пределах точности изготовления. Между этими отверстиями находятся тверстия 16, имеющие сечения, растущие в направлении ради.ального течения теплоносителя, в случае нижней распределительной плиты 11, ограничивающей распределительную камеру 8 и сечения, растущие в обратном направлении к этому течению в случае верхней распределительной плиты 11, ограничивающей сборную камеру 10 в направлении от рубашки реактора к его оси. Вблизи оси реактора эти отверстия могут быть столь большими что соединяются с отверстиями 15, образуя отверстия, помещающие по несколько трубок.. Выгодными являются отверстия 16 круглого сечения, но могут применяться распределитель ные плиты с отверстиями любой формы (фиг. 4.- 9). Предлагаемый реактор содержит большее число распределительных пли которые могут также принимать форму колец. Другой пример выполнения реактор представлен на фиг.5. Это реактор прямоугольного сечения. Для этого решения характер течения теплоносит ля принципиально такой же, как в ре акторе кругового сечения. Принцип действия распределительных плит ана логичен, а трубки в реакционном пространстве не отличаются от описанных. Распределительная плита 11 этого реактора представлена на фиг. Трубки 3 и отверстия 16 расположены по гексагональной системе. Могут использоваться также и другие произвольные способы расположения трубок 3 и отверстий 16 (фиг. 1214). В реакторе с внутренним теплообменником и насосом, находящимися в центральной трубе цилиндрического реактора (фиг.1) межтрубное пространство разделено также распределительными плитами 11 на распределительную, сборную и реакционную каме ры. Распределительная и сборная камеры соединены по целому периметру центральной трубы или в Нескольких его местах с внутренней частью этой трубы. Фрагмент распределительной плиты реактора такого типа показан на фиг.15. Предлагаемый реактор позволяет достигать достаточно интенсивного и равномерного теплообмена при параллельном к трубкам течении теплоносителя, в межтрубном пространстве. При этом наблюдается более низкий расход энергии на перекачку теплоносителя в количестве, необходимом для дости енкя требуемой интенсивности теплообмена, по сравнению с другими известными решениями. Примененное новое решение распределительных плит более простое для изготовления, но одновременно оно обеспечивает требуемое равномерное распределение теплоносителя по всему реакционному пространству. Межтрубное пространство делится на три гасти: распределительную камеру теплоносителя, реакционную камеру и сборную камеру теплоносителя, отделенные одна от другой рас пределительными плитами, обеспечивающими равномерное течение теплоносителя вдоль трубок в реакционной камере. Кроме одинаковых отверстий для трубок, в этих плитах находятся дополнительные отверстия. Существенно то, чтобы в распредели-, тельной камере в направлении перпендикулярной к трубкам скорости течения теплоносителя, начиная от впуска (впусков) теплоносителя, увеличивалось, непрерывно или ступенчато, общее сечение этих дополнительных отверстий, рассчитанное на единицу поверхности распределительной плиты. В сборной камере удельное сечение .этих отверстий должно уменьшаться в направлении к выпуску (выпускам) теплоносителя.

16

il

fKi.Z

ФмбЛ

11

Фиг.Ъ

Фк9.6

Фи9

К9.У

5 8

ХЛ,

15

/

а

1. РЕАКТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ КОНТАКТНЫХ РЕАКЦИЙ, содержащий реакционную камеру, внутри которой в трубных доскгис закреплены трубки с катализатором, и распределительные плиты, образующие с трубными досками входную и выходную камеры для теплоносителя, отличаю1цийс я тем, что,с целью интенсификации процесса теплообмена путем равномерного распределения теплоносителя, в распределительных плитах.выполнены дополнительные отверстия, сечения кЬторых во входной камере увеличиваются от входа теплоносителя, а в выходной камере уменьшаются к выходу теплоносителя. 2.Реактор по п. 1, о т ли- . чающийся тем, что отверстия имеют форму треугольника. 3.Реактор по пп. 1 и 2, о т л ичающийся тем, что трубки с (У) катализатором снабжены установленными снаружи и жестко закрепленными турбулизирхпощими вставками.

Xj

io

is,i6

г

и

IS

/.

12,13