PL203970B1

PL203970B1 - Reaktor kontaktowy

Info

Publication number: PL203970B1
Application number: PL370621A
Authority: PL
Inventors: Lech J. Sitnik; Anna P. Sitnik
Original assignee: Sitnik Anna P; Sitnik Lech J
Priority date: 2004-10-11
Filing date: 2004-10-11
Publication date: 2009-11-30
Also published as: PL370621A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest reaktor kontaktowy, przeznaczony do katalitycznej obróbki oraz do mieszania mediów.

Wiele katalitycznych procesów prowadzonych jest w reaktorach, w których mieszanina reakcyjna przepływa przez przestrzeń wypełnioną katalizatorem. Zasadniczym problemem w procesach katalitycznych jest zapewnienie dużej powierzchni kontaktu mieszaniny reakcyjnej z katalizatorem, a także zapewnienie prawidłowej cyrkulacji ciepła, zwłaszcza w reakcjach egzotermicznych.

Znane i powszechnie stosowane urządzenia do realizacji procesów katalitycznych są najczęściej wyposażone w złoże katalityczne. Zazwyczaj są to nośniki ceramiczne pokryte warstwą czynną katalizatora, które mają kształt kulek, pierścieni lub półpierścieni i są usypane w reaktorach, np. w rurowych.

Znane i stosowane są również urządzenia do katalitycznej konwersji gazów oraz do katalitycznego przekształcania mediów, w których stosuje się monolityczne ceramiczne lub metaliczne struktury nośnika powleczone materiałem katalizatora. Znane między innymi z opisów patentowych Wielkiej Brytanii nr 2 069 364, DE nr 102 43 971 i US 6 761 857, komórkowe bryły katalizatora, tworzą strukturę w postaci tzw. „plastra miodu” i wykonane są z odpowiednio zwiniętej ułożonej jedna nad drugą pofałdowanej i płaskiej taśmy. Bryła plastrowa jest najczęściej łączona przez lutowanie, tak jak to opisano w patencie DE nr 2 924 592, a następnie powleczona warstwą pośrednią i materiałem katalizatora. Znany jest z japońskiego opisu patentowego JP nr 2004188328 konwertor katalityczny, w którym strukturę nośnika z dużą liczbą kanałów drożnych tworzą osadzone pionowo do przepływu gazu, blachy z naniesionym nań katalizatorem. W opisie patentowym EP 1 431 528 ujawniono urządzenie do oczyszczania spalin zawierające pakiet pofałdowanych płyt usytuowanych równolegle do osi przepływu gazu, płyty są porowate i działają jak filtr, a medium przepływające przez pakiet jest oczyszczane podczas przepływu przez pory poszczególnych płyt pakietu. Urządzenie do mieszania dwóch różnych strumieni cieczy według zgłoszenia patentowego WO 2004020902, wyposażone jest w nośnik z katalizatorem o strukturze w postaci plastra miodu oraz w szereg kształtek sterujących przepływającym medium. Kształtki rozdzielają strumienie oczyszczanego medium, w taki sposób, aby natężenie przepływu przez poszczególne kanaliki złoża było równomierne.

Reaktor kontaktowy według wynalazku jest wyposażony w półki, tworzące konstrukcję osiową, korzystnie usytuowane w płaszczyznach prostopadłych do osi urządzenia. Półki reaktora, mają przemiennie kształt tarczy i pierścienia. Korzystnie też, co najmniej jedna półka ma kształt bryły obrotowej. Korzystnie również półki pierścieniowe i tarczowe mają zróżnicowane średnice. Ponadto półki, z co najmniej jednej strony pokryte są katalizatorem lub wykonane są z materiału katalizatora. W reaktorze, co najmniej jedna półka zaopatrzona jest w otwór, a półki pierścieniowe stykają się z obudową lub są z nią połączone. Korzystnie wszystkie półki mają otwory, tworząc konstrukcję z dużą liczbą kanałów. Korzystnie też półki mają zróżnicowane wymiary. W odmianie reaktora kontaktowego zróżnicowane są odległości między półkami. Korzystnie również półki tarczowe osadzone są na osi, a obudowa urządzenia jest cylindryczna lub stożkowa lub w kształcie odpowiadającym pobocznicy bryły obrotowej, w zależności od wymiarów półek. Korzystnie półki tarczowe i półki pierścieniowe, wykonują względem siebie ruch złożony, posuwisto-zwrotny i/lub obrotowy.

Reaktor kontaktowy w wersji bez katalizatora przeznaczony jest do mieszania takich mediów jak ciecze i gazy, znajduje również zastosowanie jako tłumik pulsacji ciśnienia przepływającego medium. Urządzenie umożliwia moderację ciśnienia i charakteryzuje się niskimi oporami przepływu.

W reaktorze według wynalazku, przeznaczonym do katalitycznego oczyszczania gazów, nie ma problemu z prawidłowym naniesieniem na nośnik warstw pośrednich czy też katalizatora. Podczas eksploatacji urządzenia przepływające medium omywa całkowicie wszystkie jego elementy, a ponadto wyeliminowane są w nim lokalne przegrzania katalizatora, prowadzące zwykle do częściowej jego dezaktywacji, a zatem obniżenia wydajności procesu. Medium przypływające przez strukturę konstrukcyjną ma zapewniony kontakt z katalizatorem, nie powoduje kumulacji zanieczyszczeń. Rozwiązanie według wynalazku pozwala na usunięcie niedogodności dotychczasowych złóż katalitycznych. Przepływ przez złoże jest uporządkowany i łatwo sterowalny. Półki z katalizatorem są całkowicie omywane przez przepływające medium, co pozwala uzyskiwać jego niewielkie wymiary przy wysokiej skuteczności reakcji katalitycznych. Konstrukcja reaktora jest prosta, zezwalająca na łatwe umieszczanie na jego półkach substancji działającej katalitycznie lub też wykonywanie z tych substancji półek.

PL 203 970 B1

Dodatkową zaletą jest fakt, że półki mogą się przemieszczać względem siebie, co ma pozytywny wpływ na turbulencję przepływającego medium, a przez to wzrost skuteczności reakcji katalitycznych. Przepływające medium poddawane jest przemiennie procesowi sterowanego rozciągania i ściskania, przez co stworzone są warunki do dobrego mieszania się składników medium.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat reaktora pionowego w przekroju osiowym, z półkami, o jednakowych wymiarach, usytuowanymi prostopadle do jego osi, fig. 2 przedstawia schemat reaktora pionowego w przekroju osiowym, z kilkoma półkami ukośnymi do jego osi, o zróżnicowanych wymiarach, fig. 3 przedstawia schemat reaktora pionowego, z półkami, o zróżnicowanej grubości i jednakowej średnicy, fig. 4 przedstawia schemat reaktora pionowego o zróżnicowanych wymiarach, fig. 5 przedstawia schemat reaktora poziomego, z osią ruchomą i półkami prostopadłymi do osi o zróżnicowanej grubości, w którym półki pierścieniowe zwężają się od obudowy w kierunku wnętrza reaktora, a półki tarczowe zwężają się od osi w kierunku obudowy, ponadto obudowa wraz z pólkami pierścieniowymi wykonuje ruch złożony; posuwisto zwrotny i obrotowy, fig. 6 przedstawia schemat reaktora poziomego, z półkami prostopadłymi do osi o zróżnicowanej grubości, w którym wlot i wylot umieszczone są w pobocznicy obudowy, po jej przeciwnych stronach, z osią ruchomą, a fig. 7 przedstawia schemat reaktora pionowego, z półkami prostopadłymi do nieruchomej osi o zróżnicowanych wymiarach.

P r z y k ł a d I

Reaktor kontaktowy, przedstawiony na fig. 1, wyposażony jest w walcową obudowę 1 oraz naprzemiennie osadzone w pionie, jedna nad drugą półki tarczowe 2 i pierścieniowe 3. Półki tarczowe 2 zaopatrzone są w otwory 4.

Medium doprowadzane jest wlotem 5 usytuowanym w dolnej części obudowy 1, a jego przepływ wewnątrz obudowy zaznaczony jest na rysunku strzałkami. Medium przepływa omywając obudowę oraz półkę tarczową 2 bez otworu. Po dojściu do krawędzi półki 2 medium przemieszcza się między półką 2 a obudową 1. Poruszając się dalej medium opływa półkę pierścieniową 3, ponieważ półka 3 jest połączona z obudową. Dalej przedostaje się między półki 2 i 3 i część medium przepływa przez otwory 4 półki tarczowej 2. Pozostała część medium płynie do obudowy i po ominięciu krawędzi półki tarczowej 2 wpływa pomiędzy tą półkę i półkę pierścieniową 3. Następnie cykl powtarza się tyle razy ile par półek jedne bez otworów a drugie z otworami zamontowano w obudowie. Po opłynięciu półek i przepłynięciu przez ich otwory medium opuszcza reaktor przez wylot 6 umieszczony w górnej części obudowy 1.

P r z y k ł a d II

Reaktor kontaktowy, przedstawiony na fig. 2, ma w pionowej obudowie 1, w kształcie ściętego stożka, naprzemiennie osadzone, jedna nad drugą półki tarczowe 2 i pierścieniowe 3, przy czym dolne półki tarczowe są usytuowane ukośnie do osi urządzenia. Wlot medium do reaktora 5 usytuowany jest w dolnej części obudowy 1, a wylot 6 w górnej części obudowy.

P r z y k ł a d III

Reaktor kontaktowy, przedstawiony na fig. 3, zbudowany jak w przykładzie I z tą różnicą, że półki wykonane są z aluminium jako materiału katalitycznego. Ponadto półki tarczowe 2, mają kształt stożka, z wierzchołkiem skierowanym w kierunku wlotu 5, a półki pierścieniowe 3 zwężają się od obudowy w kierunku wnętrza reaktora.

P r z y k ł a d IV

Reaktor kontaktowy pionowy, przedstawiony na fig. 4, zbudowany jak w przykładzie II z tą różnicą, że półki pokryte są dwustronnie materiałem katalitycznym, a skrajne półki tarczowe 2 mają kształt bryły obrotowej w postaci podwójnego stożka, o symetrycznie zmniejszającej się grubości w kierunku obudowy. Ponadto półki tarczowe 2 mają otwory 4, a półki pierścieniowe 3 wyposażone są w otwory 7.

P r z y k ł a d V

Reaktor kontaktowy poziomy, przedstawiony na fig. 5, w walcowej usytuowanej poziomo obudowie ma pokryte jednostronnie materiałem katalitycznym i osadzone naprzemiennie jedna za drugą, półki tarczowe 2 utworzone z bryły obrotowej o symetrycznie zmniejszającej się grubości od osi do obudowy reaktora i półki pierścieniowe 3 zwężające się od obudowy w kierunku wnętrza reaktora. Przy tym półki tarczowe 2, osadzone są na osi 8 wykonującej ruch złożony; posuwisto zwrotny oraz obrotowy, natomiast obudowa wraz z półkami pierścieniowymi 3 jest przystosowana do wykonywania ruchu obrotowego.

PL 203 970 B1

P r z y k ł a d VI

Reaktor kontaktowy przedstawiony na fig. 6, zbudowany jak w przykładzie V z tą różnicą, że półki pierścieniowe 3, zaopatrzone są w otwory 7. Oś 8 wykonująca ruch drgający obrotowy, a wlot 5 i wylot 6 usytuowane są na przeciwległych częściach pobocznicy, walcowej obudowy 1.

P r z y k ł a d VII

Reaktor kontaktowy, przedstawiony na fig. 7, ma w pionowej obudowie 1, naprzemiennie osadzone, jedna nad drugą półki tarczowe 2 i pierścieniowe 3, o zróżnicowanych wymiarach. Półki 2 zaopatrzone są w otwory 4, natomiast półki 3 w otwory 7, przy czym osie tych otworów nie pokrywają się. Półki tarczowe 2 mają zróżnicowane wymiary. Oś 8 na której osadzone są półki 2 przystosowana jest do wykonywania ruchu drgającego.

Claims

1. Reaktor kontaktowy wyposażony ewentualnie w złoże katalizatora w obudowie, z naprzeciwległe umieszczonymi otworami wlotowym i wylotowym, znamienny tym, że jest wyposażony w półki tarczowe (2) i pierścieniowe (3), tworzące konstrukcję osiową, usytuowane naprzemiennie, a półki pierścieniowe (3) stykają się z obudową o kształcie pobocznicy bryły obrotowej (1).

2. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że półki pierścieniowe (3) połączone są z obudową (1).

3. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że półki tarczowe (2), usytuowane są ukośnie w stosunku do osi urządzenia.

4. Reaktor według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że półki pierścieniowe (3), usytuowane są ukośnie w stosunku do osi urządzenia.

5. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna półka ma kształt bryły obrotowej.

6. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że półki z co najmniej jednej strony pokryte są katalizatorem.

7. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna półka zaopatrzona jest w otwory.

8. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że półki (2) i (3) wykonane są z materiału katalitycznego.

9. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że półki tarczowe (2) mają zróżnicowane wymiary.

10. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że półki pierścieniowe (3) mają zróżnicowane wymiary.

11. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że odległości między półkami tarczowymi (2) i pierścieniowymi (3) są zróżnicowane.

12. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że półki tarczowe osadzone są na osi (8).

13. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że półki tarczowe (2) i półki pierścieniowe (3) są przystosowane do wykonywania względem siebie ruchu złożonego.

14. Reaktor według zastrz. 13, znamienny tym, że półki tarczowe (2) i/lub półki pierścieniowe (3) przystosowane są do wykonywania względem siebie ruchu obrotowego.

15. Reaktor według zastrz. 13 albo 14, znamienny tym, że półki tarczowe (2) i/lub półki pierścieniowe (3) przystosowane są do wykonywania względem siebie ruchu posuwisto-zwrotnego.