PL9627B1 - Aparat do reakcyj katalitycznych. - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy urzadzen do kata¬ lizowania, szczególnie dla egzotermicz¬ nych reakcyj katalitycznych.Ochladzanie mas katalitycznych jest bardzo wazne przy dokladnie egzotermicz¬ nej reakcji. Dla wielu reakcyj tego rodzaju nadaja sie wprawdzie apara¬ ty, w których masa katalityczna znajduje sie w waskich rurach; konstrukcja i dzia¬ lanie ich posiada jednak wiele wad. Tak np. jest bardzo czesto trudnem dostoso¬ wanie odpornosci rozmaitych rur, tak ze gazy przeplywaja nierównomiernie, jako tez powstaja inne niepozadane wyniki.Aparaty korytowe lub warstwowe, jak np. aparaty do kwasu siarkowego typu Grillo i podobne, w których masa katalityczna znajduje sie w stosunkowo wielkich war¬ stwach, posiadaja przeciwnie wiele korzy¬ sci ze wzgledu na równomierny przeplyw gazu i taniosc w ich wykonaniu. Ochla¬ dzanie masy katalitycznej w takich apa¬ ratach przy egzotermicznych reakcjach jest jednak bardzo trudne, gdyz poziome warstwy ochladzaja sie na obwodzie sto¬ sunkowo latwo, staraja sie jednak roz¬ grzewac w srodkowych strefach.Próbowano juz pracowac aparatami, przy których masa katalityczna nie znaj¬ duje sie w rurach, lecz otacza je, podczas gdy przez rury przeplywaja chlodzace cie¬ cze lub gazy. Sposób ten umozliwia wprawdzie przy utrzymywaniu zalet urza¬ dzenia warstwowego typu dostateczne o- chladzanie, nie osiagnieto jednak równo¬ miernego ochladzania przy równomiernemulozeniu rur. Przy materjale chlodzacym, wystarczajacym do ochraniania srodko¬ wych czesci od przegrzania, strefy, znaj¬ dujace sie przy obwodzie aparatu, byly o- chladzane nietylko przez rury, lecz tak¬ ze sama oslona aparatu zbytnio chlodzila je, podczas gdy przy materjale chlodza¬ cym, dostosowanym do stref znajdujacych sie przy obwodzie aparatu, srodkowe stre¬ fy byly chlodzone. Przy niektórych reak¬ cjach jest jednak bardzo waznem zapo¬ bieganie zmianom stopnia chlodzenia, przeciwnie celem ich jest osiagniecie rów¬ nomiernej temperatury^ Pozadanem jest to szczególnie przy zwrotnych reakcjach, przy których równowaga zalezy w wiel¬ kiej mierze od temperatury, jako tez przy reakcjach, przy których powstaja niepo¬ zadane poboczne reakcje, jezeli najlep¬ szy stopien temperatury zostal przekroczo¬ ny, lub nie zostal osiagniety. Powstaje to czesto pnzy utlenianiu organicznych sub- stancyj (jak np. przy aromatycznych skladnikach) przy którem wytwarzaja sie niepozadane boczne produkty, jezeli tern* peratury reakcji masy katalitycznej nie sa utrzymywane na równomiernym poziomie.Próby wykazaly, ze równomierne o- chladzanie katalizatorów osiaga sie przy kazdym odpowiednim typie chlodzacych rur lub przy ich kombinacji, jezeli zasto¬ suje sie w odpowiednim stosunku albo i- losc rur, ich zewnetrzne powierzchnie, ja¬ ko tez predkosc przeplywajacych gazów albo temperatury gazów, tak ze srodkowe strefy katalizatora sa ochladzane silniej niz strefy lezace przy obwodzie aparatu.Nastepstwem tego jest równomierna tem¬ peratura masy katalizatora, poniewaz stre¬ fy zewnetrzne otrzymuja dodatkowe o- chladzanie przez oslone aparatu.Zadanie wynalazku, a mianowicie zwiekszona skutecznosc chlodzenia srod¬ kowych stref katalizatora, nie zalezy w pierwszej linji od oznaczonego przewod¬ nictwa ciepla samego katalizatora. Ma- terjaly te posiadaja w ogólnosci slabe przewodnictwo cieplne, czesciowo dlatego, poniewaz sa zastosowane substancje o ta¬ kich wlasnosciach, a glównie dlatego, po¬ niewaz warstwy katalizatora skladaja sie z ziarnek, dotykajacych sie tylko w nie¬ wielu punktach. Stopien chlodzenia, do którego maja byc doprowadzone srodko¬ we czesci katalizatora, zalezy wiec od stopnia przewodnictwa cieplnego kataliza¬ tora, wobec oziego pozadanem jest dopro¬ wadzic ten materjal do metalowych cial w ksztalcie ziarnek, wiórów metalowych, od¬ padków lub tym podobnym,- celem zwyzki przewodnictwa masy katalitycznej, jako calosci. Takie srodki pomocnicze sa juz same z siebie znane, a wynalazek polega na kombinacji ich z ulozeniem elementów chlodzacych. Zastosowanie cial o Wyso¬ kiem przewodnictwie cieplnem w postaci katalizatorów jest tylko srodkiem lago¬ dzacym, poniewaz ziarnka metalowe, wió¬ ry i inne podobni ciala nie stykaja sie ze soba na wielkich powierzchniach, posiada¬ ja wiec takie same wady przenoszenia ciepla, jakie sa zawarte w samych katali¬ zatorach.Rysunek przedstawia kilka przykla¬ dów wykonania wynalazku, a mianowi¬ cie glówne cechy konstrukcji urzadzenia, podczas gdy rozmaite szczególy nalezace do aparatu, jako ogólnie znane, nie zo¬ staly przedstawione.Fig. 1 przedstawia w przekroju urza¬ dzenie, zaopatrzone w ochladzajace glad¬ kie rury, fig. 2—w przekroju urzadzenie o podwójnych rurach, fig. 3 — przekrój pionowy urzadzenia zaopatrzonego w rury zastosowane do zmiennych pred¬ kosci gazu. Fig. 4 i 5 przedstawiaja w przekroju urzadzenia o podwójnych ru¬ rach, zaopatrzone w mechanizmy do zmie¬ niania predkosci przeplywu gazów przez ochladzajace rury, a fig. 6 i 7 — aparat skrzyniowy, zaopatrzony w poziome ru¬ ry, które przy wykonaniu wedlug fig. 6 sa — 2 —nierównomiernie, a przy wykonaniu we¬ dlug fig/ 7 równomiernie zastosowane* Fig. 8 i 9 pokazuja w przekroju urzadze¬ nia, zaopatrzone w szeregi przeplywów ga¬ zowych przez ochladzajace rury i w do¬ datkowe ochladzanie.Urzadzenie wedlug fig. 1 sklada sie z cylindrycznej oslony 1, pokrywy 2, dna 3, górnej oslony na calej szerokosci aparatu w postaci sciany 4 i dolnej — w postaci dziurkowanej sciany 5. Obie sciany sa po¬ laczone prostemi rurami 6, otoczonemi ma¬ sa katalityczna 7. Gazy reakcji wplywaja do nakrywy 2 przy 8, zostaja rozdzielone zapomoca talerzy 9 i przeplywaja przez ochladzajace rury 6 do przestrzeni 10, u- tworzonej przez dno 3, oslone 1 i dziur¬ kowana sciane 5. Z przestrzeni tej gazy dostaja sie przez otwory sciany 5 i mase katalityczna 7 do przestrzeni 11, utworzo¬ nej miedzy górna powierzchnia masy a sciana 4 i odplywaja nastepnie przez o- twór 12 w oslonie 1.Oddalenie rur chlodzacych od siebie zwieksza sie odj srodka aparatu ku oslo¬ nie 1% a grubosc warstw katalizatora pod¬ nosi sie ciagle równiez od srodka aparatu ku oslonie. Warstwy te musza wiec byc tak ulozone, ze umozliwiaja równomierne chlodzenie przy kazdej reakcji, które w ogólnosci musi zmieniac sie w zaleznosci od rodzaju reakcyj, wytwarzajacych roz¬ maite ilosci ciepla i powodujacych zmia¬ ne wydajnosci katalizatora.Jasnem jest, ze zimne gazy reakcji o- grzewaja sie przy przeplywie przez ochla¬ dzajace rury do temperatury w zasadzie równomiernej, podczas gdy w tym samym czasie katalizator ochladza sie równo¬ miernie, tak ze zostaje utozymywana stale najlepiej dzialajaca temperatura w calej warstwie masy katalitycznej. Zamiast jed¬ nego reakcyjnego gazu mozna wprowa¬ dzic wieksza ich ilosc, a w razie potrzeby moga równiez przeplywac rozmaite gazy przez pojedyncze rury. W ogólnosci apa¬ rat moze otrzymac tez wieksza ilosc ga¬ zów reakcji w równych lub odrózniaja¬ cych sie od siebie ilosciach.Aparat przedstawiony na fig. 2 umoz¬ liwia samoczynna wymiane ciepla. Wply¬ wajace gazy reakcji przeplywaja naj¬ pierw aparat tak, ze powstaje posrednia wymiana ciepla miedzy/ niemi a kataliza¬ torem, poczem kierunek ich pradu odwra¬ ca sie i powoduje bezposrednia wymiane ciepla. Wkoncu, po drugiem odwróceniu kierunku pradu* gazy te przeplywaja przez warstwe katalizatora. Konstrukcja apara¬ tu rózni sie od aparatu przedstawionego na fig. 1 tern, ze zamiast pojedynczych rur 6, laczacych sciany 4 i 5, zastosowane sa podwójne rury, skladajace sie z zamknie¬ tych rur 13, ulozonych w masie katali¬ tycznej i z otwartych rur 14, skierowa¬ nych wdól od sciany 4. Gazy, wplywajace przez otwór 8 i zmieszane zapomoca prze¬ gród 9, przeplywaja przez rury 14 az do dna rur 13, nastepnie wgóre przez pier¬ scieniowa przestrzen miedzy rurami 13 i 14, a w koncu przez mase katalizatora do komory 10 i do ujscia 12.Poniewaz rury ochladzajace rozmie¬ szczone sa w srodkowej czesci katalizatora gesciej niz w czesciach blizej oslony apa¬ ratu, skutecznosc chlodzaca zmniejsza sie od srodka ku obwodowi, a jezeli przestrze¬ nie te sa odpowiednio dostosowane do przeprowadzanej reakcji, osiaga sie zu¬ pelnie równomierne ochladzanie.Aparaty przedstawione na fig. 1 i 2 pracuja korzystnie, jezeli przestrzenie mie¬ dzy rurami odpowiadaja w zupelnosci przewodnictwu cieplnemu katalizatora, ro¬ dzajowi reakcji i predkosci przeplywu ga¬ zów przez aparat. Ogranicza ona miano¬ wicie wysokosc wytworzonego ciepla i wy¬ woluje w pewnej mierze rozdzial ciepla, poniewaz nastepstwem zwyzki przeplywu gazu w granicach zupelnej reakcji jest zwyzka wytworzonego ciepla, które jed¬ nak zostaje czesciowo zobojetnione przez — 3 —zasadniczo równa zwyzke ilosci przeply¬ wajacych gazów chlodzacych. Promienio¬ wanie oslony aparatu nie zmienia sie, a odpowiednio do wzglednej skutecznosci tej oslony ochladzanie przy wysokich i niskich predkosciach gazów jest rozmaite.Dzialanie chlodzace rur jest wiec równiez rozmaite, poniewaz przy wyzszych pred¬ kosciach gaz nie moze byc ogrzany do tak wysokiego stopnia temperatury. Aparaty wedlug fig. 1, 2 i 6 moga wiec pracowac z zupelna skutecznoscia tylko przy zasto¬ sowaniu pewnego oznaczonego katalizato¬ ra i przy oznaczonej predkosci reakcji.Zadowalniajace regulowanie mozna o- siagnac przez zmiane stosunku gazów przeplywajacych przez chlodzace elemen¬ ty, nawet jezeli sa one równomiernie ulo¬ zone. Konstrukcje taka przedstawiaja fig. 3, 4 i 5, przy których rury 6 i wewnetrz¬ ne rury 14 sa zaopatrzone w czopy 15 i 16 o rozmaicie wielkich otworach z wy¬ jatkiem rury srodkowej, która nie posiada takiego czopa.Przy wykonaniach wedlug fig. 3 i 4 przez srodkowe rury 6 i 14 przeplywa wieksza ilosc gazów, niz przez rury mie¬ dzy niemi lezace, przyczem ilosc gazu, przeplywajaca przez te ostatnie, jest wiek¬ sza od ilosci gazów, przeplywajacej przez rury blizej obwodu. Wobec tego zastoso- wuje sie wiecej niz dwie wielkosci otwo¬ rów czopowych, a w praktyce aparat po¬ siada wieksza ilosc chlodzacych rur niz przedstawia rysunek, który ogranicza sie celem jasnego przedstawienia do malej ilosci takich elementów. Srodkowe rury sa wiec silniej chlodzone niz rury, znajduja¬ ce sie na obwodzie, a przy odpowiedniem zastosowaniu przeplywu gazu osiaga sie zupelnie równomierne ochladzanie. Ten sposób kontrolowania ochladzania umozli¬ wia dostosowanie go do rozmaitych pra¬ dów gazów i do rozmaitych reakcyj tylko przez zastosowanie czopów o rozmaitych wymiarach, przyczem zbedna jest przebu¬ dowa aparatu.Przy wykonaniu wedlug fig. 5 rury 14, zaopatrzone w czopy 15 i 16, posiadaja rozmaita dlugosc. Osiaga sie to przez prze¬ dziurawienie dolnych czesci rur 14 na roz¬ maitych wysokosciach, przez co osiaga sie taki sam wynik, jak przy skróconych ru¬ rach. Ta ostatnia konstrukcja moze byc równiez zastosowana, nie jest jednak po¬ zadana, gdyz powstaje nagla granica mie¬ dzy chlodzonemi a niechlodzonemi cze¬ sciami rur 13, natomiast przedziurawienia zmniejszaja wprawdzie dlugosc rur, gaz jednak przeplywa w malej ilosci do dna rur 13\, tak ze nie powstaje ostra grani¬ ca miedzy chlodzonemi a niechlodzonemi czesciami.Przedstawione na fig. 6 i 7 aparaty, po¬ siadajace poziome rury, skladaja sie z o- slony 17, nakrywy 18 dna 19, talerzy 20, przedziurawionej sciany 21 i warstwy ka¬ talizatora 22. Poziome rury chlodzace 23, przechodzace przez katalizator i oslone a- paratu, uchodza w glówne gazowe rury 24 i 25. Gazy reakcji doplywaja przez otwór zastosowany w nakrywie 18, przeplywaja przez mase katalityczna i odplywaja przez otwór w dnie 19.Rury chlodzace sa przy wykonaniu we¬ dlug fig. 6 zastosowane niesymetrycznie, t. j. oddalenie jednej od drugiej jest w gór¬ nej czesci warstwy katalizatora mniejsze niz w dolnej czesci tej warstwy, tak ze w górnej czesci, która styka sie z swie- zemi gazami reakcji i powoduje wobec te¬ go najsilniejsza reakcje polaczona z wy¬ twarzaniem najwyzszej temperatury, o- chladzanie jest najwieksze. Oslona apara¬ tu moze byc czworograniasta lub cylin¬ dryczna, a rury powinny byc w ten spo¬ sób ulozone, ze powstaje równomierne o- chladzanie w kazdej strefie katalizatora.Zamiast niesymetrycznego oddalenia jednej rury od drugiej moze byc zmienio¬ na predkosc przeplywu gazów przez tu- _ 4 —ry^ Konstrukcje taka przedstawia fig- 7, przy której dolne rury sa zaopatrzone w czopy 27 i 28, sluzace do zmniejszenia i- losci przez nie przeplywajacych gazów* Moze byc równiez zastosowana, i jest tez w niektórych przypadkach pozadana, kom¬ binacja rozmaitych oddalen i predkosci przeplywu gazów.Do ochladzania (fig. 6 i 7) moze byc zastosowane powietrze atmosferyczne lub tez jakis inny odpowiedni gaz. Równiez gazy reakcji moga najpierw przeplywac przez chlodzace rury, a nastepnie do apa¬ ratu, tak ze powoduja równoczesnie z o- chladzaniem ogrzewanie gazów reakcji.Cel ten daje sie osiagnac tez zapomoca ciecz i par lub ich kombinacyj. Gazy chlo¬ dzace moga byc przeprowadzane w ser- jach przez rury, a mianowicie najpierw przez rury znajdujace sie w najgoretszej strefie. Zaleta tego sposobu polega na tern, ze dla dolnych czesci strefy katalitycznej, w których reakcja odbywa sie bardzo wol¬ no, ochladzanie moze byc bardzo niskie lub tez zupelnie zbedne, a w niektórych przypadkach pozadane Jest ogrzewanie, a to z powodu rozcienczenia gazów reakcji jej produktom. Zamiast prostych rur mo¬ ga byc zastosowane w rozmaitych stre¬ fach rury spiralne, jako tez inne odmiany ulozenia tych rur, celem uzyskania rów¬ nomiernego ochladzania, W opisanych urzadzeniach do ochla¬ dzania sluza w wiekszosci przypadków chlodzace gazy. Jezeli jednak jeden lub kilka ze skladników reakcji sa przy nor¬ malnych temperaturach cialami plynnemi lub stalemi i musza byc parowane lub je¬ zeli gazy reakcji zawieraja nieczynne pa¬ ry, mozna zuzyc utajone cieplo parowania cieczy do ochladzania rur w srodku kata¬ lizatora.Aparat przedstawiony na fig. 8 sklada sie z oslony 29, nakrywy 30, dna 31, scian 32 i 33 i z katalizatora 34, zastosowanego miedzy temi scianami, Obie sciany sa po¬ laczone zapómóca rur 35, znajdujacych sie miedzy srodkiem a obwodem katalizatora, podczas gdy odwrócone podwójne rury 36 i 37 prowadza z dolnej sciany 33 wgóre do katalizatora. Rufy te sa zaopatrzone w otwory 38 i 39, z których ostatnie la¬ cza wnetrze rur bezposrednio z kataliza¬ torem.Komory 42 i 43 sa zaopatrzone w do¬ plywy dla gazu 40 i 41, podczas gdy od¬ plyw 44, zastosowany ponad warstwa ka¬ talizatora a pod sciana 32, sluzy do od¬ prowadzania produktów reakcji. Przez na- krywe 30 sa przeprowadzone w rury 35 roz¬ pylacze 45, zaopatrzone w dysze 46. Ga¬ zy reakcji doplywaja przez m doplyw 40 ewentualnie tez 41, a mianowicie przeply¬ waja one z doplywu 40 przez rury 35 i la¬ cza sie z gazami doplywaj acemi pnzezj do¬ plyw 41 w komorze 43, iz której gazy plyna wgóre przez rury 36 i w»dól przez rury 37, przyczem wymieniaja cieplo z katalizatorem, ogrzewajac sie jego cieplem. Po osiagnieciu dna rur 37 gazy wplywaja przez Otwory do kataliza¬ tora i sa kierowane wgóre, poczem od¬ plywaja przez 44. Podwójne rury 36 i 37 tworza w tym przypadku pierwotne ele¬ menty chlodzace, a rury 35 takiez wtórne elementy. Te ostatnie ,zastosowane w ma- lem oddaleniu od srodkowych czesci ka¬ talizatora, zostaja ochladzane równiez przez rozpryskiwanie na sciany rur zapo¬ moca dysz 46 stalych cial lub cieczy, któ¬ re przeplywaja nastepnie wdól w postaci blony, stykajac sie z goracym katalizato¬ rem, tak ze paruja lub topia sie, przyczem utajone cieplo parowania lub topienia mo¬ ze byc zuzyte do wytwarzania dodatkowe-* go ochladzania srodkowych czesci katali¬ zatora. Zamiast plynnych lub stalych skladników reakcji mozna w niektórych przypadkach wprowadzac przez dysze 46 obojetne ciecze, np. wode, przez co osiaga sie równoczesnie z ochladzaniem roz¬ cienczenie gazów reakcji, pozadane cze- — 5 —sto dla zlagodzenia skutecznosci reakcji, przyczem wzglednie wysokie gatunkowe cieplo pary jest waznym czynnikiem chlo¬ dzacej skutecznosci pierwotnych rur 36 i 37.Fig. 9 przedstawia urzadzenie odpo¬ wiadajace fig. 8 z ta róznica, ze oslona ze scianami jest odwrócona, tak ze pierwotne rury chlodzace siegaja nadól w mase ka¬ talityczna. Dzialanie jest takie samo, jak przy urzadzeniu wedlug fig. 8, z ta rózni¬ ca, ze ciecze lub stale ciala, wprowadzone przez dysze 46, przeplywaja w przeciw- pradzie do gazów przeplywajacych przez rury 35, a wiec stykaja sie ciagle z scia¬ nami tych rur az do zupelnego ulotnienia sie ich. Koniecznem jest to przy zastoso¬ waniu wielkiej ilosci cieczy, gdyz zapo¬ biega mozliwosci dostania sie cieczy do komory 43, co moze nastapic w urzadza¬ niu wedlug fig. 8.Wynalazek nie ogranicza sie do przed¬ stawionych urzadzen, jprzeciwnie, moga byc zastosowane rozmaite zmiany pier¬ wotnego i wtórnego chlodzenia gazami lub tez parowania. PL PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe. 1. Aparat do reakcyj katalitycznych, znamienny tern, ze elementy, sluzace do wymiany ciepla, sa ulozone w warstwie katalizatora ulozonego warstwami, tak ze osiaga sie w zasadzie równomierne ochla¬ dzanie przez caly poziomy przekrój war¬ stwy katalizatora. 2. Aparat wedlug zastrz. 1, znamien¬ ny tem, ze elementy ochladzajace sklada¬ ja sie z rur zewnetrznych o zamknietem dnie, ulozonych w masie katalizatora, i z otwartych rur wewnetrznych, umieszczo¬ nych w pierwszych rurach, przyczem ga¬ zy reakcji przeplywaja wdól przez we¬ wnetrzne rury do dna rur zewnetrznych, a po odwróceniu kierunku ich pradu—wgó- re przez te rury i nastepnie przez kataliza¬ tor. 3. Aparat wedlug zastrz. 1 i 2, zna¬ mienny tem, ze oddalenie srodkowych chlodzacych elementów od /siebie jest mniejsze niz oddalenie elementów, znaj¬ dujacych sie blizej obwodu aparatu, 4. Aparat wedlug zastrz. 1 i 3, zna¬ mienny tem, ze gazy reakcji przeplywaja przez rury z róznemi predkosciami, przy¬ czem predkosc przeplywu w rurach srod¬ kowych jest wieksza niz w rurach umie¬ szczonych przy obwodzie aparatu. 5. Aparat wedlug zastrz. 4, znamien¬ ny tem, ze zmiane predkosci osiaga sie przez zmiane przekroju chlodzacych rur. 6. Aparat wedlug zastrz. 2 i 3, zna¬ mienny tem, ze dlugosc rur wewnetrz¬ nych, umieszczonych w srodku masy ka¬ talizatora, jest wieksza, niz dlugosc takich rur, zastosowanych przy obwodzie apa¬ ratu. 7. Aparat wedlug zastrz. 1—5, zna¬ mienny tem, ze zastosowano wtórne chlo¬ dzace rury^ w srodkowej czesci warstwy katalizatora, przyczem gazy reakcji i u- latniajace sie substancje przeplywaja przez te rury tak, ze ulatwiaja ulatnianie tych substancyj. The Selden Company. Zastepca: Inz,. H. Sokal, rzecznik patentowy.Do opisu patentowego Nr 9627. Ark. i. ^iip3.l)o opisu patentowego Nr 9627. Ark.

2. T 3 J&fr? Ll AI-y-T.-r¦••••ft^r -mv—-V--"J 11 -Z4 5£f?6. 23 2Z r^mMMMMi mzm&mm \-2* =M i*Do opisu patentowego Nr 9627- Ark.

3. ^3 Htfl 4L (TYJ 1 1 -7-r-ri.r././//jjs//tjtjtj.-jxj,jiitiiiiiilh 3/Do opisu patentowego Nr 9627. Ark.

4. mfl/fif\ iitituA 44 Druk L. Boguslawskiego, Warszawa. PL PL