Реактор Советский патент 1993 года по МПК B01J8/04 

Изобретение относится к химической технологии, в частности к реакторам.

Целью изобретения является продле- .ниё срока службы слоя.

Это достигается в реакторе, содержащем цилиндрический корпус, снабженный верхней и нижней сферическими крышками, коаксиально установленными перфорированными клетями с размещенными между ними сорбционным или катализаторным слоями, жестко соединенными с днищем и образующими кольцевую полость с корпусом и центральную полость, соединенную с впуском или выпуском газа, причем по меньшей мере одна из клетей выполнена жесткой в радиальном направлении за счет того, что верхняя часть клети, обладающей способностью растяжения в аксиальном направлении, жестко соединена с внутренней стенкой верхней сферической крышки,

При этом понятия жестко и со способ-- ностью к растяжению относятся не к собственным свойствам материала, например, к упругости или к коэффициенту термического расширения, а к способности к изменению размера в силу внешней формы тела, в данном случае клети. Таким образом, жесткое в определенном направлении тело все- таки способно к расширению, например, в случае изменения температуры. Например, волнистый лист является жестким в направлении волн, но он может расширяться в вертикальном волнам направлении. Выполненный из волнистого листа цилиндрический корпус, в котором волны расположены вокруг оси цилиндра, имеет - способность к растяжению в аксиальном на00 О

чэ

М 00

.

СА)

правлении и является жестким в тангенциальном и тем самым и в радиальном направлении.

В основе изобретения лежит намерение насколько возможно избегать смеще- ний в аксиальном направлении между сыпучим материалом слоя и по меньшей мере одной клетью, Это достигается между прочим тем, что благодаря жесткому закреплению клети с обеих сторон геометрическая длина клети предопределена практически независимо от температурных условий в реакторе. Она определена высотой корпуса, который практически не подвергается изменению температуры. В силу упомянутого жесткого соединения концы не могут перемещаться вследствие изменения температуры. Кроме того, способность к аксиальному растяжению клети выравнивает расширение материала при повышении температуры по всей длине клети, так что нигде не могут возникать смещения, обусловленные изменением температуры.

Избежанием смещений клетей практически вполне предотвращается и смещение между слоем и клетью доже и в случае высоких колебаний температуры. Это обеспечивает особенную надежность реактора: число нарушений эксплуатационного процесса сокращается до минимума, что также значительно повышает экономичность ре актора.

Предлагаемый реактор позволяет компенсировать возникшее при осуществлении каталитических и адсорбционных реакций колебание температуры без происхождения нежелательных смещений, При этом конечно необходимо, чтобы клети, были выполнены из подходящего материала с коэффициентом расширения, находящимся в определенном соотношении с коэффициентом расширения сыпучего материала, и из листа соответствующей конфигурации, например, в описанном ниже виде.

В то время как в известном реакторе осуществлены сложные технические меры для превращения термического расширения материала, из которого выполнены клети, а расширение всей клети и таким образом даже для усиления смещения клети относительно слоя, в предлагаемом, реакто- ре с помощью намного менее сложной конструкции предотвращается нежелательное смещение. Обстоятельные испытания и рас- четы показывали, что с помощью предлагаемого реактора возможно справиться с перепадами температуры примерно до 300 К без возникновения повреждений реактора и слоя.

Согласно предпочтительной форме выполнения изобретения жестко соединенная с верхней сферической крышкой клеть установлена с предварительным натяжением в аксиальном направлении. В том случае, если все клети с обеих сторон жестко закреп- лены, предпочтительно все клети установлены с предварительным натяжением в аксиальном направлении, т. е. при монтаже реактора, проводимом при комнатной температуре, клеть или клети можно устанавливать с натяжением в аксиальном направлении. Усилие предварительного натяжения зависит от ожидаемых разниц температуры в разных участках слоя, В случае повышения температуры, например, вследствие воздействия нагретого регенеративного газа, термическое расширение материала сперва компенсируется уменьшением предварительного натяжения. Только при дальше повышающейся температуре предварительное натяжение полностью исчезает и термическое расширение материала должно компенсироваться путем обжима из-за способности к аксиальному расширению клетей, обусловленной их выполнением. Таким образом действующая в аксиальном направлении сила сжатия значительно уменьшается, и обеспечена надежная работа реактора и при высокой температуре.

Как указано выше, в известном реакторе длина клетей подлежит изменению. Изменение длины происходит не только за счет термического расширения самих клетей, но и изменения упругости днища, на котором установлены клети. При воздействии тепла днище становится мягче и под весом слоя более или менее прогибается, что также вызывает истирание материала слоя, срок службы которого вследствие этого сокращается.

Поэтому в предлагаемом реакторе осуществлена новая конструкция днища, согласно которой последнее жестко соединено с нижней сферической частью корпуса. Для этого между днищем и нижней сферической частью звездообразно установлены ребра, непосредственно передающие вес слоя нижней сферической части. В частности днище выполнено выпуклым вверх, что обеспечивает особенную прочность данной конструкции.,

На фиг. 1 показан разрез через одну форму выполнения предлагаемого реактора по оси симметрии в значительно упрощенном виде; на фиг. 2 - деталь А с фиг. 1; на фиг. 3 - часть клети согласно одной форуме выполнения; на фиг. 4 - часть клети согласно другой форме выполнения; на фиг. 5 разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг, б - часть клети согласно третьей форме выполнения; на фиг. 7 - разрез В-В на фиг, 6.

Фиг. 1 показывает принципиальную конструкцию одной формы выполнения предлагаемого реактора с его главными элементами. Реактор представлен в значительно упрощенном виде, в частности соотношения между наружными габаритами реактора и толщиной отдельных элемен- тов не соответствуют действительным соотношениям.

Реактор в основном имеет форму цилиндра с осью симметрии 1. Он содержит корпус 2, снабженный цилиндрической час- тью 3, верхней 4 и нижней 5 сферическими крышками, впуском 6 и выпуском 7 для подачи и отвода подлежащего очистке газа. Кроме того, верхняя сферическая крышка 4 снабжена патрубками 8 для загрузки и вы- грузки материала слоя 9.

В корпусе 2 размещен кольцевой адсорбционный слой 9, ограниченный наружной 10 и внутренней 11 цилиндрическими клетями. Внизу слой 9 ограничивается дни- щем 12, с помощью звездообразно установленных ребер 13 жесткости закрепленным на нижней сферической части 5 корпуса 2. Внутренняя клеть 11 нижней стороной жестко соединена с днищем 12. Она также че- рез рёбра 13 опирается на нижнюю сферическую крышку 5 корпуса 2. Наружная клеть 10 жестко соединена, например сварена, с нижней сферической крышкой 5, т. е. она жестко соединена с корпусом 2.

Клети 10, 11 в основном выполнены из перфорированного листа 14. Отверстия 15, выполненные в листе 14, изображены на фиг. 1 горизонтальными линиями (не по масштабу). Лишь концевые участки клетей 10, 11 выполнены из неперфорированного листа. Подробности разных форм выполнения клетей 10,11 показаны на фиг. 2-7 и описываются ниже.

Слой § состоит из сыпучего материала. В конкретном случае эксплуатации реактора в качестве материала слоя берут адсорб- ционный материал или же сыпучий катализатор.

Направление потока подлежащего очи- стке газа (фиг. 1) изображено стрелками 16 (сплошные линии) (в данном случае речь идет об осуществлении реакции, т. е. адсорбции). При этом подлежащий очистке газ, например воздух, через впуск б вступает в реактор, направляется нижней поверхностью днища 12, при этом выделяется .капельножидкая вода. Затем подлежащий очистке газ подается в наружное кольцевое пространство 17, находящееся между корпусом 2 и наружной клетью 10. Из данного пространства 17 подлежащий очистке газ радиально проходит через адсорбционный слой 9 во внутреннюю кольцевую полость 18. Внутренняя кольцевая полость 18 ограничивается внутренней клетью 11. В данной полости 18 размещено выполненное из усечённых конусов направляющее тело 19, уменьшающее поперечное сечение внутренней кольцевой полости 18. Таким образом достигается равномерный поток подлежащего очистке газа в слое 9. Между внутренней клетью 11 и направляющим телом 19 в данном случае установлено сито 20 для улавливания пыли.

В этом случае, если необходимо осуществлять регенерацию, во время регенерации регенеративный газ, например азот, подается в противоположном направлении (см. стрелки 21 на фиг. 1).

На фиг. 2 показывает деталь А с фиг. 1, а именно соединение верхней стороны наружной клети 10 с верхней сферической крышкой 4 корпуса 2, Верхний концевой участок 22 наружной клети 10, выполненный из неперфорированного листа, с помощью двух кольцевых сварных швов 23 жестко соединен с верхней сферической крышкой 4. В данной форме выполнения изобретения внутренняя клеть 11 таким же образом сварена с верхней сферической крышкой 4 корпуса 2. Соединение нижней стороны наружной клети 10 с нижней сферической частью 5 выполнено аналогичным образом.

Выполненные в листе 14 длинные отверстия 15 расположены равномерно по кругам вокруг оси симметрии 1. Их размеры и конфигурация определяются в зависимо-. сти от ожидаемых разниц температуры в разных участках слоя 9. В данном случае ширина отверстий 15 составляет 3 мм, длина 30 мм и ширина перемычек 24, т. е. расстояние между расположенными по двум соседним кругам отверстиями 15,6 мм (см. фиг. 3). В том случае, если величина частиц сыпучего материала меньше ширины отверстий 15, го клети 10, 11 на обращенной к слою 9 стороне снабжены проволочной сеткой 25, показанной на фиг. 3.

Конфигурация перфорированного листа 14, из которого выполнены клети 10, 11, имеет важное значение, что в нижеследующем поясняется со ссылкой на фиг, 3. Горизонталь на этой фигуре соответствует тангенциальному направлению вокруг оси симметрии 1 реактора, а вертикаль - аксиальному направлению. Между двумя соседними рядами отверстий 15 перфорированный лист 14 снабжен распо- женными в тангенциальном направлении

сплошными перемычками 24 и поэтому по направлению перемычек 24 он имеет поведение, похожее на поведение неперфорированного листа, т, е. в этом смысле лист 14 является жестким в тангенциальном направлении, Таким образом, выполненные в основном из цилиндрического перфорированного листа 14 клети 10, 11 являются жесткими в радиальном направлении. В аксиальном направлении перфорированный лист 14 не снабжен расположенными на прямых сплошными перемычками, т. к. отверстия 15 сдвинуты относительно друг друга. Таким образом, лист 14 в аксиальном направлении имеет способность к обжиму и растяжению. Действующие в аксиальном направлении силы могут быть восприняты не только благодаря упругости материала, из которого выполнен лист 14, но и за счет изменения формы листа 14, например, за счет искажения отверстий 15.

На фиг. 4 и 5 изображена другая форма выполнения клети, представленной на фиг. 3. На фиг. 4 и 5 ось симметрии 1 реактора проходит вертикально изображенной части клети.

Согласно описанной выше и согласно данной формам выполнения клетей последние выполнены из перфорированного листа 14 из металла толщиной d 2-10 мм, предпочтительно 2,5-6,0 мм, В обоих случаях отверстия 15 имеют длинную форму и длинной стороной расположены по горизонтали по кругам вокруг оси симметрии 1 реактора с образованием между двумя соседними кругами сплошных горизонтальных перемычек 24, причем в силу того, что расположенные по двум горизонтальным кругам отверстия 15 смещены друг относительно друга, нет сплошных перемычек в аксиальном направлении, т. е. по направлении стрелок 26. Поэтому клети согласно первой и второй формам выполнения являются жесткими в радиальном направлении и имеют способность к компенсированию аксиального изменения длины путем изгиба отверстий, т, е. имеют способность к аксиальному расширению, по использованной в данном описании дефиниции.

Однако представленные на фиг. 3 и 4 формы выполнения клетей отличаются друг от друга размерами отверстий 15.

Клеть согласно фиг. 3 имеет

длину отверстий а 20-50 мм, предпочтительно 25-35 мм,

ширину отверстий b 2-5 мм, предпочтительно 2,5-3,5 мм,

ширину перемычек с 4-8 мм, предпочтительно 5,0-7,0 мм,

горизонтальное расстояние между отверстиями е 5-20 мм, предпочтительно 8,0-12,0 мм.

Клеть согласно фиг. 4 и 5 имеет длину отверстий а 10-40 мм, предпочтительно 20-30 мм.

ширину отверстий b 0,8-2,0 мм, предпочтительно 1,0-1,5 мм,

ширину перемычек с 3,0-10 мм, пред- 0 почтительно 4,0-6,0 мм,

Горизонтальное расстояние между отверстиями е 3,0-12 мм, предпочтительно 5,0-7,0 мм.

Согласно фиг. 4 и 5, отверстия имеют 5 следующие размеры:

а 25 мм

b 1,2мм

с 5,0 мм

е 6,0мм 0 d 4,0мм.

Меньшие размеры отверстий согласно второй форме выполнения клетей обычно приводят к тому, что можно отказаться от установления мелкоячеистой проволочной 5 сетки, т. к. частицы адсорбционного или каталитического материала не выпадают через отверстия клетей.

На фиг. 6 и 7 представлена третья форма

выполнения клетей, которую можно исполь0 зовать в рамках изобретения. В этом случае

клети выполнены совсем по-другому, а

именно в качестве проволочной сетки.

При этом горизонтальные проволоки 27, имеющие круговое сечение, сплетены с вер- 5 тикальными (аксиальными) проволоками 28. Горизонтальные проволоки 27 не снабжены никакими существенными изгибами, чем обусловлена радиальная жесткость выполненных из такой проволочной сетки кле- 0 тей, т. е. горизонтальные проволоки 27 в данном случае выполняют функцию перемычек 24 в предыдущих случаях. Вертикальные проволоки 28. однако, на равномерном расстоянии, а именно через ширину ячеек, 5 снабжены изгибами 29. В случае напряжения при растяжении в вертикальном (аксиальном) направлении данные изгибы 29 могут изменить свою форму и тем самым компенсировать термическое изменение 0 длины. Выполненная в виде проволочной сетки клеть благодаря использованному методу сплетения обладает радиальной жесткостью и способностью к аксиальному расширению согласно использованным в 5 данном тексте дефинициям. Эти свойства можно еще усилить тем, что выбирают соответствующий материал. Например, для выполнения горизонтальных проволок 27 предпочтительно используют инвар, а для выполнения вертикальных (горизонтальных) проволок 28 хромоникелевую сталь. Обычно толщину проволок 28, 29 выбирают 1,0-10 мм, предпочтительно 1,0-5,0 мм, в частности 2,0-3,0 мм. Размеры ячеек выбирают 3,0-20 мм, предпочтительно 6-12 мм. Т. к, во многих случаях ячейки слишком широки для удержания частиц адсорбционного или каталитического материала, с внутренней стороны выполненной в качестве проволочной сетки клети можно устанавливать дополнительную мелкоячеистую проволочную сетку, не представленную на фиг. 6 и 7, которая имеет примерно ту же высоту, как и слой 9. С верхней и нижней сторон выполненная в качестве проволочной сетки клеть аналогично фиг. 1 через неперфорированный лист жестко соединена с корпусом 2.

Формула изобретения 1, Реактор, содержащий цилиндрический корпус, снабженный верхней и нижней сферическими крышками, коаксиально установленные перфорированные клети с размещенным между ними сорбционным или катализаторным слоем, жестко соединенные с днищем и образующие кольцевую полость с корпусом и центральную полость, соединенную с впуском или выпуском газа, причем по меньшей мере одна из клетей выполнена жесткой в радиальном направлении и обладающей способностью растяжения в аксиальном направлении, отличаю щ и и с я тем. что, с целью продления срока службы слоя, верхняя часть клети, обладающей способностью растяжения в аксиальном направлении, жестко соединена с 5 внутренней стенкой верхней сферической крышки.

2. Реактор по п. 1,отличающийся тем, что одна из клетей непосредственно жестко соединена с внутренней стенкой 0 нижней сферической крышки.

3. Реактор по п. 2, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что жестко соединенная с верхней сферической крышкой клеть установлена с предварительным натяжением в аксиаль- 5 ном направлении.

4. Реактор по пп. 1и2,отличающи- й с я тем, что клети установлены с предварительным натяжением в аксиальном направлении.

0 5. Реактор по пп. 1-4, отличающий- с я тем, что он снабжен размещенным в центральной полости направляющим теплом, установленным на днище.

6. Реактор по пп. 1-5, от л и ч а ю щи й- 5 с я тем, что днище жестко закреплено на нижней сферической крышке.

7. Реактор по и. 6, отличающийся тем, что днище жестко соединено с нижней сферической крышкой посредством ребер. 0 8. Реактор по пп. 1-7, отличающий- с я тем, что днище выполнено выпуклым вверх.

k-в | яБ-Б .

Фиг. 4

Сущность изобретения: реактор, содержащий цилиндрический корпус, снабженный верхней и нижней сферическими частями, размещенное в нижней части корпуса для приема по меньшей мере одного сорбционного слоя или каталитического слоя, по меньшей мере две ограничивающие слой внутри и наружу, снабженные отверстиями и соединенные с днищем клети и патрубки для разгрузки и выгрузки материала слоя, и имеющий центральную внутреннюю полость. При этом по меньшей мере одна из клетей выполнена жесткой в радиальном направлении и со способностью к аксиальному растяжению и нижней стороной жестко связана с днищем, а ограничивающая слой с наружной стороны клеть установлена с образованием кольцевого пространства между собой и внутренней стенкой корпуса, причем центральная внутренняя полость и кольцевое пространство соединены с впуском или выпуском, а верхняя сторона, имеющая способность к аксиальному растяжению клети, жестко соединена с внутренней стенкой верхней сферической части. 7 з, п. ф-лы, 7 ил. ел

/

У

J.

24

15

Фиг. 5