PL208529B1 - Dystrybutor płynu i cząstek ciała stałego do aparatu z warstwą z ograniczoną fluidyzacją - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest dystrybutor płynu i cząstek ciała stałego do aparatu z warstwą z ograniczoną fluidyzacją .

Prowadzenie heterogenicznych procesów w konwencjonalnych aparatach, wykorzystujących warstwę stałą lub fluidalną wiąże się z występowaniem rozmaitych ograniczeń, wynikających z zastosowania danego typu kontaktu międzyfazowego: ciało stałe - płyn. W przypadku zastosowania złoża stałego występują strefy zastoju, niskie szybkości procesów wymiany masy i ciepła, wysokie spadki ciśnień i zmiany temperatur wzdłuż wysokości warstwy, natomiast w sytuacji wykorzystania złoża fluidalnego oprócz wysokich kosztów i skomplikowanej budowy aparatów występują takie niekorzystne zjawiska jak obserwowane z uwagi na charakter i ruch faz fluktuacje prędkości i ciśnień oraz zjawiska kanałowania i tłokowania. Złoże z ograniczoną fluidyzacją będące połączeniem złoża stałego i fluidalnego umożliwia ograniczenie lub eliminację tych niedogodności. W warstwie z ograniczoną fluidyzacją współistnieją duże ziarna, tworzące upakowane złoże stałe i drobne, fluidyzujące w strumieniu płynu w jego przestrzeniach międzyziarnowych.

Znane zastosowania złoża z ograniczoną fluidyzacją można podzielić na dwie grupy. Pierwsza obejmuje procesy, gdzie złoże to jest traktowane jako modyfikacja złoża fluidalnego, a proces toczy się pomiędzy drobnymi ziarnami fazy fluidalnej i płynem. Należą do nich prowadzone w bardziej jednorodnej i izotermicznej warstwie fluidalnej, niż w wypadku złóż konwencjonalnych, procesy dehydratacji i suszenia oraz wymagające intensywnej wymiany masy i ciepła procesy odgazowania węgla, zgazowania koksu, krakingu katalitycznego, czy syntezy tlenku etylenu lub tlenku mezytylu. Drugą grupę zastosowań stanowią procesy heterogeniczne, przebiegające między grubymi, upakowanymi ziarnami ciała stałego i płynem, w których warstwa z ograniczoną fluidyzacją traktowana jest jako modyfikacja konwencjonalnego złoża stałego. Należą do nich prowadzone bardziej intensywnie i w warunkach izotermicznych, przeciwnie niż w złożu stałym, procesy regeneracji paliwa do reaktorów atomowych, regeneracji węgla aktywnego oraz adsorpcji m.in. pary wodnej ze strumienia osuszanego gazu.

Opisane powyżej procesy, przebiegające w warstwie z ograniczoną fluidyzacją wymagają zastosowania specjalnie zaprojektowanego aparatu, w którym wprowadzanie płynu i drobnych cząstek ciała stałego do przestrzeni międzyziarnowej stałego upakowania, realizowane jest przez co najmniej dwa układy, będące częścią aparatu, przy czym każdy z układów wprowadza inną fazę.

W znanych procesach, wykorzystują cych zło że z ograniczoną fluidyzacją pł yn i drobne cząstki ciała stałego wprowadzano, stosując niezależne dystrybutory obu faz, które stanowią część aparatu specjalnie zaprojektowanego do pracy jedynie z warstwą z ograniczoną fluidyzacją.

Zostało to ujawnione w artykule Waskakow A.P., Lummi A.PP., Chim. Prom., nr 11, str. 844, 1963 rok, w którym przedstawiono aparat przystosowany do pracy w układzie otwartym ze współprądowym przepływem cząstek fazy fluidalnej w złożu z ograniczoną fluidyzacją. W dolnej sekcji aparatu przygotowuje się mieszaninę płynu i drobnych cząstek, które transportuje się pneumatycznie do wejścia dystrybutora w kształcie stożka rozwartego ku górze. Dystrybutor po uzupełnieniu mieszaniny w połowie jego wysokoś ci o dodatkowy strumień płynu, wprowadza ją do położonej nad dystrybutorem cylindrycznej nasadki wypełnionej stałym upakowaniem, gdzie tworzy się złoże z ograniczoną fluidyzacją. Na szczycie aparatu znajduje się analogiczna sekcja, której stożkowy dystrybutor połączony jest z niższą sekcją rurą transportu pneumatycznego drobnych cząstek fazy fluidalnej. Nasadka najwyższej sekcji aparatu jest wyposażona w przelew, wyprowadzający cząstki ciała stałego.

Aparat przystosowany do pracy w układzie otwartym z przeciwprądowym ruchem cząstek fazy fluidalnej do kierunku przepływu płynu ujawniono również w artykule Ljaszkow B. I., Strjelcow J. A., Dieriewiakina A. I., Chim. i Chim. Tiechn., nr 20, str. 1395, 1977 rok. W dolnej części aparatu usytuowany jest dystrybutor płynu, mający kształt stożka, podstawą skierowanego ku górze, który zakończony jest porowatą przegrodą podpierającą warstwę z ograniczoną fluidyzacją. W górnej części aparat ma dystrybutor drobnych cząstek ciała stałego, które równomiernie rozprowadzane opadają grawitacyjnie na szczyt upakowanego złoża. Cząstki fazy fluidalnej wyprowadzane są z warstwy z ograniczoną fluidyzacją przez rurę, znajdującą się w dystrybutorze gazu.

Aparat przystosowany do pracy w układzie z przeciwprądowym, otwartym złożem z ograniczoną fluidyzacją ujawniono w artykule RoesA. W. M., Van Swaaij W. P. M., Chem. Eng. Jour., nr 18, str., 29, 1979 rok. Składa się on z kilku sekcji: najwyższej - wyprowadzenia płynu, stanowiącej również dystrybutor drobnych cząstek ciała stałego, w postaci kilku warstw upakowanych pierścieni Palla, koPL 208 529 B1 lejnej - z upakowaniem pierścieniami Palla, gdzie tworzy się warstwa z ograniczoną fluidyzacją następnej - pomiarowej, gdzie umieszczono dystrybutor płynu z dwoma doprowadzeniami i zawory sterujące przepływem oraz sekcji najniższej z konwencjonalną fluidyzacją, gdzie opadają drobne cząstki ciała stałego, które zawracane są przewodem pneumatycznym na szczyt aparatu do pierwszej sekcji.

Dystrybutor płynu i cząstek ciała stałego do aparatu z warstwą z ograniczoną fluidyzacją wyposażony w doprowadzenie płynu i cząstek ciała stałego, charakteryzuje się tym, że ma korpus, którego wnętrze podzielone jest dolną porowatą przegrodą na dwie komory: górną oraz dolną do której od dołu jest doprowadzany płyn. Wzdłuż górnej krawędzi korpusu wykonane jest wyżłobienie, stanowiące górną komorę, do której z boku jest doprowadzany płyn, przy czym komora ta oddzielona jest od wnętrza dystrybutora pierścieniową porowatą przegrodą. Nad dolną porowatą przegrodą z boku zainstalowane jest doprowadzenie drobnych cząstek ciała stałego w strumieniu płynu.

Korpus dystrybutora ma kształt cylindra, w którego wnętrzu, w górnej komorze, znajdują się drobne cząstki ciała stałego lub drobne cząstki ciała stałego i gruboziarniste upakowane złoże stałe.

Zaletą dystrybutora według wynalazku jest to, że umożliwia on równomierną dystrybucję strumieni płynu i drobnych cząstek ciała stałego w przekroju aparatu oraz dobór składu warstwy z ograniczoną fluidyzacją przy różnych przepływach. Ponadto pozwala on na zmiany tego składu w czasie bez konieczności przerywania pracy aparatu z warstwą otwartą lub zamkniętą dla ruchu cząstek fazy fluidalnej.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schematycznie dystrybutor płynu i cząstek ciała stałego wraz z aparatem z warstwą z ograniczoną fluidyzacją w przekroju poprzecznym. Dystrybutor ma korpus 1 w kształcie cylindra, wnętrze którego podzielone jest na górną komorę 2, zawierającą fazę fluidalną i dolną komorę 3 rozprowadzenia płynu, rozdzielonych porowatą przegrodą 4. W dolnej komorze 3 od dołu znajduje się króciec 5 doprowadzający płyn, natomiast powyżej porowatej przegrody 4 zamontowany jest z boku króciec 6 doprowadzający drobne cząstki ciała stałego w strumieniu płynu. W górnej części dystrybutora, wzdłuż krawędzi jego ścianki, wykonane jest wyżłobienie, stanowiące górną komorę 7 rozprowadzania płynu, który jest do niej doprowadzany króćcem 8, umiejscowionym z boku korpusu 1 i do wnętrza dystrybutora wpływa z niej przez pierścieniową porowatą przegrodę 9, rozdzielającą górną komorę 7 rozprowadzenia płynu od wnętrza dystrybutora. Górną powierzchnię dystrybutora stanowi kolejna porowata przegroda 10, na której opiera się gruboziarniste upakowane złoże stałe 11, umieszczone w cylindrycznym aparacie 12, który zamontowany jest na dystrybutorze. W górnej części aparat 12 ma zamontowany króciec 13, odprowadzający drobne cząstki ciała stałego oraz króciec 14 wyjścia płynu.

Górna komora 2 dystrybutora może być wypełniona także nieruchomym gruboziarnistym upakowanym złożem stałym wraz z zawartymi w jego przestrzeniach międzyziarnowych drobnymi cząstkami fazy fluidalnej, co nie jest przedstawione na rysunku i wówczas we wnętrzu dystrybutora również powstaje złoże z ograniczoną fluidyzacją.

Złoże z ograniczoną fluidyzacją w aparacie 12 usytuowane jest powyżej porowatej przegrody 10, stanowiącej górną powierzchnię dystrybutora i składa się z gruboziarnistego upakowanego złoża stałego 11 i drobnych fluidyzujących w jego przestrzeni międzyziarnowej cząstek ciała stałego i jego skład dobierany jest przez ustalenie odpowiednich proporcji strumieni wpływających przez króćce 5, 6 i 8 dystrybutora. Jeśli płyn wprowadzany jest jedynie bocznym górnym króćcem 8, omija on podpierane dolną porowatą przegrodą 4 wypełnienie w górnej komorze 2 we wnętrzu dystrybutora i wchodzi przez górną porowatą przegrodę 10 do aparatu 12 nie wprowadzając ze sobą drobnych cząstek fazy fluidalnej. Płyn przepływa wówczas przez aparat 12 wypełniony jedynie warstwą gruboziarnistego upakowanego złoża stałego 11. Jeśli strumień płynu przepływa jedynie dolnym króćcem 5, to generuje on fazę fluidalną w górnej komorze 2 we wnętrzu dystrybutora. Ponieważ wysokość usypanej warstwy cząstek fazy fluidalnej, podczas braku przepływu płynu dolnym króćcem 5, sięga do wysokości pierścieniowej porowatej przegrody 9, to przy przepływie płynu tym króćcem 5, po przekroczeniu minimalnej prędkości fluidyzacji drobnych cząstek, faza fluidalna rozszerza się ponad górną porowatą przegrodę 10 i drobne cząstki wprowadzane są wraz z płynem do aparatu 12 nad dystrybutorem, tworząc w nim złoże z ograniczoną fluidyzacją. Wysokość warstwy fluidalnej w aparacie 12, generowanej między grubymi ziarnami podpieranymi przegrodą 10, może rosnąć aż do szczytu gruboziarnistego upakowanego złoża stałego 11 wraz ze wzrostem przepływu płynu, wchodzącego przez dolny króciec 5 kosztem ilości drobnych cząstek zawartych w górnej komorze 2 we wnętrzu dystrybutora. Wzrost wysokości fazy fluidalnej w aparacie 12 można uzyskać również bez dalszego wprowadzania drobnych cząstek z dystrybutora przez doprowadzenie płynu dodatkowo bocznym króćcem 8,

PL 208 529 B1 wprowadzającym płyn przez pierścieniową przegrodę porowatą 9. W efekcie, przy stałej ilości wprowadzonych cząstek fazy fluidalnej, ze wzrostem przepływu płynu przez boczny króciec 8, rośnie wysokość fazy fluidalnej w upakowanym złożu stałym 11 aparatu 12 oraz porowatość przestrzeni międzyziarnowych przez nią wypełnionych. Wzrost wysokości fazy fluidalnej w aparacie 12 można uzyskać również bez zmian porowatości, wprowadzając cząstki fazy fluidalnej z dystrybutora przez boczny króciec 6, doprowadzający drobne cząstki ciała stałego w strumieniu płynu. Rośnie wówczas masa wprowadzonej do aparatu 12 fazy fluidyzujących drobnych cząstek bez wzrostu ilości wprowadzonego płynu. Przy stałym sumarycznym przepływie płynu z króćców 5, 6 i 8 można również, bez przerywania procesu prowadzonego w aparacie 12 z warstwą z ograniczoną fluidyzacją zmieniać proporcje między nimi w czasie, zapewniając mimo utrzymania stałego reżimu pracy aparatu 12 zmienne w czasie parametry warstwy z ograniczoną fluidyzacją. Poprzez dobór strumieni, przepływających przez króćce 5, 6 i 8 moż na zatem uzyskać w aparacie 12 warstwę stałą gruboziarnistego upakowanego zł oża stałego 11 lub warstwę z ograniczoną fluidyzacją o dowolnej wysokości nie przekraczającej wysokości stałego upakowanego złoża 11 w aparacie 12 oraz o dowolnej porowatości przestrzeni międzyziarnowej ograniczonej przez porowatość o wartości 1 i porowatości drobnych cząstek przy minimalnej prędkości fluidyzacji. Boczny króciec 6 dystrybutora, wprowadzający cząstki ciała stałego w płynie, może być również połączony z króćcem 13 aparatu 12 z warstwą z ograniczoną fluidyzacją jeśli jest on przystosowany do pracy w układzie otwartym dla ruchu fazy fluidalnej wzdłuż wysokości złoża 11. Odbierane króćcem 13 ze szczytu złoża 11 drobne cząstki fazy fluidalnej są zawracane przez boczny króciec 6 dystrybutora do aparatu 12. Istnieje również możliwość wykorzystywania tego króćca 6 jako wylotu drobnych cząstek fazy fluidalnej, gdy aparat 12 przystosowany jest do pracy w układzie otwartym dla ruchu cząstek fazy fluidalnej z jej przeciwprądowym ruchem względem płynu.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Dystrybutor płynu i cząstek ciała stałego do aparatu z warstwą z ograniczoną fluidyzacją wyposażony w doprowadzenie płynu i cząstek ciała stałego, znamienny tym, że ma korpus (1), na którego górnej powierzchni znajduje się porowata przegroda 10, i którego wnętrze podzielone jest dolną porowatą przegrodą (4) na dwie komory: górną (2) oraz dolną (3), do której od dołu jest doprowadzany płyn, zaś wzdłuż górnej jego krawędzi znajduje się górna komora (7), do której z boku jest doprowadzany płyn, przy czym komora (7) oddzielona jest od wnętrza dystrybutora pierścieniową porowatą przegrodą (9), natomiast nad dolną porowatą przegrodą (4) z boku zainstalowane jest doprowadzenie drobnych cząstek ciała stałego w strumieniu płynu.
2. 2. Dystrybutor według zastrz. 1, znamienny tym, że korpus (1) ma kształt cylindra, w którego wnętrzu w górnej komorze (2) znajdują się drobne cząstki ciała stałego lub drobne cząstki ciała stałego i gruboziarniste upakowane złoże stałe podparte dolną porowatą przegrodą (4).

   Wykaz oznaczeń na rysunku

   1 - korpus dystrybutora 2 - górna komora we wnę trzu dystrybutora 3 - dolna komora we wnę trzu dystrybutora 4 - dolna przegroda porowata

   5 - dolny króciec doprowadzania pł ynu

   6 - boczny króciec doprowadzania drobnych cząstek ciała stałego w strumieniu płynu 7 - górna komora na krawędzi korpusu 8 - górny boczny króciec doprowadzania pł ynu 9 - pierś cieniowa porowata przegroda

   10 - górna porowata przegroda

   11 - upakowane złoże stałe

   12 - aparat

   13 - króciec odprowadzania drobnych cząstek ciała stałego

   14 - króciec wyjścia płynu