PL100852B1 - Reaktor do badania kinetyki reakcji kontaktowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest reaktor do badania kinetyki reakcji kontaktowych. Znajomosc kinetyki tego typu reakcji jest niezbedna do projektowania, optymalizacji i sterowania kontaktowych procesów technologicz¬ nych w przemysle chemicznym.

W reaktorach przaznaczonych do badania kinetyki reakcji kontaktowych szczególnie istotne jest zapewnie¬ nie intensywnego mieszania reagentów i duzej ich szybkosci przeplywu wzgledem katalizatora w celu wyelimino¬ wania oporów przenoszenia masy i ciepla od strumienia plynu do powierzchni katalizatora.

W znanych reaktorach, np. w opisanych przez M.Trele (Praca doktorska - Warszawa 1971) reaktorach cyrkulacyjno - przeplywowych burzliwy ruch reagentów wzgledem nieruchomej pastylki lub warstwy kataliza¬ tora wymusza sie za pomoca pomp o odpowiednio duzych wirnikach i duzej liczbie obrotów. Jednak trudnosci wystepujace w ulozyskowaniu i uszczelnieniu walów tych pomp ograniczaja mozliwosci stosowania tego typu reaktorów w zasadzie do badania procesów bezcisnieniowych.

W przeplywowych reaktorach zbiornikowych z wirujaca warstwa katalizatora lub mieszadlem mieszanie w calej przestrzeni komory reakcyjnej i przeplyw reagentów wzgledem katalizatora osiaga sie za pomoca mechanicznego etementu obrotowego. Reaktory tego typu skladaja sie z cylindrycznej komory reakcyjnej oraz elementu wirujacego. W opisanych w artykule A. Kaliszak, W. Kawecki: Laboratoryjne reaktory bezgradientowe do badania kinetyki reakcji kontaktowych, Inzynieria Chemiczna IV, 1, 83 (1974) oraz w opisie patentowym nr 85353 reaktorach z wirujaca warstwa katalizatora element obrotowy zawiera koszyczki wypelnione katalizato¬ rem oraz dodatkowe mieszadla smiglowe zwiekszajace ruch gazu w kierunku pionowym. Komora cylindryczna wyposazona jest w przegrody zwiekszajace ruch gazu wzgledem katalizatora. Wada takiego rozwiazania jest to, ze praktycznie niemozliwy jest pomiar temperatury elementów katalizatora oraz wzglednej szybkosci gazów.

Ponadto na skutek trudnosci w wywazeniu wirnika z katalizatorem, przy niedostatecznie dobrym ulozyskowaniu walu wystepuja wibracje powodujace niekiedy rozsypywanie sie elementów katalizatora.

W dotychczasowych rozwiazaniach reaktora z mieszadlem stosuje sie mieszadlo o wymiarach typowych dla mieszadel wysokoobrotowych znacznie mniejszych od wymiarów komory reakcyjnej. Katalizator umieszcza-2 100 852 ny jest przy sciance bocznej lub dnie reaktora w znacznej odleglosci od konców lopatek. W rezultacie, ze wzgledu na stosunkowo mala szybkosc liniowa konców lopatek i znaczne oddalenie katalizatora od lopatek mieszadla szybkosc strumienia gazu wzgledem katalizatora jest mala, co powoduje, ze w przypadku katalizato¬ rów aktywnych nie mozna osiagnac w strefie reakcji warunków bezgradientowych, tj. jednakowej temperatury i stezenia reagentów.

Znane jest równiez urzadzenie wedlug opisu patentowego nr 68569 sluzace do wzorcowania czujnika anemometrycznego, w którym w uszczelnionym wnetrzu komory aerodynamicznej znajduje ve wirnik o lopat¬ kach ze szczelinowymi wycieciami, przy czym lopatki ustawione sa prostopadle do plaszczyzny wirowania i wypelniaja caly promieniowy przekrój komory z najmniejszym luzem zapewniajacym beztarciowy ruch na ich zewnetrznych krawedziach. Rozwiazanie takie umozliwia wytworzenie miedzy lopatkami pojedynczego i szczel¬ nie odizolowanego od otoczenia wiru poruszajacego sie z szybkoscia katowa równa katowej szybkosci lopatek, w zwiazku z czym nie nadaje sie do badania reakcji kontaktowych, w którym konieczne jest uzyskanie idealnego wymieszania strumienia reagentów w calej objetosci komory reakcyjnej oraz ciagle doprowadzanie substratów i odprowadzanie produktów reakcji.

Rozwiazanie konstrukcyjne reaktora wedlug wynalazku umozliwia uzyskanie jednakowych duzych szyb¬ kosci przeplywu reagentów w kazdym jego punkcie pomiarowym jednakowo odleglym od osi reaktora w warunkach izotermicznych i izostezeniowych.

Wedlug wynalazku reaktor do badania kinetyki reakcji kontaktowych stanowiacy przeplywowa komore reakcyjna zaopatrzona w wirnik i elementy nosne charakteryzuje sie tym, ze lopatki wirnika sa scisle dopasowane do cylindrycznej scianki komory i nachylone ewentualnie naprzemi&n do plaszczyzny wirujacej przechodzacej przaz os obrotu o kat wiekszy od 0° lecz mniejszy od 30°, korzystnie 1—15°. Dzieki nachyleniu lopatek uzyskuje sie przeplyw reagentów w kierunku pionowym, przez co przy istnieniu szczeliny miedzy lopatkami, a pokrywa i dnem reaktora nastepuje, wymieszanie reagentów w calej objetosci komory reakcyjnej. Kazda lopatka ma co najmniej jedno wyciecie dla pastylek katalizatora, osadzonych na elementach nosnych rozmieszczonych przy wewnetrznej sciance komory na co najmniej jednym poziomie. Ksztalt i wielkosc wyciecia w lopatce zalezy od wielkosci i ksztaltu pastylek katalizatora oraz od sposobu ich osadzania na elemencie nosnym. Wedlug wynalazku wyciec;e w lopatce ma ksztalt prostokata, elipsy lub kola. Elementami nosnymi pastylek katalizatora sa termoelementy mierzace temperature wewnatrz pastylki. Sa one rozmieszczone w takiej odleglosci od osi wirnika, która zapewnia uzyskiwanie wymaganej przy badaniu reakcji kontaktowej szybkosci przeplywu reagentów wzgledem katalizatora.

Reaktor wedlug wynalazku umozliwia uzyskanie duzej liniowej szybkosci przeplywu reagentów wzgledem katalizatora, dzieki czemu opory dyfuzji zewnetrznej staja sie pomijalne nawet dla bardzo szybkich procesów chemicznych. Przy zwykle stosowanych szybkosciach obrotowych mieszadel mozna uzyskac liniowe szybkosci reagentów wzgledem katalizatora rzedu kilkunastu lub kilkudziesieciu metrów na sekunde zaleznie od liczby obrotów, przy stosunkowo malej wielkosci reaktora, co jest szczególnie istotne w badaniach prowadzonych pod wysokim cisnieniem.

Reaktor wedlug wynalazku umozliwia badanie kinetyki na jednej lub jednoczesnie na kilku odizolowanych od siebie pastylkach katalizatora rozmieszczonych w jednakowej lub róznej odleglosci od osi obrotów.

Wyciecia w lopatkach wirnika powoduja, ze umieszczone w znacznej odleglosci od siebie poszczególne pastylki katalizatora sa omywane strumieniem reagentów o identycznej temperaturze, skladzie i liniowej szybkosci przeplywu.

Przedmiot wynalazku jest blizej objasniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podluzny reaktora, fig. 2 — jego przekrój poprzeczny, a fig. 3 — przykladowe wyciecie w lopatce wirnika.

Zgodnie z rysunkiem komora reakcyjna 1 jest wyposazona w wirnik 2, którego plaskie lopatki mieszajace 3 maja taka dlugosc, ze scisle przylegaja do cylindrycznej scianki komory 1u Lopatki 3 sa nachylone do plaszczyzny wirujacej przechodzacej przez os obrotu o kat 5° i posiadaja wyciecia 4 w ksztalcie elipsy. Do czujników temperatury bedacych elementami nosnymi 5 i rozmieszczonych na wewnetrznej sciance komory 1 przytwierdzone sa pastylki katalizatora w ksztalcie cylindrów.

Po wprawieniu wirnika 2 w ruch jego lopatki powoduja taki przeplyw reagentów wokól pastylek, ze ich szybkosc liniowa jest w przyblizeniu równa szybkosci elementu wirujacego w obrebie pastylki katalizatora.

Claims (7)

Zastrzezenia patentowe

1. Reaktor do badania kinetyki reakcji kontaktowych stanowiacy przeplywowa komore reakcyjna z elementami nosnymi i wirnikiem, znamienny tym, ze lopatki (3) wirnika (2) sa scisle dopasowane do cylindrycznej scianki komory (1) i nachylone ewentualnie naprzemian do plaszczyzny wirujacej przechodzacej» 100852 3 przez os obrotu o kat wiekszy od 0° lecz mniejszy od 30° korzystnie 1—15° i sa zaopatrzone w co najmniej jedno wyciecie (4) dla pastylek katalizatora osadzonych na elementach nosnych (5).

2. Reaktor wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze lopatki (3) wirnika (2) sa plaskie.

3. Reaktor wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze lopatki (3) wirnika (2) sa wklesle.

4. Reaktor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wyciecie (4) ma ksztalt prostokata.

5. Reaktor wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze wyciecie (4) ma ksztalt elipsy.

6. Reaktor wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze wyciecie (4) ma ksztalt kola.

7. Reaktor wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze elementem nosnym (5) jest czujnik temperatury. o^ F,-93 ¦