Аппарат с псевдоожиженным слоем Советский патент 1982 года по МПК B01J8/44 

(5) АППАРАТ С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ

1

Изобретение относится к аппаратам химической и нефтехимической про(«шленности, предназначенным для проведения массо- и теплообменных процессов в псевдоожиженном слое (катализатора, инерта) при химических реакциях, протекающих с выделением или поглощением тепла.

Известен аппарат для проведения высокотемпературных процессов в кипящем слое, в котором газораспределительная решетка одновременно служит для газораспределения и смещения воздуха с горючим газом. Смешение производится либо в камерах, либо в трубках, соединяющих камеры 1J.

Недостатком таких газораспределительных и смесительных устройств является сложность конструкции, высокое гидравлическое сопротивление, некоторые различия состава смеСи, вызванное различием сопротивлений газовых и воздушных трактов и забиванием газоподводящих элементов, а также смет

в больших объемах способствуихдее воспламенению горючей смеси до поступления ее в кипящий слой.

Расположение газораздающей система непосредственно в кипящем слое приводит к износу или закупорке частицами выходных отверстий, деформации конструктивных элементов системы и не обеспечивает необходимой степени перемешивания газов до определеж я высоты слоя.

Известно газораспределительное устройство для аппаратов с псевдоожиженным слоем, содержащее плиту с вытеснителями 2J.

Недостатком этого аппарата является то, что для обеспечения жесткости при использовании данной решетки в крупнотоиажных аппаратах ее необходимо изготавливать из толстого листового материала, что усложняет технологию изготовления решетки, и, кроме того, в рабочих условиях из-за разности температур между ее нижней и верхней поверхностями в такой решетке возникает изгибающий момент и происходит ее коробление. Известен взятый за прототип аппарат с псевдоожиженным слоем катализатора, содержащий корпус с патрубками для звода и вывода сырья и ожижающего агента, внутри которого установлена газораспределительная решетка с псевдоожиженным слоем, и размещенные в нем по высоте теплообменных элементов з. Недостатками данногоаппарата, имеющего боковой подвод газа, является отсутствие каких-либо спрямляю щих и газораспределительных устройств в подрешеточиой камере, которые выравливали бы несимметричность потока перед набеганием его на тазораспределительную решетку и без которых невозможно изменением только одной конструкции решетки создать на выходе из нее равномерный ско ростей по сечению аппарата и соотве ственно однородное п евдоожижеиие. Установленные в слое решётки пр вального типа, гфикрепленные к низ каждой теплообмеиной секции, разрушают газовь е пузыри перед входом в кольцевой канал и способствуют улуч шению структуры слоя. при этом ухудшается продольное перемешивание частиц, вследствие чего возникает градиент температуры по высоте слоя, при этом но решетках образуются застойные зоны малоподвижного материала, которые способст вуют спеканию и образованию агломератов.ч Кроме того, недостатком известного аппарата является низкая интенсивность теплоотдачи, так как при обтекании ряда плотно расположенных друг над другом труб (витков нижележащие трубы являются экраном для выщележащих и последние попадают в гидродинамическую тень. Слабое радиальное перемешивание частиц при водит к образованию застойных зон в тыльной масти труб, расположенных в слое, и зон с низкой концентраци ей частиц в лобовой части. При высо котемпературных и теплонапряженных процессах наличие таких зон эжет гриводить к неравномерности теплос-ьема, перегреву и выходу из строя теплообменников, спеканию зернистого материала и неполному превращени (сгоранию) химических реагентов за счет неоднородности псевдоожиженного слоя, вызванной прохождением через слой крупных пузырей. Целью изобретения является интенсификация химического процесса и процесса теплообмена за счет создания равномерной структуры слоя. Цель достигается тем, что в аппарате с псевдоожиженным слоем, содержащим корпус с патрубками для ввода и вывода сырья и ожижающего агента, внутри которого установлена газораспределительная решетка с псевдоожиженным слоем, и размещенные в нем по высоте секции теплообменных элементов, под газораспределительной рейеткой укреплены уголки, образующие между собой камеры смешения, а которых размещены газораспределительные трубы, а секции теплообменных элементов установлены в шахматном порядке. Кроме того, в нижней части аппарата под газораспределительной решеткой установлен криволи.нейный кольцевой диффузор с последовательно размещенными над ним коллектором, соединенным посредством вертикально установленных патрубков с газораспределительными трубами, и перфорированная р аетка, Криволинейный кольцевой диффузор с плавнорасширяющимся участком и углом раскрытия от 8 до 20 образован соосно расположенными криволинейными ди-ффузором и обтекателем. Криволинейная часть стенки диффузора строится по радиусу, а криволинейная часть стенки обтекателя - по закону изменения площади в оптимальном (безотрывном) диффузоре с углом раскрытия 8-12. Прямолинейный участок кольцевого диффузора имеет угол раскрытия от 12 до 20 . При этом перемещением обтекателя эжно регулировать сопротивление его входного участка и, тем самым, изменять профиль скорости потока на выходе из диффузора. Установка в подрешеточной камере аппарата системы криволинейных кольцевых диффузоров, которой можно регулировать расход газа по сечению аппарата, уменьшает высоту подрешеточно го пространства и упрощает технологию изготовления входного устройотва. На фиг.1 изображен цилиндрический аппарат, разрез; на фиг.2 - элемент распределител ьно-смесит ел ьного устройства; на фиг.З - сечение А-А на фиг.2; на фиг. - система диффузоров. Аппарат состоит из цилиндрической обечайки 1, в подрешеточной камере которой размещены криволинейный диффузор 2 с криволинейным обтекателем 3| расположенным внутри диффузора со осно с ним так, что они совместно образуют кольцевой диффузор с плавно расширяющимся участком и углом раскрытия , газораспределительносмесительное устройство Л, которое состоит из двух тонких перфорированных решеток 5 и 6, причем ретешка 5 щелевая с уголковыми колпачками непровального типа, и трубчатого газораспределителя, включающего в себя подводящий трубопровод 8, верти кальные трубчатые стояки 9 и горизон тальные перфорированные трубы 10. На грузка от веса катализатора через ре шетку 5 воспринимается уголками 11 и балками 12, которые свободно опираются своими концами на опорное кольцо 13 что обеспечивает им возможность перемещаться при температурных расширениях. Пространство зоны смеше Wffl, образованное между решеткой 5 и уголками 11, заполняется фарфоровыми шариками И, огнегасящий размер кото рых равен 6-12 мм. Секции теплообменника 15 могут быть выполнены или в виде кольцевых .змеевиков, или в виде горизонтальных труб и расположены относительно друг друга в шахматном порядке. Экспериментально определено, что теплообменник с такой компоновкой труб в рядах с отношением шага по вертикали к диаметру трубы, равным 1,2-1,, и шага по горизонтали к диаметру трубы, равным между рядами 2,0-,0, способствует интенсификации процесса теплопередачи и организует слой. Секции змеевиков теплообменника, могут быть соединены друг с другом последовательно, параллельно или последовательно-параллельно при помощи коллекторов. Следует отметить, что конструктив ные элементы цилиндрического аппарата (см.фиг.1) например кольцевой диффузор, газор аспределител ьно-смесительное устройство, ширмовый трубчатый теплообменник, можно использовать и для прямоугольного аппарата. Кроме того, для обеспечения равномерного подвода потока к газораспределительному устройству в прямоугольных аппаратах, имеющих достаточ но большую длину одной из сторон корпуса и один входной патрубок, можно Тсноке использовать принцип организации многодиффузорной системы, т.е. в лодрешеточной камере установить два ипи несколько кольцевых диффузоров прямоугольной формы. Аппарат с псевдоожиженным слоем катализатора работает следующим образом. Воздушный поток через боковой ввод 6 поступает в кольцевое пространство диффузора, меняя направление и предварительно распределяясь по семению аппарата. Приближением или удалением внутреннего обтекателя 3 относительно диффузора 2 можно регулировать расход и равномерность подачи воздушного потока под решетку 6. Воздушный поток, равномерно распределенный по сечению аппарата кольцевым ффузором и решеткой, поступает в сфостранство, образованное уголками И и решеткой 5. Струи газа, амтекаюцие из отверстий горизонтальных труб to трубчатого распределителя, смешиваются в этих пространствах с воздушным потоком. Приготовленная газо- воздушная смесь через 1цели, с азоаанные гч)одольными планками 17 и колпачковые распределители 18, поступает в конта ктную зону аппарата. Степень равномерности распределения газо-воздушной смеси по сечению аппарата регулируется изменением зазора между планками 17- Однородность слоя, созданная на его ;входе, поддерживается оптимальным 1располржением труб теплообменника. Вертикальные ряда труб образуют относительно узкие каналы, в которых происходит псевдоожижение частиц, близкое по однородности к слою в аппарате с малым диаметром. Трубы, расположенные в начале слоя, образуют возмущения, которые передаются по высоте теплообменника и способствуют увеличению теплообмена между поверхностью труб и слоем. Так как рабочая концентрация смеси газов близка к взрывоопасной, то в целях предотвращения проникновения пламени из контактной зоны в подрееточное пространство и предотвраения самовоспламенения смеси, пространства, разделенные уголками 11, з-аполняются фарфоровыми шариками. Использование предложенного аппаата -для получения фталевого ангидида на Рубежанском химическом комби7нате, позволило увеличить выход нечного продукта на 7%-по сравнению с этим же реактором без спрямляющего входного устройства. Использование данного реактора в качестве генератора тепла (КГТ) на 15 млн ккал/ч по гфедварительным расчетам позволит снизить капитальные затраты на эксплуатационные на и сэкономит топлива до 17% вг сравнении с cyvkftciвующими факельными печами. Формула изобретения 1. Аппарат с псевдоожиженным сло ем, содержащий корпус с патрубками для ввода и вывода сырья и ожижапщего агента, внутри которого установлена газораспределительная решетка с псевдоожиженным слоем, и разманенные в нем по высоте секции теплообменных элементов, отличающийся тем, что, с целью интенсификации про цесса за счет создания равномерной структуры слоя, газорасгфеделительная решетка снабжена укрепленными под ней уголками, образующими мемчЕ собой камеры смещения с размещенными них газораспределительными труба9028028МИ, а секции теплообменных элементов установлены в шахматном порядке. 2.Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в нижней части он снабжен установленным под газораспределительной решеткой (фиволинейным кольцевым диффузором с последовательно размещенными над ним коллектором, соединенным посредством вертикально установленных патрубков с газораспределительными трубами, и перфорированной решеткой. 3.Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что трубы в секциях положены с отношением шага по вертикали к диаметру трубы, равмлм 1,, и шага по горизонтали к днаметру трубы, равным 2-3. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР V 1| 16082, кл. В 01 J 8/18, 197. 2.Авторское свидетельств} СССР If , кя. S 01 J 8/18, 1972. 3.Авторское свидетельство СССР 1Г 210(92, кя. В 01 J 8/18, 1968.