PL181908B1 - Method of producing backward flow - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do prowadzenia przeplywu przeciwbieznego w kadzi reakcyjnej z przesuwaja- cym sie stalym materialem ziarnistym, przez który przepuszcza sie przeciwbiezny przeplyw cieczy lub gazu, zawierajace zamknieta kadz reakcyjna majaca pionowa, cylindryczna czesc srodkowa i dolna czesc stozkowa, zwezajaca sie ku dolowi od tej cylin- drycznej czesci srodkowej i zakonczona wylotem materialu ziarnistego, zas nad ta kadzia reakcyjna znajduje sie lej zasypowy, zakonczony rura zasilaja- ca, podajaca material ziarnisty, a ponadto kadz reak- cyjna zawiera wlot i wylot cieczy lub gazu, zna- mienne tym, ze wlot cieczy lub gazu jest umiesz- czony ponizej górnej powierzchni (4) zloza mate- rialu ziarnistego (1) o zaplanowanej grubosci war- stwy strefy reakcyjnej, a wylot (3) cieczy lub gazu znajduje sie ponad ta górna powierzchnia (4) zloza, zas ponizej dolnej powierzchni tej warstwy strefy reakcyjnej znajduja sie przynajmniej dwa wspól srodkowe, koliste leje (15, 15') o powierzchniach stozkowych, równoleglych do dolnej stozkowej czesci (12) kadzi reakcyjnej, majace górne obrzeza lezace bezposrednio ponizej dolnej powierzchni warstwy strefy reakcyjnej i majace dolne zakoncze- nia w postaci rurowego wylotu (17, 17'). FIG 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do prowadzenia przepływu przeciwbieżnego w kadzi reakcyjnej, która zawiera przesuwający się stały materiał ziarnisty, przez który prze181 908 puszcza się przeciwbieżny przepływ cieczy lub gazu, dla prowadzenia ciągłej reakcji chemicznej pomiędzy tym ziarnistym materiałem stałym, a cieczą lub gazem.

Znane urządzenie do prowadzenia przepływu przeciwbieżnego w kadzi reakcyjnej z przesuwającym się stałym materiałem ziarnistym, przez który przepuszcza się przeciwbieżny przepływ cieczy lub gazu, zawiera zamkniętą kadź reakcyjną mającą pionową cylindryczną część środkową i dolną część stożkową zwężającą się ku dołowi od tej cylindrycznej części środkowej i zakończoną wylotem materiału ziarnistego, zaś nad tą kadzią reakcyjną znajduje się lej zasypowy, zakończony rurą zasilającą prowadzącą materiał ziarnisty, przesuwający się grawitacyjnie z górnego leja zasypowego w dół do środka cylindrycznej części środkowej kadzi, a następnie spływający swobodnie w stronę cylindrycznych ścian kadzi po powierzchni, utworzonej przez kąt ześlizgu materiału ziarnistego i w sposób ciągły przesuwający się w dół i na zewnątrz kadzi reakcyjnej przez jej wylot, przy czym w kadzi reakcyjnej znajduje się wlot i wylot cieczy lub gazu.

W szwedzkim patencie 8401478-6 opisano urządzenie do prowadzenia reakcji chemicznych pomiędzy zasadowym materiałem stałym a szkodliwymi składnikami w gazach spalinowych. Gazy są prowadzone przez warstwę ziarnistego kamienia wapiennego, gdzie szkodliwy dwutlenek siarki, kwas chlorowodorowy, kwas fluorowodorowy itd. reagują z powierzchnią kamienia, tworząc produkty nieszkodliwe.

W innych procesach pożądana jest reakcja pomiędzy przykładowo substancją, która jest rozpuszczana lub emulgowana w cieczy a materiałem stałym. Nawet w tym przypadku, materiał ziarnisty jest kontaktowany z cieczą dla uzyskania pożądanego przebiegu procesu na powierzchni materiału stałego. Naturalnie zalecana jest możliwie największa wydajność procesu. Proces chemiczny powinien przebiegać możliwie kompletnie i szybko, przy minimalnym zużyciu materiału stałego. Idealnie prowadzony przepływ przeciwbieżny wymaga, aby ciecz lub gaz były prowadzone w sposób ciągły i równomierny przez złoże materiału stałego o jednakowej grubości, aby były wyprowadzane ze złoża po przejściu i aby świeży materiał stały był doprowadzany przy powierzchni, gdzie ciecz lub gaz są wyprowadzane ze złoża, i aby ten materiał stały był transportowany równomiernie wokół złoża i wyprowadzany przy dolnej powierzchni złoża. Ciecz lub gaz są wprowadzane wzdłuż dolnej powierzchni złoza, gdzie materiał stały jest najdłużej poddawany reakcji, i opuszczają złoże przy górnej powierzchni, gdzie w sposób ciągły jest podawany świeży materiał stały. Oczywiście, wydajność.i szybkość procesu wzrastają, jeżeli powierzchnia złoża jest możliwie największa.

Urządzenie do prowadzenia przepływu przeciwbieżnego w kadzi reakcyjnej z przesuwającym się stałym materiałem ziarnistym, przez który przepuszcza się przeciwbieżny przepływ cieczy lub gazu, zawierające zamkniętą kadź reakcyjną mającą pionową, cylindryczną część środkową i dolną część stożkową, zwężającą się ku dołowi od tej cylindrycznej części środkowej i zakończoną wylotem materiału ziarnistego, zaś nad tą kadzią reakcyjną znajduje się lej zasypowy, zakończony rurą zasilającą podającą materiał ziarnisty, a ponadto kadź reakcyjna zawiera wlot i wylot cieczy lub gazu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wlot cieczy lub gazu jest umieszczony poniżej górnej powierzchni złoża materiału ziarnistego o zaplanowanej grubości warstwy strefy reakcyjnej, a wylot cieczy lub gazu znajduje się ponad tą górną powierzchnią złoża, zaś poniżej dolnej powierzchni tej warstwy strefy reakcyjnej znajdują się przynajmniej dwa współśrodkowe, koliste leje o powierzchniach stożkowych, równoległych do dolnej stożkowej części kadzi reakcyjnej, mające górne obrzeża leżące bezpośrednio poniżej dolnej powierzchni warstwy strefy reakcyjnej i mające dolne zakończenia w postaci rurowego wylotu.

Odległość dolnego końca rurowego wylotu mniejszego, górnego leja od rurowego wylotu większego, dolnego leja spełnia równanie:, dt ² x ((2 x lf x stała + dn)² - dy²) = d ² x ( Djdt²), gdzie

Dt stanowi zewnętrzną średnicę obrzeża dolnego, większego leja, dt stanowi zewnętrzną średnicę obrzeża górnego, mniejszego leja,

181 908 dj stanowi wewnętrzną średnicę rurowego wylotu górnego, mniejszego leja, dy stanowi zewnętrzną średnicę rurowego wylotu tego samego leja, dn stanowi wewnętrzną średnicę rurowego wylotu dolnego, większego leja, zaś lf stanowi odległość od dolnego końca rurowego wylotu mniejszego leja do rurowego wylotu większego leja, przy czym wszystkie wymiary występujące we wzorze są podane w metrach, zaś wartość stałej zmienia się dla rozmaitych materiałów ziarnistych w zakresie od 0,12 do 0,21.

W stronę górnej powierzchni złoża reakcyjnego jest skierowany wylot rury zasilającej doprowadzającej materiał ziarnisty.

Rura zasilająca ma strukturę teleskopową.

Wlot cieczy lub gazu ma postać pierścieniowej komory wyposażonej w rury z dyszami, umieszczonej wokół cylindrycznej części kadzi reakcyjnej, przy czym te rury są rozmieszczone promieniście do wewnątrz i są odchylone w górę od pierścieniowej komory do środka kadzi reakcyjnej.

Rury są w postaci kołpaków mających kształt U lub półkolistych i otwartych ku dołowi.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że stosując urządzenie według wynalazku można uzyskać prawie idealny proces prowadzenia przepływu przeciwbieżnego. Stały materiał ziarnisty jest podawany z leja zasypowego powyżej kadzi reakcyjnej centralnie poprzez otwór lub szczelinę. Gdy materiał ziarnisty przesuwa się w sposób ciągły w dół kadzi, to po prostu wypływa ponad górną powierzchnią, której usytuowanie jest określone przez kąt ześlizgu materiału. Przepływ cieczy lub gazu jest podawany i rozprowadzany równomiernie pod tę powierzchnię w takiej odległości od tej powierzchni, która odpowiada żądanej grubości warstwy strefy reakcyjnej złoża stałego, koniecznej do prowadzenia reakcji chemicznych. Ciecz lub gaz przepływają przez złoże ku górnej powierzchni i są wyprowadzane z przestrzeni ponad złożem poza zamkniętą kadź. Pod tą częścią złoża, która bierze udział w reakcji, zużyty materiał stały przesuwa się w dół w taki sposób, że przepływy materiału ziarnistego i cieczy przez złoże są możliwie maksymalnie ciągłe i równomierne.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny przekrój przez urządzenie według wynalazku, fig.· 2 pierścieniową komorę stanowiącą wlot cieczy lub gazu do kadzi, a fig. 3 - schemat rozwiązania ilustrujący wymiary występujące we wzorze ogólnym określającym wzajemne uzależnienie odpowiednich wielkości.

Pokazane na fig. 1 urządzenie według wynalazku zawiera kadź reakcyjną, wyposażoną w pionową, cylindryczną część 10, której szczyt jest połączony z górną stożkową częścią 11 tak, że jej zwężony koniec jest zwrócony ku górze, zaś spód jest połączony z dolną stożkową częścią 12 tak, że jej zwężony koniec jest zwrócony w dół. Stały materiał ziarnisty 5 jest podawany centralnie przy górnej części górnej stożkowej części 11 poprzez rurę zasilającą z leja zasypowego 2 ponad górną stożkową częścią 11. Rura zasilająca 13, która korzystnie jest zamontowana pionowo, przechodzi na pewną odległość w dół do kadzi reakcyjnej, jak pokazano na fig. 1. Oczywiście, można zastąpić rurę zasilającą 13 kilkoma rurami zasilającymi 13. Przyczyna, dla której rura zasilająca 13 powinna wystawać w dół do kadzi, polega na tym, że kadź jest napełniana automatycznie z wylotu rury zasilającej 13. Jeżeli rura zasilająca 13 jest zaprojektowana jako rura teleskopowa, wówczas łatwo można zmienić górny poziom złoża reakcyjnego 1.

W każdym przypadku, zawsze powinna występować otwarta górna przestrzeń 9, pozbawiona materiału ziarnistego 5, pomiędzy ścianą kadzi a górną powierzchnią 4 złoża reakcyjnego 1. Ta otwarta przestrzeń 9 umożliwia ześlizgiwanie się materiału ziarnistego 5 bez przeszkód po górnej powierzchni 4 złoża reakcyjnego 1.

Tak więc, w zależności od kąta ześlizgu stałego materiału ziarnistego 5, na stałym złożu reakcyjnym 1 tworzy się górna powierzchnia 4 pochylona od rury zasilającej 13 na zewnątrz ku dołowi. Materiał ziarnisty 5 jest rozprowadzany ponad złożem rekreacyjnym 1 z tą samą szybkością, z jaką przesuwa się w dół w złożu. W tych warunkach, przepływ cieczy lub gazu jest prowadzony do złoża reakcyjnego 1 i równomiernie rozprowadzany po powierzchni złoża, wyznaczając warstwę strefy reakcji o zalecanej grubości. Zwykle grubość złoża reakcyjnego 1

181 908 jest jednakowa na całej powierzchni. Odchylenia mogą być konieczne, jeżeli przykładowo wielkości ziaren materiału ziarnistego 5 zmieniają się, ponieważ większe ziarna łatwo skupiają się przy obrzeżu ześlizgowego stożka. Jednakże głównym czynnikiem decydującym o odległości złoża reakcyjnego 1 od górnej powierzchni 4 jest konieczny zasięg reakcji chemicznej.

Dopływ cieczy lub gazu powinien być rozprowadzany po możliwie największej powierzchni bez stanowienia zbyt wielkiej zawady dla skierowanego w dół przepływu stałego materiału ziarnistego I. Może to przykładowo być realizowane przez zamontowanie rur z dyszami 14 w układzie promieniowym, prowadzących z pierścieniowej komory 7 wokół cylindrycznej części 10 kadzi w górę w stronę środka kadzi reakcyjnej. Pochyłości tych rur powinny być tak dobrane, aby uzyskać wybraną grubość warstwy strefy reakcyjnej, która jest równa odległości pomiędzy rurami a górną powierzchnią. W przypadku gdy ciecz ma postać gazu, wówczas rury mogą być wymienione na długie kołpaki 16, które od spodu pozostawiają otwarta^ przestrzeń pozbawioną materiału ziarnistego 5 i pozostawiają otwarte kanały dla gazu. Przekrój kołpaków 16 może mieć przykładowo kształt U lub kształt półkolisty. Wprowadzona ciecz lub gaz przepływa przez złoże reakcyjne 1 w stronę górnej przestrzeni 9 ponad górną powierzchnią 4, i jest wyprowadzana poprzez wylot 3 w ścianie kadzi.

Materiał ziarnisty 5, który przesuwa się w dół w stronę obszaru 6 gdzie ciecz lub gaz wchodzi do złoża, ma zakończoną reakcję chemiczną i powinien być wytransportowany ze złoża. To wytransportowanie ze złoża musi być dokonane w taki sposób, aby przepływ materiału ziarnistego 5 poprzez złoże reakcyjne 1 był możliwie maksymalnie równomierny w całym obszarze dla możliwie maksymalnie wydajnego wykorzystania materiału ziarnistego 5.

Na fig. 1 pokazano między innymi liczne współśrodkowe leje 15, które są zamontowane pod złożem reakcyjnym. Materiał ziarnisty 5 jest prowadzony przez leje 15 w stronę środka kadzi reakcyjnej i poza nią przy jej spodzie poprzez wylot 8. Średnica otworów w lejach 15 i długość rurowych wylotów 17 określa rozprowadzanie przepływu pomiędzy rozmaitymi lejami 15, i jeżeli ich wymiary dobrane są ze wzoru podanego poniżej, wówczas przepływ materiału stałego 5 przez złoże reakcyjne 1 jest całkiem równomierny. Na fig. 3 pokazano rozwiązanie z dwoma lejami 15, 15' Na fig. 3 Dt stanowi średnicę dolnego, większego leja 15, dt stanowi średnicę górnego, mniejszego leja 15', dy stanowi wewnętrzną średnicę rurowego wylotu 17' górnego mniejszego leja 15', d stanowi zewnętrzną średnicę rurowego wylotu 17' górnego, mniejszego leja, dn stanowi wewnętrzną średnicę rurowego wylotu 17 dolnego, większego leja 15, zaś lf stanowi odległość dolnego końca rurowego wylotu 17' mniejszego leja 15' od rurowego wylotu 17 większego leja 15. Wszystkie wymiary występujące we wzorze są w metrach. Poniższy wzór podaje warunek równego przepływu w dwóch lejach 15, 15':

dt² x ((2 x lf x stała + dn)² - dy²) = d,² x (D²-d_t ²)

Wartość stałej jest stała dla każdego danego rodzaju materiału ziarnistego 5, jednakże zmienia się dla odmiennych materiałów od 0,12 do 0,21. Prawidłowa wartość stałej dla danego materiału ziarnistego 5 musi być określona w drodze eksperymentów. Gdy tylko zostanie określona wartość stałej, wówczas można dobrać i wyliczyć rodzaj i wymiary projektowanego urządzenia z lejami.

W złożach reakcyjnych o obszernych górnych powierzchniach 4 może występować problem związany ze zmiennością naturalnego kąta ześlizgu i tym samym grubości złoża. Z tego względu, dookoła rury zasilającej 13 można zamontować liczne współśrodkowe pierścienie, wystające nieznacznie w dół górnej powierzchni 4 złoża reakcyjnego 1, kontrolując tym samym górny poziom złoża reakcyjnego 1.

181 908

181 908

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do prowadzenia przepływu przeciwbieżnego w kadzi reakcyjnej z przesuwającym się stałym materiałem ziarnistym, przez który przepuszcza się przeciwbieżny przepływ cieczy lub gazu, zawierające zamkniętą kadź reakcyjną mającą pionową, cylindryczną część środkową i dolną część stożkową, zwężającą się ku dołowi od tej cylindrycznej części środkowej i zakończoną wylotem materiału ziarnistego, zaś nad tą kadzią reakcyjną znajduje się lej zasypowy, zakończony rurą zasilającą, podającą materiał ziarnisty, a ponadto kadź reakcyjna zawiera wlot i wylot cieczy lub gazu, znamienne tym, że wlot cieczy lub gazu jest umieszczony poniżej górnej powierzchni (4) złoża materiału ziarnistego (1) o zaplanowanej grubości warstwy strefy reakcyjnej, a wylot (3) cieczy lub gazu znajduje się ponad tą górną powierzchnią (4) złoża, zaś poniżej dolnej powierzchni tej warstwy strefy reakcyjnej znajdują się przynajmniej dwa współśrodkowe, koliste leje (15, 15') o powierzchniach stożkowych, równoległych do dolnej stożkowej części (12) kadzi reakcyjnej, mające górne obrzeża leżące bezpośrednio poniżej dolnej powierzchni warstwy strefy reakcyjnej i mające dolne zakończenia w postaci rurowego wylotu (17,17’).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że odległość dolnego końca rurowego wylotu (17') mniejszego, górnego leja (15') od rurowego wylotu (17) większego, dolnego leja (15) spełnia równanie:

   dt² x ( (2 x lf x stała + dn)² - dy²) = d² x (Dt²-dt²), gdzie

   Dt stanowi zewnętrzną średnicę obrzeża dolnego, większego leja (15), dt stanowi zewnętrzną średnicę obrzeża górnego, mniejszego leja (15'), dj stanowi wewnętrzną średnicę rurowego wylotu (17') górnego, mniejszego leja (15'), dy stanowi, zewnętrzną średnice rurowego wylotu (17') tego samego leja (15'), dn stanowi wewnętrzną średnicę rurowego wylotu (17) dolnego, większego leja (15), zaś lf stanowi odległość od dolnego końca rurowego wylotu (17') mniejszego leja (15) do rurowego wylotu większego leja (15), przy czym wszystkie wymiary występujące we wzorze są podane w metrach, zaś wartość stałej zmienia się dla rozmaitych materiałów ziarnistych w zakresie od 0,12 do 0, 21.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w stronę górnej powierzchni (4) złoża reakcyjnego (1) jest skierowany wylot rury zasilającej (13) doprowadzającej materiał ziarnisty.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że rura zasilająca (13) ma strukturę teleskopową.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wlot cieczy lub gazu ma postać pierścieniowej komory (7) wyposażonej w rury z dyszami (14), umieszczonej wokół cylindrycznej części (10) kadzi reakcyjnej, przy czym te rury są rozmieszczone promieniście do wewnątrz i są odchylone w górę od pierścieniowej komory (7) do środka kadzi reakcyjnej.
6. 6. Urządzenie według 'zastrz. 5, znamienne tym, że rury są w postaci kołpaków (16) mających kształt U lub półkolistych i otwartych ku dołowi.