Аппарат для физико-химических процессов с сыпучим материалом Советский патент 1985 года по МПК B01J19/28 

2Н L20 Т

СО

4

сл 761 22 ./. /. / гл-t in Изобретение относится к нефтехимическому машиностроению и может быть использовано в нефтехимических производствах для интенсификации гетерогенных физико-химических процессов в проточной системе с тепломассоПерёдачей между парогазовыми потоками и сыпучим материалом с широким интервалом дисперсности (катализаторами, шихтой, твердым сорбентом). Известен реактор, содержащий горизонтально вращающийся цилиндрический корпус с перегородками, имеющими сегментное отверстие и диаметрально противоположно расположенный отогнутый сегментный конецтолкатель в сторону движения сыпучего материала. В полости корпуса перегородки равно удалены друг от друга и развернуты на угол 180° так, что каждый толкатель расположен против сегментного отверстия. Аппарат оборудован шнековым и спиральным питателями. Он предназначен для термической обработки сыпучего материала газами (отжиг, сушка и т. д.) 1. Так как пара толкатель - сегментное отверстие лежит в продольной плоскости, аппарат допускает проскок и смешение исходного газа с проконвертированными газами и не пригоден для процессов с большой степенью конверсии по газу. Наиболее близким к изобретению является аппарат для проведения катализа, адсорбции и термической обработки материала. содержащий наклонный вращающийся относительно своей оси сосуд с патрубком в нижнем торце для подачи газа и с приспособлением у верхнего конца сосуда для подачи твердого материала, а также с двумя рядами сегментных перегородок. Каждая перегородка размещена относительно смежного и своего ряда относительно оси вращения сосуда на угол 360° и 180° соответственно. При прерывистом или колебательном вращении твердый материал периодически падает на нижележащую перегородку другого ряда- и контактирует с восходящим потоком газа. В этом устройстве улучшенный контакт газа с сыпучим материалом достигается тем, что при колебательном вращении часть газа, проходящая над поверхностью сыпучего материала, контактирует на порогах ссыпания на нижележащук перегородку 2. Однако основная масса газа, проходящая над поверхностью сыпучего материала, проскакивает непроконвектировав по незаполненным материалом и открытым при некоторых углах поворота каналам и, кроме того, скорость вращения (колебания) корпуса аппарата связана с скоростью движения материала, а значит и временем контакта. Цель изобретения - интенсификация процесса за счет исключения проскока исходного газа. Указанная цель достигается тем, что в аппарате для физико-химических процессов с сыпучим материалом, Содержащем вращающийся горизонтальный цилиндрический барабан, внутри которого по длине размещены круговые поперечные перегородки с эксцентричным отверстием каждая, и питатели, каждая поперечная перегородка снабжена желобом, размещенным в отверстии симметрично .относительно плоскости перегородки, при этом в соседних перегородках желоба смещены с образованием Z-образного канала, а эксцентричное отверстие выполнено в виде усеченного сегмента. Каждый питатель выполнен в виде щнека переменного диаметра, при этом витки большего диаметра снабжены втулкой, установленной коаксиально виткам меньщего диаметра. Желоба снабжены нагревателями, расположенными с нижней стороны. На фиг. I приведен предлагаемый аппарат, общий вид в разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Аппарат содержит барабан 1 и круговые перегородки 2. Каждая перегородка имеет эксцентрически расположенное отверстие 3, через которое продет желоб 4. Желоб 4 герметично соединен по контуру отверстия с перегородкой 2 и по образующей 5 с барабаном 1. Форма отверстия может быть усеченным, сектором или усеченным сегментом в зависимости от угла раскрытия граней желоба otj4l80°. Сторона отверстия, обращенная к центру перегородки, лежит на стороне правильного многогранника (лучще пятигранника). Два сочленения перегородка-желоб при смещении на угол (720°/п, где п - число сторон многогранника) образуют контактную ячейку. Два желоба в ячейке образуют Z-образньгй канал. Наращивание сочленений по длине барабана создает спиралеобразный канал. Если п 5, то сочетания ячеек повторяются в фазе поворота через 5 элементов. В ячейках ввода и вывода имеется по одной желобообразной вставке 4 и несколько продольно установленных пластин 6. Ширина каждой пластины равна секторной стороне вставки, а длина пластины укорочена на величину ширины радиальных, уголкового профиля, черпаков 7, укрепленных иа днищах барабана. Оба элемента - устройства для выравнивания температуры. В ячейках ввода через днище барабана по оси вращения концентрически смонтирован ствол шнекового питателя 8 и канал парогазовой смеси 9, который переходит в общий щнёковый канал 10, сочлененный с днищем через сальниковое уплотнение. Шнек ввода 11 выполнен из составных одинакового щага винтовых линий, причем в иачальном участке диаметр меньше, а под конец больше. Такая конструкция обеспечивает исключение забивания пылью канала парогазовой смеси при прямоточной работе аппарата и создание подвижного фильтра при противоточной работе аппарата. В ячейке вывода через днище барабана и сальниковое уплотнение по оси враш,ения пропущен канал шнекового питателя вывода 12 с устройством коллекторной разводки высокотемпературного органического тепло носителя 13, и канал 14 ввода-вывода парогазового потока 14. Для обеспечения совмещенного и независимого пропуска сыпучего материала и парогазового потока шнековому питателю вывода придана ступенчатая конструкция, участки которой служат для забора шихты 15, ввода-вывода газовой фазы и вывода избытка шихты при повышении уровня через окно 16, ввода (вывода) парогазового потока в аппарат. При одинаковом щаге витков их наружные диаметры ступенчато изменяются от участка к участку. Каждая начальная часть участка с большим диаметром выполнена в зоне перехода с насунутым числом витков большего диаметра на направляющую втулку с витками меньшего диаметра, образуя подвижные фильтры 18 для парогазового потока. Последнему участку шнека 19 придан конический спад диаметра , витков, обеспечивающий вывод спрессованной щихты в бункер и отдувку парогазовой смеси из шихты водяным паром или инертным газом. Шихта вводится через патрубок 20, а выводится через патрубок 21. Вращение барабана осуществляется от механизма привода, шнековых питателей - от редукторов и вариаторов с электромоторами. С помощью домкратов регулируют наклон оси вращения барабана. Крепление шнековых питателей с приводами осуществляется на общей раме с опорными катками барабана. Независимые приводы позволяют поддерживать уровень сыпучего материала в полости барабана, соответствующий степени заполнения 0,55-0,7. Аппарат работает следующим образом. Парогазовый поток сырья в зависимости от выбранной схемы работы аппарата в режиме противотока или прямотока направляется либо в штуцер 22, либо в штуцер 17. Из рукава ввода шихть сыпучий материал подается в шнековый питатель ввода. Смешанный поток шихты и газов проходит в ячейку ввода. Скорость перетока шихты устанавливается по выбранной скорости вращения барабана наклоном опорной рамы домкратами. В ячейках сыпучий материал (шихта) взрыхляется и переносится желобами в вертикальной и горизонтальной плоскостях, при этом в каждой ячейке в любой фазе цикла осуществляется контакт взаимодействующих масс и, следовательно, повышается тепломассообмен. Отработанная шихта шнековым питателем вывода 12 отводится из аппарата через патрубок 21 вывода шихты. Парогазовый поток продуктов процесса в зависимости от выбранного режима работы аппарата отводится из штуцера 17 (или 22) в бункерциклон и систему разделения (не показаны). Для отсечения тока парогазового потока и сыпучего материала в патрубки 23 и 24 подается водяной пар или инертный газ (по технологическому выбору). Скорость подачи шихты регулируется изменением режима работы вариаторов. Для подвода и отвода тепла в ячейках имеются змеевики 25, конструкция которых повторяет изгиб желобообразных вставок, причем змеевики 25 соединены через распределительные коллектора 26, и устройство 27 коллекторной разводки с внешней системой высокотемпературного теплоносителя. Форсированный подогрев осушествляется теплоэлектронагревательными элементами, проложенными вдоль цилиндрической поверхности барабана. Контроль за температурой в ячейках осуществляется с помощью термопар, встановленных в каждую ячейку. Конструкционное сочетание круговых перегородок с усеченными секторными отверстиями и пропущенными через них желобообразными вставками, разделяющими контактную полость аппарата на отдельные ячейки, создает постоянный вскрытый контакт парогазового потока со свежими гранулами сь1пучего материала, равномерное рассеивание тепла .по объему сыпучего материала, турбулизацию перемещающихся масс, улучшая условия тепломассообмена. Совокупность таких ячеек создает новый технологический эффект контактного аппаратаступени контактирования и вытеснения. Описанная конструкция позволяет интенсифицировать процессы нефтехимической технологии, идушие на поверхности сыпучего материала разной дисперсности и изменяющегося в процессе насыпного веса, удлиняя рабочий цикл использования катализаторных, реагирующих и сорбционных материалов в 1,5-2 раза. Независимость подач ввода-вывода и вращение барабана аппарата позволяют подобрать наилучшие условия проведения конкретного гетерогенного процесса.

1. АППАРАТ ДЛЯ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С СЫПУЧИМ МАТЕРИАЛОМ, содержащий вращающийся горизонтальный цилиндрический барабан, внутри которого по длине размещены круговые поперечные перегородки с эксцентричным отверстием каждая, и питатели, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет исключения проскока исходного газа, каждая поперечная перегородка снабжена желобом, размещенным в отверстии симметрично относительно плоскости перегородки, при этом в соседних перегородках желоба смещены с образованием Z-образного канала. 2.Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что каждый питатель выполнен в виде щнека переменного диаметра, при этом витки больщого диаметра снабжены втулкой, установленной коаксиально виткам меньщего диаметра. 3.Аппарат по пп. I и 2, отличающийся тем, что желоба снабжены нагревателями, расположенными с нижней стороны. 4.Аппарат по пп. 1-3, отличающийся тем, что эксцентричные отверстия выполнены : в виде усеченного сектора или усеченного сегмента. (Л