Кожухотрубный реактор Советский патент 1984 года по МПК B01J19/00 

Изобретение относится к реактора для проведения неизотермических редкций и может найти применение в химической и нефтехимической промыш ленностй. Известен кожухотрубный каталитический реактор для получения винилхлорида при экзотермической реакции ацетилена с хлористым водородом, состоящий из корпуса и трубного пуч ка, закрепленного в трубных решетка Реакционная масса проходит по цилин рическим трубам равного диаметра по всей высоте. Катализатор в трубах разделен по высоте на три слоя с ра личной добавкой в каждый слой инерт ного материала fllНедостатки известного устройства - сложность приготовления ка- тализатора и невозможность применения его для некаталитическйх реакций, так как в этом случае нельзя регулировать температуру по высоте реактора, что ухудшает качество про дуктов реакции. . Известен контактный аппарат, в котором реализуется обратная система ifioTOKOB реакционной массы и тепл . По цилиндрическим трубам равного диаметра по всей высоте проходит теплоноситель, Цилиндрическ трубы установлены в конических обечайках, в кольцевом пространстве которых движется реакционная масса 2 Недостатком указанного устройства является малая поверхность теплопере дачи цилиндрических труб, не позволя ющая выравнивать профиль температуры реакционной массы по высоте и радиусу, что ухудшает качество продуктов реакции. В качестве базового объекта выбран кожухотрубный реактор для каталитического экзотермического гидрохлорирования ацетилена, применяемый для получения винилхлорида в Волгоградском производственном объединении Каустик. Реактор состоит из корпуса с пучко м цилиндрических труб равного диаметра, закрепленных в трубных решетках, патрубков для входа и выхода реакционной массы, протекающей по трубам, и теплоносителя, протекающего по межтрубному пространству. Известная конструкция не обеспечивает снижения температуры ниже допускаемой по технологическому per.jiaменту температуры 180С а области входа реакционной массы в трубы трубного пучка. В результате происходит перегрев катализатора в трубах выше температуры дезактивации t 130с и резкое уменьшение температуры за точкой ее максимума, что приводит к потере катализатором каталитических свойств и снижению степени превращения ацетилена в винилхлорид. В качестве прототипа выбран реактор с трубным пучком для проведения каталитических неизотермических реакций в газовой фазе, который состоит из корпуса и трубного пучка, закрепленного в трубных решетках. Реакционная масса проходит по цилиндрическим трубам равного диаметра по всей высоте. Теплоноситель движется в межтрубном пространстве..Для равномерного распределения теплоносителя по всему поперечному сечению межтрубного пространства установлены распределительные пластины с проходным сечением, изменяющимся в радиальном направлении 3. Данное устройство не предусматривйет регулирования теплоотдачи реакционной массы в трубах трубного пучка к стенкам труб, что приводит к ухудшению качества продуктов реакции в связи с большим перепадом температуры по высоте.труб. Цель изобретения - повышение качества продуктов реакции за счет выравнивания профил:я температур по длине реактора. . Поставленная цель достигается тем, что в кожухотрубном реакторе, состоящем из корпуса с пучком труб, закрепленных в трубных решетках, и патрубков для входа.и выхода реакционной массы и теплоносителя, каждая труба трубного пучка выполнена из трех или более трубок равной длины, диаметр .которых увеличивается по ходу потока реакционной массы в геометрической прогрессии. При этом каждая труба трубного пучка выполнена конически расширяющейся по ходу Потока реакционной массы-k Кроме того, каждая труба трубного пучка снабжена размещенными на ее наружной поверхности ребрами с высотой, уменьшающейся по ходу потока реакционной массы, и наружным диаметром, равным диаметру трубы на выходе. На фиг. 1 представлен реактор, об щий вид; на фиг. 2 - коническая труб трубного пучка с радиальными кольцевыми (трубами) ребрами; на фиг. 3 радиальное кольцевое ребро. Кожухотрубный реактор состоит из корпуса 1 с патрубками входа 2 и выхода 3 теплоносителя в межтрубном пространстве, патрубками входа 4 и выхода 5 реакционной массы, трубных решеток 6, в которых закреплены тру бы 7 трубного пучка (фиг. 1). Кажда труба трубного пучка по первому ва-рианту состоит не менее чем из трех секций равной длины с увеличивающим ся диаметром трубок в каждой секции по ходу потока реакционной массы, так что отношение диаметров трубок последующей и предыдущей секций ост ется постоянным. По второму варианту каждая труба трубного пучка выполнена конической с расширением по ходу реакционной массы. На. внешней поверхности каждой ко .ничёской трубы 7 жестко закреплены радиальные кольцевые ребра 8. Наруж ные диаметры всех ребер одинаковые и равны выходному диаметру конической трубы 7, а внутренний диаметр каждого ребра 8 равен наружному диаметру/конической трубы в месте уст новки ребра (фиг. 3). Кожухотрубньй реактор работает следующим образом. Исходное сырье подается по патру кам. 4 в трубы 7 трубного пучка со стороаы их меньшего диаметра. На входе в трубы, где концентрация реагирующих компонентов в сырье наибольшая, вьоделение тепла в электро экзотермической реакции или его поглощение в эндотермической реакции максимально. Однакр на входе в области наимен шего диаметра трубок первой секции составных труб 7 (фиг. 1) или по второму варианту в области наименьшего диаметра конических труб (фиг. 2) скорость реакционной массы максимальна, а значит наибольшая теплоотдача от реакционной массы к стенкам труб. Кроме того, высота радиальных кольцевых ребер 8 здесь также макси мальна, а значит максимальная площадь теплопередающей поверхности. По мере продвижения реакционной массы по трубам 7, попадая в следут ющую по ходу потока секцию с большим диаметром (фиг. 1) или по варианту 2 при движении,реакционной массы по коническим трубам 7 (фиг. 2) ее скорость замедляется с одновременным уменьшением концентрации реагирующих -веществ и значит, уменьшением тепловыделения или теплопоглощения за счет реакции. Однако с уменьшением скорости реакционной массы уменьшается теплоотдача через поверхность труб 7. Кроме того, из-за уменьшающейся высоты ребер 8 на конических трубах 7 (фиг. 3) уменьшается площадь поверхности теплоотдачи. Это способствует вьфавниванию температурного профиля по длине труб 7. . Продукты реакции выходят из корпуса 1 через выходной патрубок 5. Теплоноситель поступает .в межтрубное пространство по патрубку 2, а выходит по патрубку 3. Применение секционных труб в трубном пучке или нрименение конических труб с установкой на них ребер с переменной по длине труб высотой позволяет в значительной степени выpoвнять профиль температур кожухотруб-; ного реактора, уменьшить наибольшие градиенты температур в 1,5 раза, снизить абсолютное максимальное значе- . ние температуры на 20-30°С, увеличить среднюю температуру на , а также увеличить степень превращения. Это позволяет предотвратить термическую деструкцию исходных веществ и продуктов реакции, а .для каталитических реакторов термическую дезактивацию катализатора, что способствует повышению качества продуктов реакции, а для каталитических реакторов позволяет увеличить срок службы катализатора, облегчает эксплуатацию реактора в оптимальном температурном режиме. При замене трубного пучка кожухотрубного реактора с цилиндрическими трубами равного по всей длине диаметра на секционные или конические ожидаемый экономический эффект только за счет предотвращения термической дезактивации катализатора (активированного угля), пропитанного сулемой в отношении 1:10, составит 1700 на каждом реакторе гидрохлорирования ацетилена, установлен

1. КОЖУХОТРУБНЬЙ РЕАКТОР для проведения неизотермических реакций, состоящий из корпуса с пучком труб, закрепленных в трубных решетках, и патрубков для входа и выхода реакционной массы и теплоносителя. отличающийся тем, что, с целью повышения качества продуктов реакции за счет выравнивания профиля температур по длине реактора, каждая труба трубного пучка выполнена из трех или более трубок равной длины, диаметр .которых увеличивается по ходу потока реакционной массы в геометрической прогрессии. 2.Реактор по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что каждая труба трубного пучка выполнена-конически расширяющейся по ходу потока реакционной массы. 3.Реактор по п. 2, о т л и. ч аi ю щ и и с я тем, что каждая труба трубного пучка снабжена размещенны(Л ми на ее наружной поверхности ребрами с высотой, уменьшающейся по ходу потока реакционной массы, и наружным диаметром, равным диаметру трубы на выходе.