DE69102207T2

DE69102207T2 - Zwischengebietmischeinrichtung.

Info

Publication number: DE69102207T2
Application number: DE69102207T
Authority: DE
Inventors: Robert Martin Koros; Salvatore Joseph Rossetti; John Theodore Wyatt
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1990-06-18
Filing date: 1991-06-12
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2011-06-13
Also published as: CA2041737C; DE69102207D1; JP3114815B2; EP0462753B1; US5152967A; JPH04227040A; EP0462753A1; CA2041737A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zwischenzonenmischvorrichtung, die zum wirksamen Vorabmischen van Fluids mit unterschiedlichen Temperaturen oder unterschiedlicher Zusammensetzung geeignet ist. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung geeignet zum gründlichen Durchmischen einer geringen Menge Fluid mit einer größeren Menge Fluid in einer relativ kurzen Mischzone.
Viele katalytische Verfahren werden in Reaktoren durchgeführt, die eine Reihe getrennter Katalysatorbetten enthalten. In solchen Verfahren werden häufig Mischvorrichtungen wie Quenchkammern zwischen den Betten angeordnet. Der Zweck der Quenchkammern ist, für ein schnelles und wirksames Vermischen der in dem Reaktor verarbeiteten Fluidströme zu sorgen, wobei ein kühlerer Fluidstrom aus einer externen Quelle zugeführt wird, wodurch die Temperatur des Verfahrensstroms kontrolliert wird, der in dem nächsten nachfolgenden Katalysatorbett in Kontakt mit dem Katalysator kommt. Wie leicht erkennbar ist, ist die Temperatur- und Reaktionssteuerung und damit die gesamte Reaktorleistung um so besser, je besser das Mischen ist.
Beispiele für Zwischenzonenmischvorrichtungen finden sich in US-A-3 143 581, US-A-3 480 407, US-A-3 502 445, US-A-3 705 016, US-A-3 723 072, US-A-3 880 961, US-A-3 895 919, US-A-4 235 847 und US-A-4 836 989. Einige dieser Vorrichtungen sind kompliziert. Einige sind anfällig für Verstopfen. Einige brauchen wirklich relativ viel Platz, um den gewünschten Mischungsgrad zu liefern.
In US-A-4 960 571 ist eine Quenchapparatur beschrieben, die eine bedeutsame Verbesserung gegenüber bekannten Quenchkammern liefert. Trotz der mit dieser Vorrichtung erhaltenen Verbesserungen gibt es in der heutigen, im Wettbewerb stehenden verarbeitenden Industrie einen Bedarf, stets nach weiterer Verbesserung zu suchen. So spricht die vorliegende Erfindung die Notwendigkeit an, eine Vorrichtung zum gründlichen Durchmischen eines Fluidstroms aus einer externen Quelle mit dem Hauptverfahrensstromfluid in dem Raum zwischen zwei Reaktionszonen zu liefern.
Die vorliegende Erfindung spricht auch das Problem an, eine Vorrichtung zum wirksamen Mischen einer relativ geringeren Fluidmenge mit einer relativ größeren Fluidmenge, insbesondere in einem Zwischenzonenraum, zu liefern.
Die vorliegende Erfindung betrifft zusammen mit US-A- 4 960 511 eine Zwischenzonenmischvorrichtung zum Mischen eines Nebenfluids mit einem Hauptverfahrensstromfluid in einem vertikalen Gefäß, die
eine horizontal angeordnete erste Platte mit einer ersten Oberfläche, einer zweiten Oberfläche und einer Öffnung in der Mitte, durch die das Hauptverfahrensstromfluid in die Zwischenzonenmischvorrichtung eintritt,
eine horizontal angeordnete zweite Platte mit einer ersten Oberfläche, die der zweiten Oberfläche der ersten Platte gegenüberliegt, und einer zweiten Oberfläche, wobei die zweite Platte von der zweiten Oberfläche der ersten Platte beabstandet ist und die zweite Platte mehrere Öffnungen in einem Ring entlang ihrer Peripherie aufweist,
mehrere Leitungen, die sich von der zweiten Oberfläche der zweiten Platte nach unten erstrecken und mit deren peripheren Öffnungen in Verbindung stehen, wobei die Leitungen Schlitze aufweisen, die in der nach innen gerichteten Radialrichtung oder in einem vorherbestimmten Winkel dazu ausgerichtet sind,
eine horizontal angeordnete dritte Platte mit einer ersten Oberfläche, die der zweiten Oberfläche der zweiten Platte gegenüberliegt und einer zweiten Oberfläche, wobei die dritte Platte von der zweiten Oberfläche der zweiten Platte beabstandet ist und die dritte Platte eine Öffnung in ihrer Mitte aufweist,
eine horizontal angeordnete Fluidverteilungsplatte, die von der zweiten Oberfläche der dritten Platte beabstandet ist und viele Öffnungen aufweist, und
Einrichtungen zur Einbringung eines Nebenfluids auf der Seite der ersten Oberfläche der ersten Platte umfaßt.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine zylindrische Kappe mit einer Seitenwand, die sich von der ersten Oberfläche der ersten Platte vertikal erstreckt, wobei die Kappe in Größe und Anordnung dergestalt ist, daß sie die Öffnung in der Mitte der ersten Platte bedeckt, und die Kappe viele Winkelöffnungen in der Seitenwand aufweist, die in einem Winkel zu der Radialrichtung ausgerichtet sind, um die Fluidströmung in einer wirbelnden Richtung zu der Öffnung in der Mitte der ersten Platte zu leiten, und außerdem gekennzeichnet durch einen horizontal angeordneten Tisch, der auf der ersten Oberfläche der zweiten Platte angeordnet ist und mit der Öffnung in der Mitte der ersten Platte axial fluchtet.
Die vorliegende Erfindung wird leichter verständlich in Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen als Beispiel.
Figur 1 ist eine vertikale Querschnittansicht eines vertikalen Gefäßes in Abwärtsströmungsweise, das mindestens zwei Katalysatorbetten enthält und eine Form der erfindungsgemäßen Zwischenzonenmischvorrichtung aufweist.
Figur 2 ist eine vergrößerte Querschnittansicht, die entlang der Linien 2-2 von Figur 1 genommen ist und Schlitzöffnungen in einer zylindrischen Kappe der Zwischenzonenmischvorrichtung zeigt.
Figur 3 ist eine detaillierte Ansicht einer Schlitzleitung, die sich in eine strahlverwirbelte Mischzone der Mischvorrichtung öffnet.
Figur 4 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Zylinderkappe, die einen Teil der Zwischenzonenmischvorrichtung bildet.
Figur 5 ist eine Grundrißansicht der Anordnung von Schaufeln der zylindrischen Kappe aus Figur 4 von oben.
Figur 6 ist eine Grundrißansicht einer alternativen Schlitzleitung, die sich in die strahlverwirbelte Mischzone öffnet.
Figur 7 ist eine vertikale Querschnittansicht eines Gefäßes in Aufwärtsströmungsweise, das mindestens zwei Katalysatorbetten und eine Zwischenzonenmischvorrichtung enthält.
Die Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf deren Verwendung in einem Mehrbettkatalysatorreaktor beschrieben, bei dem die Mischvorrichtung in der Zone zwischen zwei Katalysatorbetten angeordnet ist. Die Mischvorrichtung kann gewünschtenfalls natürlich in nicht-katalytischen Gefäßen oder Reaktoren verwendet werden.
In Bezugnahme auf Figur 1 der Zeichnungen zeigt Bezugszah, 10 allgemein einen Mehrbettkatalysatorreaktor oder ein Mehrbettkatalysatorgefäß, bei dem das Fluid abwärts strömt, mit einer vertikalen zylindrischen Seitenwand 11, die mehrere Katalysatorbetten einschließt. Das Gefäß 10 hat daher einen oberen Fluideinlaß (nicht gezeigt) und einen unteren Fluideinlaß (auch nicht gezeigt), um den Fluidstrom zum Abwärtsströmen durch das Gefäß einzubringen und den Strom nach seinem Weg durch das Gefäß am Ende zu entfernen.
In Figur 1 sind die Katalysatorbetten 12 und 13 gezeigt. Das Bett 12 des Katalysators wird von einem Katalysatorbettenträger 14 wie einer perforierten Platte, einem mit Sieb bedecktem Gitter oder dergleichen getragen, das dem Fluid das Verlassen des Bodens des Bettes erlaubt. Wie im Stand der Technik bekannt, werden etliche Keramikkugeln, Raschig-Ringe oder dergleichen oben auf die Katalysatorbetten getan, um die Verteilung der Gase zu unterstützen, wenn sie in das Bett eintreten, und auch um Katalysatorteilchen daran zu hindern, von ihrer Position entfernt zu werden, die sie innehatten, als das Gefäß mit Katalysator beladen wurde. In der Ausführung von Figur 1 sind Keramikkugeln 15 oben auf dem Katalysatorbett 13 gezeigt. So umfaßt jedes der mehrfachen Katalysatorbetten in dem Gefäß Katalysatorteilchen, eine untere Trägerschicht und eine Abdeckschicht. Eingeschoben zwischen den aufeinanderfolgenden Katalysatorbetten 12 und 13 ist eine Mischvorrichtung zum Einbringen und Mischen eines Nebenfluids aus einer externen Quelle mit dem teilweise umgesetzten Verfahrensfluid, das aus dem Katalysatorbett 12 über der Mischvorrichtung austritt. Das Nebenfluid ist typischerweise ein Quenchfluid, das eine niedrigere Temperatur als der Verfahrensstrom aufweist und zur Steuerung der Temperatur des Verfahrensfluids eingebracht wird, wenn es in das nächste Katalysatorbett eintritt. Das Nebenfluid kann auch eingebracht werden, um die Zusammensetzung des Verfahrensstroms vor dessen Eintreten in das nächste Katalysatorbett einzustellen.
Wie in Figur 1 gezeigt, schließt die Mischvorrichtung eine horizontal angeordnete erste Platte 16 ein, die sich über das Gefäß 10 erstreckt und in jeder konventionellen Weise befestigt ist. Die erste Platte 16 weist, wie gezeigt, eine Öffnung in der Mitte auf, durch die die Fluide strömen können, wenn sie sich durch das Gefäß 10 bewegen. Die Platte 16 ist unter dem Katalysatorträger 14 angeordnet und beabstandet von diesem. Die Größe der Öffnung in der Mitte von Platte 16 hängt von dem zulässigen Druckverlust an Platte 16 ab. Als allgemeine Richtlinie ist die offene Fläche in Platte im Bereich von etwa 1 % bis etwa 15 % der Querschnittsfläche von Gefäß 10.
Eine zylindrische Kappe 18 mit Seitenwänden 19 erstreckt sich von der ersten Platte 16 nach oben und ist so angeordnet, daß sie die Öffnung in der Mitte von Platte 16 bedeckt. Daher hat die Kappe 18 einen größeren Durchmesser als der Durchmesser der Öffnung in der Mitte von Platte 16. Kappe 18 hat auch eine Höhe, welche geringer als die Entfernung zwischen dem Katalysatorträger 14 und der Platte 16 und vorzugsweise etwa die Hälfte bis ein Drittel dieser Entfernung ist. Die Kappe 18 weist viele Winkelschlitze 20 auf, um dem Fluid, das die Kappe passiert, auf seinem Abwärtsweg durch Gefäß 10 eine Wirbelbewegung zu verleihen. Vorzugsweise sind die Schlitze 20 tangential ausgerichtet. Zudem befinden sich, wie aus Figur 2 ersichtlich, zehn Schlitze 20 im gleichen Abstand um den Umkreis der Kappe 18. Die Anzahl der Schlitze kann natürlich weit variieren. Grundsätzlich wird die Anzahl und Größe der Schlitze so gewählt, daß für einen vorher bestimmter Druckabfall an der Kappe 18 gesorgt ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform, die in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist, weist die zylindrische Kappe 18 viele vertikale Schaufeln 19 auf, die die Seitenwände bilden, die sich von Platte 16 aufwärts erstrecken. Wie in Figur 5 zu sehen ist, sind diese Schaufeln mit einem Winkel zur Radiallinie von vorzugsweise etwa 15º bis etwa 75º und am meisten bevorzugt etwa 45º ausgerichtet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich ein zylindrisches Rohr 17 mit dem gleichen Durchmesser wie die mittige Öffnung der Platte 16 mit einer Distanz von weniger als der Höhe der Kappe 18 und allgemein etwa 1/2 bis etwa 3/4 der Höhe von Kappe 18 von der Platte 16 nach oben.
Wiederum in Bezugnahme auf Figur 1, wie gezeigt, haben die Schlitze 20 in Kappe 18 eine Höhe, die etwa ein Drittel der Höhe der Kappe beträgt, allerdings ist diese Abmessung nicht kritisch. Vorzugsweise haben allerdings die Schlitze 20 in der Kappe 18 eine Höhe, die nicht größer als die Höhe des zylindrischen Rohrs 17 ist.
Unterhalb der Platte 16 angeordnet, aber von dieser beabstandet, befindet sich eine horizontal angeordnete Platte 21, die viele Öffnungen 22 aufweist, welche in einem ringförmigen Ring um die Peripherie von Platte 21 angeordnet sind. Von Platte 21 vertikal nach unten und in Verbindung mit den Öffnungen 22 sind viele Leitungen 23. In anderen Worten gibt es für jede der Öffnungen 22 eine Leitung 23, die sich von Platte 21 abwärts erstreckt und mit der Öffnung 22 in Verbindung steht. Die Leitungen 23 haben Öffnungen oder Schlitze 24, durch die Fluide strömen. Diese Schlitze 24 können nach innen geöffnet sein, so daß die Fluide radial in das Gefäß 10 geleitet werden, es ist allerdings in der erfindungsgemäßen Praxis besonders bevorzugt, daß die Schlitze 24 in einem Winkel in Bezug auf die nach innen gerichteten Radiallinien ausgerichtet sind, so daß die aus den Leitungen 23 austretenden Fluide in eine wirbelnde Richtung gelenkt werden. Die Schlitze 24 können mit einem Winkel von 0º bis 90º und vorzugsweise etwa 15º bis etwa 75º zur Radiallinie ausgerichtet sein. Tatsächlich ist eine Ausrichtung von 45º am meisten bevorzugt.
Die Leitungen 23, wie in den Figuren 1 und 3 gezeigt, sind im allgemeinen zylindrische Rohrabschnitte mit ausgeschnittenen Schlitzen 24. Alternativ können die Leitungen 23 ein allgemein U-förmiges Teil sein, wie in Figur 6 gezeigt ist. Bei dieser Form erstreckt sich das U-Förmige Teil von Platte 21 bis Platte 25, und die Öffnung 24 des U ist in dem gleichen Winkel ausgerichtet wie bei Schlitz 24 der Leitung 23 der Figuren 1 und 2.
Wie in Figur 1 zu sehen ist, befindet sich unter der horizontalen Platte 21 angeordnet eine horizontale Platte 25, die einen sich vertikal erstreckenden ringförmigen Ring- oder Armabschnitt 26 aufweist, der die Platte 25 von der horizontalen Platte 21 beabstandet hält. Außerdem weist Platte 25 eine große Öffnung in der Mitte auf. Diese Öffnung liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 25 % bis etwa 75 % und vorzugsweise etwa 50 % der gesamten Querschnittsfläche des Reaktors.
Mittig angeordnet und sich von Platte 21 nach oben erstrekkend befindet sich ein zylindrischer Tisch 37. Der zylindrische Tisch hat einen Durchmesser, der mindestens dem Durchmesser der mittigen Öffnung in Platte 16 entspricht. Daher ist Tisch 37 auf der Platte 21 so angeordnet, daß er sich unter der mittigen Öffnung in der horizontalen Platte 16 befindet. Tisch 37 erstreckt sich mit einer Distanz von etwa der Hälfte bis einem Drittel des Abstandes von Platte 21 und Platte 16 nach oben.
Gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform schließt die verbesserte Zwischenzonenmischvorrichtung eine Fluidverteilerplatte 28 ein, die in Gefäß 10 horizontal angebracht ist und von der horizontalen Platte 25 beabstandet ist. Wie in Figur 1 zu sehen ist, enthält Platte 28 viele Öffnungen 29, von denen sich Leitungen 30 nach oben erstrecken, die mit Standard-Glokkenkappen 31 zur Regelung der Fluidströmung durch die Verteilerplatte 28 versehen sind.
Ein Rohr oder eine Leitung 32 zum Einbringen eines Nebenfluids aus einer (nicht gezeigten) außerhalb des Gefäßes 10 liegenden Quelle ist zwischen der Kappe 18 und dem Katalysatorträger 14 angeordnet. Das Rohr 32 endet in einem mittig angeordneten Ringverteiler 32s, der viele Öffnungen 33 aufweist, durch die Nebenfluid quer zu der allgemein abwärtsgerichteten Strömung des Verfahrensstromfluids eingespeist wird.
Wie leicht anerkannt wird, ist die Mischvorrichtung in gleicher Weise geeignet zur Verwendung in Reaktorgefäßen mit Aufwärtsströmung. Diese Anordnung ist schematisch in Figur 7 dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsform haben die verschiedenen Glieder der Zwischenzonenmischvorrichtung im wesentlichen die gleiche Funktion und die gleiche Beziehung zueinander wie in dem Abwärtsströmungsreaktorgefäß und daher werden die verschiedenen Komponenten kurz beschrieben. Die vollständigen Einzelheiten in Bezug auf diese Glieder können aus einer erneuten Ansicht der Beschreibung des Abwärtsströmungsreaktors bestimmt werden.
In Bezug auf Figur 7 zeigt die Bezugszahl 70 allgemein einen Mehrbettkatalysatorreaktor oder ein Mehrbettkatalysatorgefäß mit aufwärts strömendem Fluid und einer vertikalen zylindrischen Seitenwand 71 und mehreren Katalysatorbetten. Das Gefäß 70 hat daher einen oberen Fluidauslaß (nicht gezeigt) und einen unteren Fluidauslaß (auch nicht gezeigt), um einen Fluidstrom zur Aufwärtsströmung durch das Gefäß einzubringen und den Strom schließlich nach seinem Weg durch das Gefäß zu entfernen.
In Figur 7 sind die Katalysatorbetten 12 und 13 gezeigt. Das Bett des Katalysators wird von einem Katalysatorbettenträger 14 gehalten.
Eingeschoben zwischen die aufeinanderfolgenden Katalysatorbetten 12 und 13 ist eine Mischvorrichtung zum Einbringen und Mischen eines Nebenfluids wie eines Quenchfluids.
Wie in Figur 7 gezeigt, schließt die Mischvorrichtung eine horizontal angeordnete erste Platte 76 ein, die eine Öffnung in der Mitte aufweist, durch die die Fluids strömen können, wenn sie sich durch das Gefäß 70 bewegen. Platte 76 ist auch über dem Katalysatorbett 13 und von diesem beabstandet angebracht.
Eine zylindrische Kappe 78 mit den Seitenwänden 79 erstreckt sich vertikal abwärts von der ersten Platte 76 und ist so angeordnet, daß sie die mittige Öffnung in der Platte 76 bedeckt. Die Kappe 78 weist mehrere Winkelschlitze 80 auf, um dem Fluid, das die Kappe passiert, auf seinem Weg nach oben durch Gefäß 70 eine wirbelnde Bewegung mitzugeben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich ein zylindrisches Rohr 77 mit dem gleichen Durchmesser wie die mittige Öffnung in Platte 76 von Platte 76 nach unten.
Über Platte 76 angeordnet, aber von dieser beabstandet, befindet sich eine horizontal angeordnete Platte 81, die viele Öffnungen 82 aufweist, die in einem ringförmigen Ring um die Peripherie von Platte 81 herum angeordnet sind. Vertikal nach oben von Platte 81 und in Verbindung mit Öffnungen 82 sind viele Leitungen 83. Die Leitungen 83 haben Öffnungen oder Schlitze 84, durch die die Fluide strömen.
Über der horizontalen Platte 81 angeordnet befindet sich eine horizontal angeordnete Platte 85, die einen sich vertikal erstreckenden ringförmigen Ring- oder Armabschnitt 86 aufweist, der die Platte 85 von der horizontalen Platte 81 beabstandet hält. Platte 85 weist auch eine große Öffnung in der Mitte auf.
Mittig auf Platte 81 angeordnet und sich nach unten erstrekkend befindet sich ein zylindrischer Tisch 87.
Gemäß der derzeit bevorzugten Ausführungsform schließt die verbesserte Zwischenzonenmischvorrichtung eine Fluidverteilerplatte 88 ein, die in Gefäß 70 horizontal angeordnet und von der horizontalen Platte 85 beabstandet ist. Wie in Figur 7 zu sehen ist, enthält die Platte 88 mehrere Öffnungen 89, von denen sich Leitungen 90 nach oben erstrecken, die mit Standard-Glockenkappen 91 zur Regelung der Fluidströmung durch die Verteilerplatte 88 versehen sind.
Ein Rohr oder eine Leitung 92 zum Einbringen eines Nebenfluids aus einer (nicht gezeigten) außerhalb des Gefäßes 70 liegenden Quelle ist zwischen der Kappe 78 und dem Katalysatorbett 14 angeordnet. Das Rohr 92 endet in einem mittig angeordneten Verteiler 92s, der mehrere Öffnungen 93 aufweist, durch die Nebenfluid quer zu der allgemein abwärtsgerichteten Strömung des Verfahrensstromfluids eingespeist wird.
Natürlich hängen die genauen Abmessungen der verschiedenen Zonen, Öffnungen, Leitungen und dergleichen in der Zwischenzonenmischvorrichtung von verschiedenen Faktoren wie dem zulässigen Druckverlust, dem für die Mischvorrichtung verfügbaren Raum zwischen den Betten und dergleichen ab.
Der Betrieb der Zwischenzonenmischvorrichtung wird nun im Zusammenhang mit einem Fluidverfahrensstrom beschrieben, der aus dem Katalysatorbett 12 austritt und abwärts durch Gefäß 10 strömt. Dieser Verfahrensstrom wird mit Quenchfluid vorabgemischt, das über den Verteiler 32s in das Gefäß eingebracht wird. Das Quenchfluid und das Verfahrensfluid treten dann durch die Öffnungen 20 in den Mischer ein und es wird ihnen eine wirbelnde Bewegung verliehen, wenn ihre abwärts gerichtete Strömung durch die mittige Öffnung in Platte 16 beginnt. Diese wirbelnde Bewegung führt natürlich zum Mischen des Verfahrensstroms und des Neben- oder Quenchfluids. Das kombinierte Quenchfluid und Verfahrensfluid werden, nachdem sie die Öffnung in Platte 16 passiert haben, horizontal durch Tisch 27 reflektiert, der ihnen ein neues toroidales Strömungsmuster verleiht, wenn die Fluide sich auswärts zu den äußeren Öffnungen 22 bewegen. Die Mischwirkung wird dann regeneriert, wenn die Ströme im Winkel durch die Öffnungen 24 der Rohre 23 ausgesprüht werden, wodurch ein anderes Verwirbelungsmuster unter dem horizontalen Deck 21 erzeugt wird. Schließlich strömen die Fluids abwärts durch den Mittelbereich der Platte 25 und werden durch den Glockenkappenbodenverteiler verteilt, der unter der horizontalen Platte 25 angeordnet ist.
Die folgenden Beispiele zeigen die bedeutenden Verbesserungen des Mischens, die mit der Mischvorrichtung erreicht werden. In den Beispielen wurde das folgende Testverfahren verwendet.

Testverfahren A

Bei diesem Mischtest wurde ein Luftstrom abwärts durch den Mischer geleitet, und ein Heliumstrom von etwa 1 bis 5 Vol.% des gesamten in den folgenden Beispielen durch die Mischvorrichtung geleiteten Luftstroms wurde an den äußeren Rand des Luftstroms an einer Position eben über der Mischvorrichtung injiziert. Die Mischtestvorrichtung hatte 28 Auslässe im gleichen Abstand an der Peripherie. Proben aus 8 nahezu gleich beabstandeten Auslässen an der Peripherie wurden unter Verwendung eines kalibrierten Standard-Wärmeleitfähigkeitdetektors auf Heliumgehalt analysiert. Dieser Detektor zeigt ein lineares Ansprechen auf den Heliumgehalt und kann daher verwendet werden, um den Heliumgehalt des Luftstroms zuverlässig zu bestimmen. Der Heliumgehalt wurde aus dem Wärmeleitfähigkeitssignal berechnet.
Unter Verwendung der individuellen Heliumgehaltmessungen wurde eine arithmetische Abweichung des Heliumgehaltes vom Mittelwert berechnet, indem die absolute normierte Abweichung der Heliumkonzentration vom Mittelwert gemittelt wurde. Die mit 100 malgenommene mittlere Abweichung wird als mittlere arithmetische Abweichung (ARD) genommen. Der ARD-Wert ist ein Maß für das in der Vorrichtung auftretende Mischen. Ein perfektes Mischen wird mit einem ARD-Wert von 0 % bewertet, d. h. alle Proben haben den gleichen Heliumgehalt. So entsprechen hohe ARD-Werte einer niedrigen Gleichförmigkeit des Heliumgehalts am Ausgang der Mischvorrichtung und schlechter Mischleistung und niedrige ARD-Werte entsprechen einer guten Mischleistung.

Beispiel 1

Eine Vorrichtung wie hier offenbart wurde gebaut mit einer oberen Platte, die 4 inch (10,1 cm) im Durchmesser maß, einer Öffnung von 3 inch (7,6 cm) Durchmesser mit 26 Schaufeln im Winkel von 15º zu den Radiallinien, wobei die Schaufeln eine Höhe von 0,5 inch (1,3 cm) und eine Tiefe von 0,5 inch (1,3 cm) hatten. Die Kammer unter der Öffnung war 3 inch (7,6 cm) tief und enthielt einen zylindrischen Tisch von 8 inch (20,32 cm) Durchmesser und 1,5 inch (3,8 cm) Höhe, der mittig unter der Öffnung angeordnet war. Der Durchmesser der Kammer betrug 26 inch (66,0 cm) und an der Peripherie waren 28 Auslässe mit einem Durchmesser von 0,375 inch (9,5 mm) im gleichen Abstand angeordnet. Die Luftströmungsgeschwindigkeit war 181 SCFM (5,1 m³/Min) und die Heliumströmungsgeschwindigkeit 1,83 SCFM (0,052 m³/Min). Unter Verwendung des oben beschriebenen Testverfahrens betrug der ARD für einen 150 Schaufelmischer 42 %.

Beispiel 2

Die Schaufelmischvorrichtung aus Beispiel 1 wurde modifiziert, so daß alle Schaufeln sich in einem Winkel von 30º zu der Radiallinie befanden, wobei alle anderen Abmessungen beibehalten wurden. Die Gasströmungsgeschwindigkeiten waren auch gleich. Der ARD wurde mit 22 % bestimmt, was eine Verbesserung aufgrund des steileren Winkels der Schaufeln zeigt.

Beispiel 3

Die Schaufelmischvorrichtung aus Beispiel 2 wurde modifiziert, so daß alle Schaufeln sich in einem Winkel von 45º zu der Radiallinie befanden, wobei alle anderen Abmessungen beibehalten wurden. Die Luftströmungsgeschwindigkeit war in diesem Fall 180 SCFM (5,1 m³/Min) und die Heliumströmungsgeschwindigkeit 1,83 SCFM (0,052 m³/Min). Der ARD wurde mit 9 % bestimmt, was eine Verbesserung aufgrund des steileren Winkels der Schaufeln im Vergleich zu der Vorrichtung der Beispiele 1 und 2 zeigt.

Beispiel 4

Die Vorrichtung aus Beispiel 1, bei der die obere Platte 6 inch (15,2 cm) im Durchmesser ist, das Mittelloch 5 inch (12,7 cm) im Durchmesser ist, 35 Schaufeln mit 15º in Bezug auf den Radius angeordnet sind und 0,5 inch (1,3 cm) hoch und 1,5 inch (1,3 cm) tief sind, wobei der Abstandhalter 0,75 inch (1,9 cm) hoch und 5 inch (12,7 cm) im Durchmesser ist und die Mischkammer 1,5 inch (3,8 cm) hoch mal 26 inch (66,0 cm) im Durchmesser ist. Das Helium als Nachweis (Tracer) wurde durch einen geraden Rohrverteiler eingebracht, der über der Mischvorrichtung angebracht war. Der Verteiler wies 24 Löcher mit einem Durchmesser von 0,16 inch (4,1 mm) auf. Der Test bestand aus dem Mischen von 660 ft³ (18,7 m³) Luft pro Minute mit 6,8 ft3 (0,19 m³) Helium pro Minute. Der ARD wurde mit 23 % bestimmt.
Es ist leicht erkennbar, daß die vorliegende Erfindung natürlich zur Verwendung in verschiedenen katalytischen Verfahren geeignet ist, bei denen Reaktanten oder teilweise umgesetzte Reaktanten und Quenchfluids homogen gemischt werden sollen, um das Temperaturprofil dieser Materialien, ihre Zusammensetzung oder beides zu steuern. In der Tat können die Fluide nur Gase oder Gase und Flüssigkeiten sein, was von der Art des in dem Gefäß durchgeführten Verfahrens abhängt.

Claims

1. Zwischenzonenmischvorrichtung zum Mischen eines Nebenfluids mit einem Hauptverfahrensstromfluid in einem vertikalen Gefäß, die

eine horizontal angeordnete erste Platte (16) mit einer ersten Oberfläche, einer zweiten Oberfläche und einer Öffnung in der Mitte, durch die das Hauptverfahrensstromfluid in die Zwischenzonenmischvorrichtung eintritt,

eine horizontal angeordnete zweite Platte (21) mit einer ersten Oberfläche, die der zweiten Oberfläche der ersten Platte gegenüberliegt, und einer zweiten Oberfläche, wobei die zweite Platte von der zweiten Oberfläche der ersten Platte beabstandet ist und die zweite Platte (21) mehrere Öffnungen (22) in einem Ring entlang ihrer Peripherie aufweist,

mehrere Leitungen (23), die sich von der zweiten Oberfläche der zweiten Platte (21) nach unten erstrecken und mit deren peripheren Öffnungen in Verbindung stehen, wobei die Leitungen Schlitze (24) aufweisen, die in der nach innen gerichteten Radialrichtung oder in einem vorherbestimmten Winkel dazu ausgerichtet sind,

eine horizontal angeordnete dritte Platte (25) mit einer ersten Oberfläche, die der zweiten Oberfläche der zweiten Platte (21) gegenüberliegt und einer zweiten Oberfläche, wobei die dritte Platte von der zweiten Oberfläche der zweiten Platte beabstandet ist und die dritte Platte (25) eine Öffnung in ihrer Mitte aufweist,

eine horizontal angeordnete Fluidverteilungsplatte (28), die von der zweiten Oberfläche der dritten Platte (25) beabstandet ist und viele Öffnungen (29) aufweist, und

Einrichtungen (32) zur Einbringung eines Nebenfluids auf der Seite der ersten Oberfläche der ersten Platte (16) umfaßt,

gekennzeichnet durch

eine zylindrische Kappe (18) mit einer Seitenwand (19), die sich von der ersten Oberfläche der ersten Platte (16) vertikal erstreckt, wobei die Kappe (18) in Größe und Anordnung dergestalt ist, daß sie die Öffnung in der Mitte der ersten Platte bedeckt, und die Kappe mehrere nach Innen gerichtete Öffnungen (20) in der Seitenwand (19) aufweist, die in einem Winkel zu der Radialrichtung ausgerichtet sind, um die Fluidströmung in einer wirbelnden Richtung zu der Öffnung in der Mitte der ersten Platte zu leiten, und

einen horizontal angeordneten Tisch (37), der auf der ersten Oberfläche der zweiten Platte (21) angeordnet ist und mit der Öffnung in der Mitte der ersten Platte (16) axial fluchtet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Tisch (37) auf der zweiten Platte zylindrisch ist und einen Durchmesser hat, der mindestens gleich dem Durchmesser der Öffnung in der Mitte der ersten Platte (16) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die vielen Winkelöffnungen (20) in der Seitenwand (19) der Kappe (18) sich in gleichem Abstand zueinander befinden und tangential ausgerichtet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Seitenwände (19) der zylindrischen Kappe (18) aus mehreren vertikalen Schaufeln (19) zusammengesetzt ist, die tangential orientiert sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ein zylindrisches Rohr (17) einschließt, das mit der Öffnung in der Mitte der ersten Platte (16) fluchtet und den gleichen Durchmesser wie diese aufweist und sich von der ersten Platte (16) über eine Entfernung von weniger als der Höhe der Kappe vertikal erstreckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Schlitze (24) in den Leitungen (23) in einem Winkel von 45ºC in Bezug auf den Radius des Gefäßes ausgerichtet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einrichtung zum Einbringen des Nebenfluids eine Leitung (32) ist, die in einem mittig angeordneten zylindrischen Verteilerrohr (32s) mit vielen Öffnungen (33) endet, um das Nebenfluid radial in Auswärtsrichtung einzubringen.