Химический реактор Советский патент 1981 года по МПК B01J19/24 

Изобретение относится к аппаратурному оформлению химических реакций в двухфазных системах жидкость жидкость, жидкость - газ, протекающих с большими тепловы и эффектами, и может быть использовано в нефтехимической промышленности, например, для проведения процессов гидрофор в1лирования пропилена, этилена и т.п. Известны реакторы для проведения сильно экзотермических или сильно эндотермических реакций со встроенными теплообменными элементами - зме евиками или трубкают Фильда l. Недостатком таких реакторов являются низкие значения коэффициентов теплопередачи, что при высоких тепло вых нагрузках требует большой поверх ности теплообмена. Кроме того, в несекционированных колонных реакторах имеет место сильное продольное перемешивание сплошной среды. Сильное продольное перемешивание для большинства процессов отрицатель но сказывается как на эффективности аппарата, так и на селективности про цесса. В то же время секционирование колонного реактора горизонтальными тарелками приводит к дополнительному падению теплопередачи, что происходит за счет падения средней скорости подъема пузырей и соответствующего снижения турбулизации жидкости. Это ведет к росту толщины термического пограничного слоя на стенках теплообменных элементов, т.е. к падению коэффициентов теплоотдачи от газожидкостной среды к теплообменной поверхности. В результате для реакторов, секционированных по вьюоте тарелками, у которых перфорация распределена равномерно по всей площади, требуется еще большая поверхность теплосъема на 1 м реакционного объема, чем для несекционированных. Указаншле недостатки устранены в секционированных аппаратах колонного типа с каскадом по высоте зон газлифта, которые с помощью тарелок изолированы мгжду собой. Известен аппарат, содержащий цилиндрический корпус, устройства для ввода и вывода теплоносителя (хладагента) и реагентов, тарелки и установленные между ними секции газлифта, собранные из пучка барботажных и циркуляционной труб, торцы которых зафиксированы в вертикальном положении опорньали горизонтальными перегородками, герметично изолирующими мёжтрубное пространство, куда подается теплоноситель, от реакционного объема 2 .

Недостатки аппарата - низкая интенсивность теплопередачи за счет малых коэффициентов теплоотдачи со стороны теплоносителя, сложность изготовления и монтажа конструкции, так как обеспечение большой поверхности теплосъема требует установки большого количества труб и неполное использование объема аппарата, как реакционного, в связи с тем, что болшая часть объема аппарата занята межтрубным пространством.

Целью изобретения является упрощение конструкции и интенсификация проводимых процессов за счет повышения теплоотдачи турбулизацией газожидкостной среды и увеличение реакционного объема.

Поставленная цель достигается тем что в химическом реакторе, включающем цилиндрический корпус, разделенный по высоте перфорированными тарелками, между которыми расположены теплообменные трубы и устройства для ввода и вывода реагентов и теплоносителя, тарелки выполнены с кольцевыми треугольными канавками с прорезями в нижней части.

Кроме того, теплообменные трубы выполнены из трубчатых змеевиков и установлены коаксиально, а канавки каждой следующей тарелки, расположены в шахматном порядке относительно канавок предыдущей тарелки.

Достигаемое в такой конструкции периодическое чередование по диаметру колонны кольцевых зон барботажа с кольцевыми зонами циркуляции приводит к интенсивной турбулизации жидкости в межтарельчатом пространстве, и соответственно, к высоким коэффициентам теплоотдачи. В то же время одинаковая и высокая скорость теплоносителя по всей длине теплообменных труб не лимитирует процесс переноса тепла от теплоносителя к реакционной массе, а изготовленные из теплообменных труб цилиндры, расположенные коаксиально, дают по сравнению с рассмотренным выше прототипом развитую поверхность теплообмена. Все это позволяет уменьшить требуемую для процесса поверхность тепЛ1 съема, увеличить реакционный объем реактора и упростить процесс его изготовления и монтажа.

На чертеже схематично показано поперечное сечение предлагаемого реактора.

Реактор состоит из цилиндрического корпуса 1, перфорированных тарелок 2, теплообменных труб 3, расположенных коаксиально и выполнен,ных из трубчатых змеевиков 4, коллекторных труб 5 для подвода и отвода теплоносителя, барботера 6, штуцеров 7 для ввода и вывода реагентов штуцеров 8 для ввода и вывода теплоносителя. При этом кольцевые зоны перфорации у каждой следующей тарелки 2 находятся над кольцевыми зонаr-w без перфорации предыдущей тарелки

Реактор работает следующим образом.

Газовая фаза подается в жидкую, среду через барботер б и, распределяясь в ней в виде пузырей, поступает под перфорированную газораспределительную тарелку с кольцевыми зонами перфорации. После прохода газа через эту тарелку газовая фаза поступает в кольцевые пространства между теплообменными трубагли, расположенными коаксиально. Причем, так как площадь тарелки перфорирована отверстиями по кольцевым зонам, отделенным друг от друга кольцевыми зонами без перфорации, по диамет.ру колонны периодически чередуются кольцевые зоны циркуляции и барботажа, разделенные поверхностями коаксиальных цилиндров. В дальнейшем газовая фаза подходит к следующей тарелке, после которой процесс повторяется с той разницей, что зоны барботажа находятся уже под зонами циркуляции. Это приводит к тому, что часть жидкости из вышерасположенной секции газлифта проскакивает через прорези в треугольных канавках тарелки в нижерасположенную секцию, создавая отклонение газовой фазы под перфорированные кольцевые зоны этой тарелки и обеспечивая под тарелкой повышенные относительные скорости между фазами, что способствует росту .коэффициентов массопередачи.

Таким образом, изобретение позволяет за счет создания по высоте аппарата каскада ячеек интенсивного смшения достигнуть высоких коэффициентов теплоотдачи от газожидкостной среды к стенкам теплообменных элементов, обеспечить высокие коэффициенты теплоотдачи со стороны теплоносителя значительно сократить необходимую поверхность теплосъема, уменьшить расх высококачественных сталей при изготовлении реактора, упростить процесс изготовления и эксплуатации, обеспечить практическую ликвидацию продольного перемешивания по высоте аппарата и этим повысить его эффектиность и селективность процесса ,за счет искусственно созданной неравномерности распределения газа по диаметру колонны обеспечить высокие относительные скорости между фазами, что в совокупности с постоянным редиспергированием газа через отверсти тарелок позволяет усилить межфазный массоперенос, что в конечном итоге приводит к интенсификации процессов