CN1207089C - 垂直反应器的喷管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及垂直反应器的喷管，该反应器用于在气体-液体介质内的化学过程，例如，由氨和二氧化碳合成尿素。本发明的喷管具有带孔的分离托盘(7)和(8)以及管形的接触装置(9)，接触装置(9)具有垂直的管形圆段元件，即一个下降元件(10)和一个上升元件(11)，这些元件的上端固定在支承网格(13)上，这些元件的下部借助U形管元件(12)相互连接。下降元件(10)配备气体和液体的入口孔(14)和(15)，而上升元件(11)配备出口孔(17)。短外壁(18)固定在支承网格的底部和形成空气垫，使气体-液体混合物通过接触装置(9)和反应器的横截面均匀地分布。本发明的喷管可以用容易的方式制造以及它可以增加相反应的程度。

Description

垂直反应器的喷管
技术领域
本发明涉及化学反应器的内部装置，用于在气体-液体介质内的化学过程，它可以使用于，例如，在高温和高压下由氨和二氧化碳合成脲(尿素)。
                       发明的背景
已经公开用于在气体-液体介质中进行化学过程(例如用于合成尿素)的中空的反应器，该反应器J高压的垂直容器，衬有耐腐蚀材料，并带有反应剂引入和引出接管(V.i.Kucheryavy，V.V.Lebedev.“尿素的合成和使用”莫斯科，化学版，1970，316-317页)。
这些设备的缺点是低的效率。在尿素的合成过程中，如同在一系列其它化学过程中，绝大部分原始的反应剂在进入反应器区处于气相。在过程进行中，气体物质转变为液相。在中空的设备中实现类似的过程时，由于液体和气体反应剂的混合效率不高，这些过程的反应剂的转换不充分。
正如在尿素合成的中空反应器的使用过程中确定，满意的二氧化碳转变为尿素的转变率X(～65％)仅能在低的单位生产率n(约300-400kg/m3.h)条件下实现。在增加原始反应剂的供给速度以增加n值至650-700kg/m3.h时，X降低至57-58％，降低X使再循环比例的急剧增加，其结果是技术-经济指标不允许地恶化。
已经公开垂直反应器的喷管，用于在气体-液体介质内进行过程，具体地是用于尿素的合成。公开的装置具有水平的带孔托盘，它可以提高在两个相邻的托盘之间形成的每个区域范围内液体和气体反应剂的混合效率，以及保证反应器内总的流动结构某些接近于理想的排出状态(前苏联发明证书808122号，B 01 J 19/00，1981，和1088779号B 01 J 10/00。19/00，1984)。配备这种喷管的反应器固有的缺点是在其中合成过程进行的效率不够高和单位生产率较低，这是因为沿反应器的截面气相分布不够完全。
按照固有特征的综合性最接近本发明建议的喷管的一种已知的垂直反应器的喷管，它具有水平的带孔的托盘和接触装置，每个接触装置是由垂直的下降元件和上升元件组成，它们以自己的上端固定于支承网格上，而且下降元件制成由上面封闭和在上部的侧表面带有液体和气体的入口孔，而上升元件在支承网格上具有气体—液体混合物的出口孔，以及每个接触装置为管子，用内垂直隔板分割成下降和上升元件，隔板在上部直接贴近支承网格，而在下部没有达到配备塞子的管子下端(俄罗斯专利NO2114691，B O1 J 10/00，1998)。
已知的喷管的结构目的在于使反应器内流动的宏观结构完全接近理想的排出制度(特别是在反应器的下部)以及反应器的单位生产率的提高。由于垂直接触装置是由下降和上升元件组成，在装置的区域内消除了反应介质的横向和纵向搅拌。此外，由于在支承网格下建立了气体垫(在反应剂进入接触装置的区域内)，在反应器的下部保证了沿反应器的截面气相较均匀的分布。
已知的喷管的缺点是结构的复杂性以及接触装置的制造和装配，包括制造狭长的板，其宽度应等于管子的内径，并将这些板放置在管子内，或者弯曲和纵向焊接S形截面的元件。此外，接触装置的结构限定了极大的液体阻力。最后，由于气体和液体的引入可能不是沿下降元件的截面的全部周边，而是仅沿半圆孤，它不能保证沿元件截面各相的均匀分布。
                      发明的概要
本发明的目的是提供一种提高喷管制造的工艺性，保证反应器有效的工作，以便用于在气体-液体介质中进行过程的垂直反应器的喷管。
为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种垂直反应器的喷管，具有水平的带孔托盘和接触装置，每个接触装置由垂直的下降和上升元件组成，这些元件以自己的上端固定在支承网格上，而且下降元件制成由上面封闭和在上部的侧表面带有液体和气体的入口孔，而上升元件在支承网格上具有气体-液体混合物的出口孔，其特征在于，每个接触装置的下降和上升元件制成管子形状，下降元件和上升元件的轴线位置彼此相距2至6倍管子的直径，而且上述元件在下部用U形元件相互连接，U形元件用相同直径的管子制成。
提供的结构的技术结果是简化了接触装置和喷管作为整体的制造和装配，这是因为简化了接触装置的结构，仅使用相同直径的管子作为毛坯，以及减少了装置的液体阻力。
仅使用相同直径的管子制造接触装置简化了接触装置的结构。存在补充的U形接触元件，在其中反应剂的接触在离心力场中产生，保证了各相相互作用强度的增加，因而提高了反应器的工作效率。下降元件的圆截面允许沿其周边均匀地分布液体和气体的引入孔，以及因而改善了各相沿元件截面分布的均匀性。下降和上升元件的轴线的位置相距2至6个管子直径有助于接触装置的液体阻力的降低。如果下降和上升元件的轴之间的距离小于两倍的管子直径，装置的液体阻力增加，而它的效率降低。当此距离大于6倍的管子直径时，接触装置在支承网格上放置的紧凑性降低。
在实现本发明时，最好保持接触装置的高度和管子直径的比例在40至150的范围内。当比例小于40时，在反应器内保证液体动力制度的稳定性恶化。当比例大于150大大地增加了接触装置的液体阻力，以及同时降低了刚性，它要求装置补充的支承元件，从而使结构复杂。
提供的结构的最佳方案是下降元件制成由上面放塞子封闭，其下端位于支承网格下平面的下面。因此保证了下降和上升元件不同的固定刚性—对于下降元件它高一些。下降和上升元件的自身振动频率变得不同，而由于它们用U形元件相互固定地连接，产生了谐振频率，它防止了接触装置的危险的振动。
                    附图的简要说明
下面通过附图说明提供的喷管结构，见图1、2。
图1示出安装喷管的反应器的纵剖面图。
图2-示出接触装置的结构及其在支承网格上的固定(图1的组件A)。
             最佳实施例的说明
根据图1和2，反应器包括带有盖子2的垂直壳体1，连接管3、4和5用于反应剂的引入以及连接管6用于合成产物的流出。反应器的喷管由水平的带孔的托盘7、8组成(托盘的数目可以更多)，它分割设备的反应容积为各区，以及接触装置9，它由固定截面的管子制成以及位于反应器的下部，在此处气相的数量大。
每个接触装置9由垂直的下降元件10和上升元件11组成，其下面借助补充的U形元件连接。元件10和11以自己的上端固定在支承网格13上，而且它们的纵轴线相互的距离为大于两倍，最好为2至6倍的管子直径。在下降元件10的侧壁上，在支承网格13的下面设置气相入口孔14和液相入口孔15，它们沿管子的周边均匀地分布。气相入口孔14的位置高于液相入口孔15。下降元件10的上端配备塞子16，它位于管子内。塞子16的下端的位置低于支承网格13的下平面。上升元件11的出口孔17位于支承网格13上。
支承网格13具有外壁18，其高度可以盖住入口孔14和15。
补充的U形元件12可以与元件10和11分开制造，而随后焊接至它们上面，或者由一个管子毛坯一起制成。
配备提供的喷管的反应器的工作方式如下。原始的液体和气体反应剂(在合成尿素的情况下—氨，二氧化碳和碳酸铵盐溶液)通过连接管3、4、5引入反应器。为了它们的搅拌和沿设备的截面分布，设置托盘8。通过托盘8后，气体—液体混合物落入被垂直的接触装置9充填的空间。气相在前进的向上运动中在支承网格13的下面形成气体垫。气体和液体分别通过入口孔14和15沿管子的周边均匀地进入下降元件10。在这里在各相下降直流的条件下接触。
在U形元件内气体和液体的相互作用继续进行，但强度更大—这里由于离心力场的作用。随后上升的气体—液体流转入上升元件11，以及通过出口孔17进入反应器的下一个反应区。通过上部托盘7。反应产物通过连接管6流出反应器。
在网格13下面存在气体垫，它在入口孔14和15之间带有两相的分离界面，可使沿接触装置和反应器的截面均匀地分配气相。
                   工业的可行性
提供的喷管的试验性样品的制造和在反应器内的试验表明，它的金属使用量不高于已知的喷管的金属使用量，保证了反应剂在接触装置中相同的经历时间，以及相应相同的过程效率，但制造接触装置和装配喷管的劳动量消耗减少20-25％。

Claims (3)

1.一种垂直反应器的喷管，具有水平的带孔的接触装置，每个接触
装置由垂直的管形的下降元件和上升元件组成，这些元件以自己的上端固定在支承网格上，并且下降元件制成由上面封闭和在上部的侧表面带有液体和气体的入口孔，而上升元件在支承网格上具有气体—液体混合物的出口孔，其特征在于，每个接触装置的下降和上升元件制成圆截面的管子形状，下降元件和上升元件的轴线的位置彼此相距2至6倍管子直径，而且上述元件在下部用U形元件相互连接，U形元件用相同直径的管子制成。
2.权利要求1的喷管，其特征在于，接触装置的高度与制造用管子直径的比例在40至150的范围内。
3.权利要求1或2的喷管，其特征在于，下降元件制成由上面用塞子封闭，其下端位于低于支承网格的下平面。
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