BRPI0720412A2 - Reator, e, processo para realizar reações químicas entre dois materiais de partida fluidos sobre um leito de catalisador em um reator - Google Patents

Description

“REATOR, E, PROCESSO PARA REALIZAR REAÇÕES QUÍMICAS ENTRE DOIS MATERIAIS DE PARTIDA FLUIDOS SOBRE UM LEITO DE CATALISADOR EM UM REATOR”

A invenção se refere a um reator para realizar uma reação entre dois materiais de partida fluidos ao longo de um leito de catalisador com pré-mistura dos materiais de partida fluidos em um dispositivo misturador, um dispositivo misturador para o reator e também um para utilização.

Em engenharia química, há um número de processos nos quais dois materiais de partida fluidos são pré-misturadas e subsequentemente reagidas ao longo de um recinto catalisador. Aqui, para a reação prosseguir uniformemente é necessário ter uma pré-mistura muito homogênea em, frequentemente, tempos de permanência admissíveis muitos curtos, sempre abaixo de 150 ms ou abaixo de 50 ms, antes da mistura de reação ser contatada com o catalisador e este último tomar o controle do desenrolar da reação.

Para alcançar este objeto de demanda, dispositivos misturadores que alcançam uma qualidade de mistura muito alta em um tempo muito curto, i.e, dispositivos misturadores tendo uma altura de construção muito baixa L/D,onde L é o comprimento do dispositivo misturador na direção do fluxo e D é a área de entrada de fluxo do leito de catalisador perpendicular à direção do fluido principal, é requerida.

Dispositivos misturadores conhecidos para reatores cujos fluxos sejam axial, i.e. na direção de seu eixo longitudinal, conseguem, na melhor das hipóteses uma altura de construção L/D de quatro. Tal um dispositivo é conhecido, por exemplo, da DE-A 10 2004 024 957, de acordo com a qual um gás de reação é injetado axialmente, i.e. na direção longitudinal do reator, através de um aglomerado de tubos de alimentação de gás que estão fixados às chapas do tubo em ambas as extremidades e são fornecidos com aberturas de entrada para oxigênio que é introduzido no espaço intermediário em tomo dos tubos de alimentação de gás em um reator de fluxo axial no qual um leito de catalisador está localizado.

Em comparação, foi um objeto da invenção, fornecer um reator e um dispositivo misturador de acordo com o qual virtualmente 100 % 5 de mistura de dois materiais de partida fluidos é alcançado em um passo de pré-mistura antes que esses sejam abastecidos a um recinto catalisador, com um comprimento enormemente reduzido do dispositivo misturador na direção de fluxo do fluido principal e então com obtenção de tempos de permanência muito curtos.

O objeto é alcançado por um reator para realizar uma reação

entre dois materiais de partida fluidos sobre um leito de catalisador com pré- mistura dos materiais de partida fluidos antes da introdução no leito de catalisador dentro de um tempo de retardo de menos do que 150 ms em um dispositivo misturador, onde o dispositivo misturador é feito dos seguintes

elementos que são arrumados essencialmente transversais à direção de fluxo de entrada do primeiro fluxo do material de partida fluido:

- duas ou três fileiras arrumadas atrás uma da outra dos tubos que têm geradores de turbulência no lado de fora e comprime a seção transversal de fluxo para o primeiro fluxo de material de partida fluido de 1/2

para 1/10, com o segundo fluxo de material de partida fluido sendo passado através dos interiores dos tubos e injetados através de aberturas nos tubos no primeiro fluxo de material de partida fluido, e

- uma chapa perfurada a montante dos tubos e

- uma chapa perfurada a jusante dos tubos.

Em uma modalidade preferida, foi encontrada que o uso de

tubos com aletas comerciais conhecidos como trocadores de calor que foram modificados levemente fornecendo aberturas nos canais entre as aletas tomam possível utilizar os espaços intermediários dos canais entre as aletas como virtualmente câmeras de mistura ideais com alta turbulência injetando um primeiro fluxo de material de partida fluido essencialmente perpendicular aos tubos com aletas e um segundo fluxo de material de partida fluido através dos interiores dos tubos com aletas pelas aberturas nos canis no primeiro fluxo de material de partida fluido.

O termo fluido se refere, em uma maneira conhecida, a todos

os líquidos, vapores e gases que obedecem as leis da hidrodinâmica de ambiente contínuo no sólido. Os materiais de partida fluidos no presente caso são, em particular, materiais de partida gasosas ou líquidas, preferencialmente materiais de partida gasosas. Cada uma dos materiais de partida fluidos pode compreender uma ou mais substâncias.

Os fluxos de volume das dois materiais de partida fluidos são frequentemente muito diferentes, o que toma a tarefa de mistura correspondentemente difícil: o fluxo de massa da segunda material de partida fluido pode, em particular, ser cerca de 1 à 30 % do fluxo de massa do primeiro fluxo de material de partida fluido , ou de cerca de à 20 % deste.

O leito de catalisador é feito de partículas sólidas de catalisador, i.e., o catalisador é um catalisador que é heterogêneo em relação às materiais de partida fluidos. As partícula sólidas de catalisador pode preferencialmente formar um leito de catalisador fixo ou, em uma modalidade preferida adicional, um leito de catalisador móvel.

O leito de catalisador pode, no caso de reatores cilíndricos para cima, ser introduzido em uma camada horizontal e vertical. Também pode haver uma grande quantidade de recintos de catalisação. O catalisador, geralmente na forma de corpos moldados para escoamento livre, pode ser 25 introduzido em dispositivos de suporte, por exemplo, cestos de catalisador. Os dispositivos de suporte podem, mais preferencialmente, serem formados por grelhas de apoio, malhas de tecidos, telas de fendas de borda, etc.

A mistura de gás de reação flui no leito de catalisador a partir do lado de uma face de fluxo de entrada do leito de catalisador e deixa o leito de catalisador através de uma face de saída de fluxo. De acordo com a invenção, um dispositivo misturador para os materiais de partida fluidos a serem reagidas, que compreende os seguintes elementos:

- duas ou três fileiras arrumadas atrás uma da outra dos tubos que tem geradores de turbulência no lado de fora e

- uma chapa perfurada a montante dos tubos e

- uma chapa perfurada a jusante dos tubos,

é fornecido a montante da face de entrada de fluxo do leito de

catalisador.

Os materiais de partida fluidos são pré-misturadas no dispositivo misturador. Pré-mistura é entendida no presente caso para ser uma mistura antes da entrada no recinto catalisador.

Os geradores de turbulência arrumados no lado de fora dos tubos podem ser estruturados de várias geometrias, mas é essencial que eles aumentem a turbulência nos fluidos fluindo em tomo dos tubos. Eles são, preferencialmente elementos como são conhecidos, para misturadores estáticos ou como elementos de empacotamento para colunas de destilação ou, por exemplo, tiras atravessadas de chapa metálica.

Os tubos tendo geradores de turbulência no lado de fora são preferencialmente tubos com aletas.

Tubos com aletas são conhecidos em engenharia química e são usados, em particular, como tubos permutadores de calor. Tubos com aletas e sua produção são descritos, por exemplo, na DE-A 1 950 246 ou DE-A 2 131 085.

Um tubo com aletas externas é um tubo, geralmente um tubo de metal, que tem um exterior cilíndrico para o qual tiras alongadas, isto é, as aletas, são presas ao longo de uma borda longitudinal, geralmente através de soldagem. As aletas são frequentemente presas em um modo em espiral ou hélice ao exterior do tubo, mas também pode ser preso na direção longitudinal deste. Elas normalmente tem uma superfície continua lisa, mas também podem ser perfuradas. Elas podem ser contínuas, mas também podem, de forma vantajosa, ser cortadas em direção a uma base de aleta para formar 5 segmentos. Aletas cortadas são particularmente adequadas para aumentar a turbulência. Os segmentos aqui podem ter várias geometrias, por exemplo, na forma de retângulos, trapezóides, etc. Os cortes entre os segmentos podem ser configurados com ou sem remoção de material Os segmentos podem particularmente, de forma vantajosa, ser girados e inclinados em um angulo 10 com relação à base da aleta de modo a aumentar a turbulência, em particular nas regiões entre os aletas, isto é, os canais, por meio de um angulo de incidência e consequentemente melhora a ação de misturar.

Um arranjo denso de aletas/aletas sobre o comprimento do tubo é vantajoso; um particular, de 100 à 300 voltas das aletas podem ser fornecidas por metro de comprimento do tubo.

Tubos tendo um diâmetro extemo no intervalo de 25 para 150 mm, em particular de 20 à 50 mm, são usados de forma vantajosa.

A altura da aleta/aleta com base no diâmetro extemo dos tubos está, de forma vantajosa, no intervalo de 1/10 à 1/2.

A espessura da aleta pode, de forma vantajosa, ser de 0,3 à 1,5

mm.

No caso de aletas cortadas, é vantajoso formar segmentos tendo uma largura de 3 à 12 mm, preferencialmente de 4 à 8 mm.

Os tubos podem ter qualquer seção transversal, por exemplo, circular, oval ou poligonal, por exemplo, triangular.

Os tubos com aletas são arrumados paralelos um ao outro em fileiras, com uma linha de tubos com aletas sendo capaz de ser localizado em um plano ou arrumado ao longo de um raio de um círculo.

O arranjo dos tubos com aletas depende, em particular, no fluxo pretendido no reator: No caso de aparelhos de fluxo axial nos quais a mistura de reação é encaminhada na direção dos eixos longitudinais do reator frequentemente cilíndrico, o leito de catalisador ou os recintos de catalisação são arrumados horizontalmente em uma seção transversal do reator. Correspondentemente, as fileiras de tubos com aletas que forma parte do dispositivo misturador, têm de ser arrumadas essencialmente paralelas aos recintos de catalisação, em um plano de seção transversal do reator.

No caso de reatores de fluxo radial tendo uma direção de fluxo radial da mistura de gás de reação, um ou mais recintos de catalisação são arrumados na forma de um cilindro oco tendo uma espessura de parede apropriada para a espessura do leito de catalisador em dispositivos de acomodação adequados, por exemplo, cestos. No lado de fluxo de entrada do recinto catalisador, que pode estar no lado de dentro ou no lado de fora, os tubos com aletas são arrumados ao longo de um círculo concêntrico com o recinto catalisador.

Foi encontrado que duas ou três fileiras de tubos com aletas são adequadas para a tarefa de misturar de acordo com a invenção.

Em uma modalidade preferida, a composição do segundo fluxo de material de partida fluido pode ser diferente nas fileiras individuais de tubos com aletas. Especialmente, é possível abastecer na primeira fileira de tubos com aletas um segundo fluxo de material de partida fluido com uma composição definida e na segunda fileira de tubos com aletas um segundo fluxo de material de partida fluido com uma composição diferente dela.

Aqui, é vantajoso arrumar a segunda fileira de tubos com aletas próximo aos vãos entre a primeira e, no caso de três fileiras de tubos com aletas, arrumar uma terceira fileira de tubos com aletas próximo aos vãos na segunda fileira de tubos com aletas. Um meio de transferência de calor pode, de forma vantajosa, fluir através da segunda fileira e, se apropriado, da terceira fileira de tubos com aletas. Também é possível para a segunda e, se apropriado, a terceira fileiras de tubos com aletas serem formada de material sólido de qualquer seção transversal.

Tubos com aletas da mesma geometria devem ser usados dentro de uma fileira de tubos com aletas, mas a geometria também pode variar dentro das fileiras de tubos com aletas.

Os tubos com aletas têm em cada pelo menos duas aberturas diametralmente opostas por canal de aletas no exterior dos tubos formando-os nos canais entre os aletas; essas aberturas estão localizadas nas posições que estão mais próximas do respectivo tubo com aletas externas adjacente na fileira de tubos com aletas. A segunda material de partida fluido é injetada, através dessas aberturas nos canais entre as aletas, no primeiro material de partida fluido. Então nesta maneira, um grande número de câmeras de mistura de pequena dimensão tendo uma alta turbulência são tomadas disponíveis nos canais, em particular no caso de aletas cortadas para formar segmentos, com este efeito sendo capaz de ser aumentado ainda através de configuração inclinada dos segmentos de aleta. Nesta maneira, uma qualidade excelente de mistura no micro intervalo é alcançada.

Um tubo de encaixe adequado concêntrico tendo aberturas de fluxo de saída arrumada em intervalos apropriados no exterior, pode, em cada caso ser, de forma vantajosa, fornecido no interior dos tubos com aletas de modo a pré-distribuir o segundo fluxo de material de partida fluido sobre o comprimento do tubo e assim sendo também assegurar uma temperatura enormemente igualada deste.

O segundo fluxo de material de partida fluido é preferencialmente introduzido uniformemente nos tubos com aletas através de uma linha em anel, preferencialmente tendo um maior diâmetro e arrumado do lado de fora das acima mencionadas linhas em anel.

As fileiras de tubos com aletas são precedidas de uma placa perfurada que é igualmente arrumada perpendicular à direção de fluxo de entrada do primeiro fluxo de material de partida fluido e, assim sendo essencialmente em paralelo ao plano formado pelas fileiras de tubos com aletas, em particular no caso do reator de fluxo axial, ou em um círculo concêntrico com as fileiras de tubos com aletas, particularmente no caso do reator de fluxo radial.

A chapa perfurada a montante tem aberturas cuja área total com base na área da seção transversal do fluxo de entrada do primeiro fluxo de material de partida fluido é menos do que ou igual à 0,5, em particular menos do que ou igual à 0,3.

A chapa perfurada a montante está, de forma vantajosa, localizada a uma distância da face de fluxo de entrada da primeira fileira de tubos com aletas que corresponde a cerca de sete à vinte vezes o diâmetro das aberturas na chapa perfurada de fluxo de subida.

O diâmetro das aberturas na chapa perfurada a montante é, de forma vantajosa, menor do que metade do espaço livre das aletas entre duas voltas sucessivas.

Particularmente no caso de reatores de fluxo axial, a chapa perfurada a montante pode se omitida e é assegurado que o fluxo de gás é distribuído enorme e uniformemente ao longo da seção transversal do reator.

O dispositivo misturador tem uma segunda chapa perfurada que está localizada a jusante na direção de saída do fluxo do dispositivo e tem aberturas cujo diâmetro é maior do que ou igual ao diâmetro da chapa perfurada a montante.

Chapas perfuradas são predominantemente componentes planos tendo aberturas de qualquer seção transversal.

A proporção da espessura das duas chapas perfuradas, isto é, as chapas perfuradas a montante e fluxo de descida, com base no diâmetro das aberturas nas chapas perfuradas, está preferencialmente no intervalo de 0,75 à A chapa perfurada a jusante é, de forma vantajosa, arrumada a uma distância de cerca de 0,75 à 2,0 vezes o diâmetro dos tubos com aletas da última linha de tubos com aletas do plano de saída de fluxo da última fileira de tubos com aletas.

A chapa perfurada a jusante está, de forma vantajosa, localizada a uma distância correspondendo de 5 à 20 vezes o diâmetro das aberturas na chapa perfurada a jusante a partir da entrada no leito de catalisador .

O material para os tubos com aletas e as chapas perfuradas é preferencialmente, aço inoxidável; materiais que seja resistente à oxidação e, se apropriado, carbonização em temperatura elevada, são particularmente preferidos.

O dispositivo misturador é arrumado essencialmente transversal à direção do fluxo do primeiro fluxo de material de partida fluido. Isto significa que o primeiro fluxo de material de partida fluido é introduzido na direção perpendicular da principal extensão do dispositivo misturador que pode ser plano, como no caso de reatores de fluxo axial, ou curvo, como no caso de reatores de fluxo radial. Contudo, o termo essencialmente transversal também engloba desvios da direção perpendicular de cerca de ± 5o ou ± IO0 ou mesmo ± 30°.

O dispositivo misturador pode em construção profundas, i.e. um distância entre a chapa perfurada a montante e a chapa perfurada a jusante, no intervalo de 100 para 200 mm alcança excelente, virtualmente 100 % de mistura com um queda de pressão no primeiro fluxo de material de partida fluido, frequentemente o gás de reação, na ordem de 20 mbar e uma queda de pressão no segundo fluo de material de partida fluido, frequentemente um fluxo compreendendo oxigênio que por razões de segurança sozinho tem de estar abaixo de pelo menos pressão levemente super-atmosférica, no intervalo de cerca de 50 à 100 mbar.

Um número extremamente grande de pontos de injeção do

segundo fluxo de material de partida fluido no primeiro fluxo de material de

• 2 ' partida fluido na ordem de 10.000 pontos de injeção proporção m é

alcançado.

A invenção também fornece um dispositivo misturador para um reator do tipo descrito acima, que compreende os elementos mencionados acima: duas ou três fileiras de tubos fornecidos que têm geradores de turbulência, em particular tubos com aletas, uma chapa perfurada a montante e uma chapa perfurada a jusante.

O reator acima mencionado e o dispositivo misturador são particularmente adequados para realizar reações de uma primeira mistura de reação gasosa com um fluxo de gás compreendendo oxigênio, por exemplo, o ar. Em particular para realizar oxidesidrogenações de hidrocarboneto, for 15 exemplo, propano e butano, para a oxidação parcial de gás natural por meio do ar, para desmanche de sulfurações, para fracionamento catalítico ou geralmente para reações, conhecidas como conversões químicas.

A invenção também fornece um misturador estático para dois ou mais fluidos, que é composto dos elementos do dispositivo misturador mencionado acima, que é arrumado essencialmente transversal à direção do primeiro fluxo de material de partida fluido.

Um reator para realizar uma reação entre dois materiais de partida fluidos sobre um leito de catalisador com pré-mistura dos materiais de partida fluidos antes da introdução no leito de catalisador dentro de um tempo 25 de retardo de menos do que 150 ms em um dispositivo misturador, onde o dispositivo misturador é feito dos seguintes elementos que são arrumados essencialmente transversais à direção de fluxo de entrada do primeiro fluxo do material de partida fluido:

- duas ou três fileiras arrumadas atrás uma da outra dos tubos que têm geradores de turbulência no lado de fora e comprime a seção transversal de fluxo para o primeiro fluxo de material de partida fluido de 1/2 para 1/10, com o segundo fluxo de material de partida fluido sendo passado através dos interiores dos tubos e injetados através de aberturas nos tubos no primeiro fluxo de material de partida fluido, e

- uma chapa perfurada a montante dos tubos e

- uma chapa perfurada a jusante dos tubos.

O misturador não é limitado ao tipo dos fluidos a serem misturados. Os fluidos podem ser especialmente gases ou líquidos, preferencialmente gases. Cada um dos fluidos a serem misturados pode compreender uma ou mais substâncias. Essas precisam não reagir quimicamente cada uma com a outra.

O misturador pode mostrar todas as modalidades que estão descritas no procedimento para o dispositivo misturador.

O misturador é especialmente construído em um tipo modular, i.e., o número de tubos nas duas ou três fileiras arrumadas atrás uma da outra, pode ser estendido de acordo com os requisitos, praticamente sem limites, tal que seja possível tomar disponível áreas de entrada de fluxo de uns poucos centímetros quadrados para dimensões arbitrárias, por exemplo, de cerca de 100 m2.

O misturador estático é vantajoso em custo e energia, produzível a partir de elementos comercialmente disponíveis. Ele apresenta uma pequena altura para uma mistura altamente homogênea ( qualidade de mistura > 99,9 %) com tempo de mistura ultra curto, <50 ms, para dois ou mais fluídos

A invenção é descrita em mais detalhes abaixo com o auxílio de um desenho e em exemplo.

No desenho:

Figura IA mostra um segmento de uma seção através de um reator de fluxo radial de acordo com a invenção tendo uma direção de fluxo do primeiro fluxo de material de partida fluido a partir do lado de dentro para fora,

Figura IBmostra um vista análoga da figura IA mas com a direção do fluxo do primeiro fluxo de material de partida fluido a partir do lado de fora para dentro,

Figura 2Amostra um detalhe de um tubo com aletas externas, com representação de um aleta individual e os procedimentos para produzi-lo na figura 2B e um seção transversal através de um tubo com aletas externas na figura 2C.

Figura 3mostra uma vista em perspectiva de um tubo com

aletas externas,

Figura 4mostra uma seção longitudinal através de uma modalidade preferida de um tubo com aletas externas, com representação de uma seção transversal na figura 4B,

Figura 5A mostra uma modalidade preferida de um reator de fluxo radial de acordo com a invenção, com fluxo a partir do lado intemo para fora e um representação da seção transversal na figura 5B,

Figura 5Cmostra uma modalidade adicional de um reator de fluxo radial de acordo com a invenção com fluxo a partir do lado de fora para dentro,

Figura ómostra uma modalidade adicional de um reator de fluxo radial de acordo com a invenção,

Figura 7Amostra uma modalidade preferida de um reator de fluxo axial de acordo com a invenção, com representação de um detalhe do dispositivo misturador na figura 7B, e

Figura 8 mostra uma seção longitudinal através de um módulo experimenta para determinar a qualidade da mistura.

Nas figuras, numerais de referências idênticos denotam idênticos ou correspondentes recursos. Figura IA mostra um segmento de uma seção transversal através de uma primeira modalidade de um reator de fluxo radial 1 de acordo com a invenção com introdução de um primeiro fluxo de material de partida fluido 2 através do interior do reator e saída de fluxo deste na parede de saída do reator. O primeiro fluxo de material de partida fluido 2 incide perpendicularmente em um dispositivo misturador 5 compreendendo duas fileiras de tubos com aletas que são arrumados tais que os tubos estejam localizados próximos dos vãos nas outras fileiras e são precedidos na direção do fluxo por uma primeira chapa perfurada 10 e são seguidos por uma segunda chapa perfurada 11. As duas fileiras de tubos com aletas 12 e a chapa perfurada a montante IOea chapa perfurada a jusante 11 são arrumadas em círculos concêntricos. A mistura que foi pré-misturada no dispositivo misturador 5 subsequentemente flui através do leito de catalisador 4.

Figura IB mostra um segmento da seção transversal através de ainda um reato de fluxo radial de acordo com a invenção, mas com a diferença daquele da figura Ia que o fluxo do primeiro fluxo de material de partida fluido 2 é a partir do lado de fora para dentro. Conseqüentemente, o dispositivo misturador 5 compreendendo duas fileiras de tubos com aletas 12 e uma chapa perfurada a montante IOe uma chapa perfurada a jusante 11 é, por causa de seu fluxo de subida do leito de catalisador leito de catalisador 4, arrumado ao longo de círculos tendo um maior raio do que o leito de catalisador 4.

Figuras 2A à 2c mostram detalhes dos tubos com aletas 12 tendo aberturas 7 que são arrumadas diametralmente opostas uma da outra nos canais 8 entre as aletas 9 dos tubos com aletas 12. Aqui, a figura 2B mostra uma aleta 9 que é dividida em segmentos 13 através de cortes em direção a uma base de uma viga 14 e a figura 2C mostra uma seção transversal através de um tubo com aletas externas 12 com o tubo 6, canais 8 e segmentos 13. Figura 3 mostra um avista em perspectiva de um tubo com aletas externas 12 com o tubo 6 e uma aleta 9 helicoidal que é dividida, com exceção de uma base da aleta contínua 14, em segmentos 13.

Figura 4A mostra uma seção longitudinal através de um tubo com aletas externas 12 com o tubo 6 e as aletas fins 9, com as aberturas 7 nos canais 8 entre as aletas 9 dos tubos com aletas 12. No interior do tubo, há um tubo de encaixe adequado central concêntrico 17 que tem aberturas 18, que podem ser vistas na seção transversal no plano B - B na figura 4B, a por meio das quais o segundo fluxo de material de partida fluido 3 é distribuído na direção longitudinal dos tubos com aletas 12. Na figura 4A, uma extremidade do tubo com aletas externas 12 é fornecida com um distribuidor em anel 19 para o segundo fluxo de material de partida fluido 3.

Figura 5A mostra uma seção longitudinal através de um reator de fluxo radia com introdução do primeiro fluxo de material de partida fluido 2 através de um espaço interior central do reator e descarga na parede de saída do reator 1.

Figura 5B claramente, mostra em adição ao arranjo anular do leito de catalisador 4 e do dispositivo misturador 5 na seção transversal, a seção transversal central 20 através da qual o primeiro fluxo de material de partida fluido 2 flui.

O reator representado na seção longitudinal na figura 5 C é análogo ao reator da figura 5A, mas com a introdução do primeiro fluxo de material de partida fluido 2 a partir do lado de fora para dentro e correspondentemente com o dispositivo misturador sendo arrumado do lado de fora do leito de catalisador 4.

Figura 6 descreve uma modalidade preferida adicional de um reator parede de saída do reator 1 de acordo com a invenção, com o fluxo do segundo fluxo de material de partida fluido 3 a partir do lado de fora para dentro e com os corpos de deslocamento 21 no espaço interior central e nas paredes do reator, ao quais corpos de deslocamento podem preferencialmente ser, como mostrando na figura, parabólicos.

Figura 7A mostra uma seção longitudinal através de um reator 5 de fluxo axial tendo recintos de catalisação 4 e dispositivos misturadores 5 arrumados em planos, com a representação de uma seção longitudinal na figura 7A e um detalhe de uma seção longitudinal em um plano perpendicular ao plano representado na figura 7A na figura 7B. O detalhe na figura 7B mostra duas fileiras de tubo com aletas externas 12 com aberturas 7 para saída 10 do segundo fluxo de material de partida fluido 3 a partir do interior dos tubos com aletas 12 com pré-distribuição adicional do fluxo de material de partida fluido 3 adicional através dos tubos de encaixe adequado central 17 tendo aberturas 18, e também um chapa perfurada a montante 10 e uma chapa perfurada a jusante 11.

Figura 8 mostra uma seção longitudinal através de um módulo

experimental para determinar a qualidade de mistura, que tem duas fileiras de tubos com aletas 6, com tubos de encaixe adequado central 17 tendo aberturas

18, chapa perfurada a montante 10 e chapa perfurada a jusante 11 e também tendo um leito de catalisador 4 intercambiável e uma haste de medição para medir a concentração que pode ser puxada para fora.

Exemplo

A qualidade de mistura de gases de modelo, a saber, um primeiro fluxo de gás principal consistindo de nitrogênio e um segundo fluxo de gás consistindo de nitrogênio e chapa perfurada a montante 10 % por 25 volume de dióxido de carbono e tendo um 10 vezes menor volume de fluxo comparado com o fluxo de gás principal, foi determinado por meio do módulo experimental mostrado na figura canais 8. O dispositivo misturador compreendeu duas fileiras de tubos com aletas 122 que foram arrumados tal que os tubos de uma fileira ficaram próximas aos vãos na outra fileira, com cada fileira consistindo de três tubos 6 tendo um diâmetro extemo de

31,aberturas 7 mm e uma aleta helicoidal 9 que foi enrolado no tubo 17 vezes e foi cortada em seguimentos tendo uma largura de 4 mm e uma altura de 6,4 mm. Uma chapa perfurada a montante 10 tendo uma proporção de abertura de 5 5 % foi arrumada a uma distância de 15 mm do plano de entrada de fluxo do tubo com aletas externas 12 e uma chapa perfurada a jusante tendo uma proporção de abertura de 5 % foi arrumada a uma distância de mesmo 15 mm a partir do plano de saída de fluxo da segunda fileira de tubos com aletas.

A concentração de dióxido de carbono no fluxo de nitrogênio foi determinada através de absorção infravermelha usando um instrumento UNOR 6N da Malhak, Hamburg. Para excluir incertezas de calibração, um pedaço de tubulação longa 20m foi preso à extremidade da haste de medição e

0 gás para medição de referência foi introduzido no instrumento apenas antes da extremidade da tubulação. A medição de referência indicou precisamente 1

% por volume de dióxido de carbono.

Para determinar a qualidade da mistura produzida pelo dispositivo misturador da invenção compreendendo tubos com aletas, uma chapa perfurada a montante e uma chapa perfurada a jusante, a haste de medição foi continuamente empurrada através do aparelho e amostras foram

tomada em intervalos de primeiro fluxo de material de partida fluido 2 mm e a concentração de dióxido de carbono dessas foi determinada por absorção de infravermelho usando o instrumento mencionado acima. Os valores de medição variando de 0,99 % por volume de dióxido de carbono e parede de saída do reator 1,01 % por volume de dióxido de carbono, i.e., desvios de não 25 mais do que ± parede de saída do reator 1 % do valor da medição de referência, e assim sendo mistura excelente sobre a inteira seção transversal do aparelho foi medida.

Lista de numerais de referência

1 reator 2 primeira material de partida fluido 3 segunda material de partida fluido 4 leito de catalisador dispositivo misturador 6 tubos 7 abertura nos tubos 6 8 canais 9 aletas chapa perfurada a montante 11 chapa perfurada a jusante 12 tubo com aletas externas 13 segmentos 14 base de aleta aberturas em 10 16 aberturas em chapa perfurada a jusante 11 17 tubo de encaixe adequado central 18 aberturas no tubo de encaixe adequado central 17 19 distribuidor em anel seção transversal através da qual o primeiro fluxo de material de partida fluido flui

21 corpo de deslocamento haste de medição

Claims (22)

1. Reator (1) para realizar uma reação entre dois materiais de partida fluidos (2, 3) sobre um leito de catalisador com pré-mistura dos materiais de partida fluidos (2, 3) antes da introdução no leito de catalisador dentro de um tempo de retardo de menos do que 150 ms em um dispositivo misturador (5), caracterizado pelo fato de que o dispositivo misturador (5) é feito dos seguintes elementos que são arrumados essencialmente transversais à direção de fluxo de entrada do primeiro fluxo do material de partida fluido (2): - duas ou três fileiras arrumadas atrás uma da outra dos tubos (6) que têm geradores de turbulência no lado de fora e comprime a seção transversal de fluxo para o primeiro fluxo de material de partida fluido (2) de 1/2 para 1/10, com o segundo fluxo de material de partida fluido (3) sendo passado através dos interiores dos tubos (6) e injetados através de aberturas (7) nos tubos (6) no primeiro fluxo de material de partida fluido (2), e - uma chapa perfurada (10) a montante dos tubos (6) e - uma chapa perfurada (11) a jusante dos tubos (6).

2. Reator (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os tubos (6) que têm geradores de turbulência no lado de fora, são tubos com aletas (12), com os geradores de turbulência sendo configuras com as aletas (9) e as aberturas (7) abrindo nos tubos (6) nos canais (8) entre as aletas (9).

3. Reator (1) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os tubos com aletas (12) comprimem a seção transversal de fluxo livre para o primeiro fluxo de material de partida fluido (2) de 1/3 a 1/6 do seu tamanho original.

4. Reator (1) de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os tubos com aletas (12) são formados por tubos (6) que tem um exterior cilíndrico e têm aletas (9) que consistem de tiras alongadas e são soldados ao longo de uma borda longitudinal da tira em um modo espiral no exterior do tubo e são cortados com a exceção de uma base de aleta (14) para formar segmentos (13).

5. Reator (1) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os segmentos (13) são girados em um ângulo com relação à base (14).

6.Reator (1) de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 5,caracterizado pelo fato de que os tubos com aletas (12) têm de 100 a 300 voltas das aletas (9) por metro de comprimento do tubo (6).

7. Reator (1) de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os tubos com aletas (12) têm um diâmetro extemo no intervalo de 25 a 150 mm, preferencialmente no intervalo de 20 a 50 mm.

8. Reator (1) de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a proporção da altura das aletas (9) para o diâmetro extemo dos tubos (12) está no intervalo de 1/10 a 1/2.

9.Reator (1) de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que as aletas (9) têm uma espessura no intervalo de 0,3 a 1,5 mm e os segmentos (13) têm uma largura no intervalo de 3 a 12 mm, preferencialmente no intervalo de 4 a 8 mm.

10. Reator (1) de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a segunda fileira de tubos com aletas (6) é arrumada tal que os tubos desta fdeira estejam localizados próximos aos vãos na primeira fileira dos tubos com aletas (6).

11. Reator (1) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que tem três fileiras de tubos com aletas (6), com a terceira fileira de tubos com aletas (6) sendo arrumada tal que os tubos estejam localizados próximos aos vãos na segunda fileira de tubos com aletas (6).

12. Reator (1) de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a . 11, caracterizado pelo fato de que um meio de transferência de calor flui através da segunda fileira e, se apropriado, da terceira fileira de tubos com aletas (6), ou da segunda e, se apropriado, da terceira fileiras, é formado por material sólido de qualquer seção transversal.

13. Reator (1) de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que tem em cada caso duas aberturas (7) por canais (8) entre as aletas (9) dos tubos com aletas (6) em posições diametralmente opostas nos canais (8), com a distância mínima para o tubo com aletas externas adjacente (6) na fileira de tubos com aletas.

14. Reator (1) de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que a chapa perfurada a montante (10) é arrumada a uma distância correspondendo a cerca de 7 a 20 vezes o diâmetro das aberturas (15) na chapa perfurada a montante (10) a partir do plano de entrada de fluxo da primeira fileira de tubos com aletas (6) para o primeiro material de partida fluido (2).

15. Reator (1) de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o diâmetro das aberturas (15) no chapa perfurada a montante (10) é menor do que metade do espaçamento livre das aletas entre duas voltas sucessivas.

16. Reator (1) de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que a proporção de abertura no chapa perfurada a montante (10) definido como a soma das áreas livres das aberturas (15) na chapa perfurada com base na área de seção transversal total perpendicular à direção de entrada de fluxo forma de onda primeiro fluxo de material de partida fluido (2) no dispositivo misturador (5) é < 0,5, preferivelmente 0,3.

17. Reator (1) de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que a proporção da espessura da chapa perfurada para o diâmetro das aberturas (15, 16) na chapa perfurada (10,11) está no intervalo de 0,75 a 2,0.

18. Reator (1) de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que a chapa perfurada a jusante (11) está localizada a uma distância de cerca de 0,5 a 2 vezes o diâmetro dos tubos com aletas (6) da última fileira de tubos com aletas (6) do plano de saída de fluxo dos tubos com aletas (6).

19. Reator (1) de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que o diâmetro das aberturas (16) na chapa perfurada a jusante (11) é maior do que ou igual ao diâmetro das aberturas (15) na chapa perfurada a montante (10).

20. Reator (1) de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que a distância da chapa perfurada a jusante (11) para a entrada da mistura de reação no leito de catalisador (4) corresponde a cerca de 5 a 20 vezes o diâmetro das aberturas (16) no chapa perfurada a jusante (11).

21. Reator (1) de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 20, caracterizado pelo fato de que materiais que são resistentes à oxidação e, se apropriado, carbonização em temperatura elevada, são usados como materiais para os tubos (6) e as chapas perfuradas (10, 11).

22. Processo para realizar reações químicas entre dois materiais de partida fluidos (2, 3) sobre um leito de catalisador (4) em um reator (1) como definido em quaisquer reivindicações 1 a 21, caracterizado pelo fato de que o primeiro fluxo de material de partida fluido (2) é uma mistura de gás de reação e o segundo fluxo de material de partida fluido (3) é um fluxo de gás compreendendo oxigênio, em particular para realizar oxidesidrogenações.