RU124187U1

RU124187U1 - SHELL-TUBE REACTOR

Info

Publication number: RU124187U1
Application number: RU2012120941/05U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Наталия Александровна Дулькина; Юлия Валерьевна Аристова; Сергей Валентинович Кляузов; Кристина Сергеевна Марковская
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-01-20

Abstract

Кожухотрубный реактор для проведения неизотермических реакций, состоящий из корпуса с пучком цилиндрических труб, закрепленных в трубных решетках и снабженных симметрично установленными вертикальными ребрами, и патрубков для входа и выхода реакционной массы и теплоносителя, отличающийся тем, что в каждую трубу трубного пучка на входе в нее потока реакционной массы дополнительно установлена гильза с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубы, при этом гильза имеет сквозную вертикальную прорезь по длине и вертикальные ребра из вырезанной и отогнутой части боковой поверхности гильзы.A shell-and-tube reactor for conducting nonisothermal reactions, consisting of a body with a bundle of cylindrical pipes fixed in tube sheets and equipped with symmetrically installed vertical ribs, and nozzles for the inlet and outlet of the reaction mass and coolant, characterized in that in each tube of the tube bundle at its entrance the reaction mass flow is additionally installed sleeve with an outer diameter equal to the inner diameter of the pipe, while the sleeve has a through vertical slot along the length and vertical ribs from the cut out and bent part of the side surface of the sleeve.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к реакторам для проведения неизотермических каталитических и некаталитических реакций и может найти применение в химической, нефтехимической, топливо-энергетической, атомной и других отраслях промышленности, связанных с выделением, поглощением и отводом тепла или его подводом в реактор.The proposed technical solution relates to reactors for conducting nonisothermal catalytic and non-catalytic reactions and can be used in chemical, petrochemical, fuel, energy, nuclear and other industries related to the generation, absorption and removal of heat or its supply to the reactor.

Известен реактор с пучком труб для проведения каталитических неизотермических реакций в газовой фазе, который состоит из корпуса и трубного пучка, закрепленного в трубных решетках. Каждая труба трубного пучка выполнена цилиндрической, то есть равного диаметра по всей высоте. Для равномерного распределения теплоносителя по всему поперечному сечению межтрубного пространства в нем установлены распределительные пластины с проходным сечением, изменяющимся в радиальном направлении. (Патент ФРГ №2903582, В01J 8/06, 1980 г.).Known reactor with a tube bundle for carrying out catalytic nonisothermal reactions in the gas phase, which consists of a housing and a tube bundle fixed in tube sheets. Each tube bundle tube is made cylindrical, that is, of equal diameter over the entire height. For uniform distribution of the coolant over the entire cross section of the annulus, distribution plates are installed in it with a bore that varies in the radial direction. (German Patent No. 2903582, B01J 8/06, 1980).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относятся трудности регулирования теплоотдачи реакционной массы в цилиндрических трубах трубного пучка к стенкам труб, что требует специальных внешних устройств, изменяющих расход и температуру реакционной массы на входе в зависимости от ее температуры внутри труб трубного пучка, и увеличивает сложность конструкции реактора.Reasons that impede the achievement of a given technical result include difficulties in regulating the heat transfer of the reaction mass in cylindrical tubes of the tube bundle to the pipe walls, which requires special external devices that change the flow rate and temperature of the reaction mass at the inlet depending on its temperature inside the tube bundle, and increases the complexity reactor designs.

Известен кожухотрубный реактор для проведения неизотермических реакций, состоящий из корпуса с пучком труб, закрепленных в трубных решетках, и патрубков для входа и выхода реакционной массы и теплоносителя, при этом каждая труба трубного пучка выполнена цилиндрической и снабжена симметрично установленными на внутренней поверхности пластинами треугольной формы с основанием у нижнего торца. (Патент на полезную модель РФ №106140, В01J 8/00, 2011 г.).Known shell-and-tube reactor for conducting nonisothermal reactions, consisting of a housing with a tube bundle fixed in the tube sheets, and nozzles for the inlet and outlet of the reaction mass and coolant, each tube tube tube is made cylindrical and provided with triangular-shaped plates symmetrically mounted on the inner surface with base at the bottom. (Patent for utility model of the Russian Federation No. 106140, B01J 8/00, 2011).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность установки и закрепления пластин треугольной формы внутри каждой трубки трубного пучка.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the difficulty of installing and fixing triangular-shaped plates inside each tube bundle tube.

Наиболее близким техническим решением по совокупности общих признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является кожухотрубный реактор для проведения неизотермических реакций, состоящий из корпуса с пучком цилиндрических труб, закрепленных в трубных решетках и снабженных симметрично установленными на внутренней поверхности пластинами треугольной формы с снованием на входе реакционной массы в трубу, и патрубков для входа и выхода реакционной массы и теплоносителя, при этом каждая пластина снабжена вертикальным ребром трапецеидальной формы с большим основанием на входе потока реакционной массы в трубу и симметрично установленным на внутренней поверхности пластины. (Патент на полезную модель РФ №114425, В01J 8/00, 2012).The closest technical solution for the totality of common features to the claimed object and adopted as a prototype is a shell-and-tube reactor for conducting nonisothermal reactions, consisting of a body with a bundle of cylindrical pipes fixed in tube sheets and equipped with triangular-shaped plates symmetrically mounted on the inner surface with a warp at the inlet of the reaction mass into the pipe, and nozzles for entry and exit of the reaction mass and coolant, with each plate provided with a vertical rib tr an apseidal shape with a large base at the inlet of the reaction mass flow into the pipe and symmetrically mounted on the inner surface of the plate. (Patent for utility model of the Russian Federation No. 1144425, B01J 8/00, 2012).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность установки и закрепления пластин трапецеидальной формы внутри каждой трубки трубного пучка и вертикального ребра трапецеидальной формы на каждой пластине.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the difficulty of installing and fixing trapezoidal plates inside each tube bundle tube and a vertical trapezoidal rib on each plate.

Техническим результатом предлагаемой конструкции кожухотрубного реактора является упрощение изготовления и монтажа вертикальных ребер в каждой трубке трубного пучка.The technical result of the proposed design of the shell-and-tube reactor is to simplify the manufacture and installation of vertical ribs in each tube of the tube bundle.

Поставленный технический результат достигается тем, что в кожухотрубном реакторе для проведения неизотермических реакций, состоящем из корпуса с пучком цилиндрических труб, закрепленных в трубных решетках и снабженных симметрично установленными вертикальными ребрами, и патрубков для входа и выхода реакционной массы и теплоносителя, при этом в каждую трубу трубного пучка на входе в нее потока реакционной массы дополнительно установлена гильза с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубы, причем гильза имеет сквозную вертикальную прорезь по длине и вертикальные ребра из вырезанной и отогнутой части боковой поверхности гильзы.The technical result is achieved by the fact that in a shell-and-tube reactor for conducting nonisothermal reactions, consisting of a body with a bundle of cylindrical pipes fixed in tube sheets and equipped with symmetrically mounted vertical ribs, and nozzles for the inlet and outlet of the reaction mass and coolant, into each pipe a tube bundle at the inlet of the reaction mass flow further has a sleeve with an outer diameter equal to the inner diameter of the pipe, and the sleeve has a through-screw cial slit lengthwise and vertical edges of the cut and bent portion of the side surface of the liner.

Дополнительная установка в каждую трубу трубного пучка на входе в нее потока реакционной массы гильзы с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубы, позволяет плотно прилегать внешней боковой поверхности гильзы к внутренней стенке трубы, что предотвращает ее самопроизвольное перемещение по длине трубы.An additional installation of a tube bundle reaction stream with an outer diameter equal to the inner diameter of the tube into each tube bundle tube at its inlet allows the outer side surface of the liner to fit snugly against the inner wall of the tube, which prevents its spontaneous movement along the length of the tube.

Сквозная вертикальная прорезь по всей длине гильзы позволяет при установке гильзы в трубу сжимать ее и устанавливать на входе в трубу на фиксированном расстоянии от входа в нее потока реакционной массы, так как за счет пружинного эффекта после установки гильза плотно прижимается к стенкам трубы. Выполнение вертикальных ребер из вырезанной и отогнутой части боковой поверхности гильзы упрощает их изготовление и установку внутри каждой трубы трубного пучка, а также удаление вместе с гильзой при демонтаже и ремонте трубного пучка.A vertical through-hole along the entire length of the sleeve allows compressing it and installing it at the pipe inlet at a fixed distance from the inlet of the reaction mass when installing the sleeve into the pipe, since due to the spring effect after installation, the sleeve is tightly pressed against the pipe walls. The implementation of vertical ribs from the cut and bent part of the side surface of the sleeve simplifies their manufacture and installation inside each pipe of the tube bundle, as well as removal together with the liner during dismantling and repair of the tube bundle.

Таким образом, дополнительная установка в каждую трубу трубного пучка на входе в нее потока реакционной массы гильзы с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубы и изготовление гильзы со сквозной вертикальной прорезью по всей ее длине, выполнение вертикальных ребер из вырезанной и отогнутой части боковой поверхности гильзы позволяет значительно упростить как изготовление самих ребер, так и их установку, ремонт и замену в процессе эксплуатации реактора.Thus, the additional installation of a tube of the reaction mass of a sleeve with an external diameter equal to the inner diameter of the pipe and the manufacture of a sleeve with a through vertical slot along its entire length into each pipe tube tube at its inlet, the implementation of vertical ribs from the cut and bent part of the side surface of the sleeve allows significantly simplify both the manufacture of the ribs themselves and their installation, repair and replacement during operation of the reactor.

На фиг.1 изображен общий вид кожухотрубного реактора с цилиндрическими трубами в трубном пучке, на фиг.2 - разрез цилиндрической трубы с установленной в нем гильзы, на фиг.1 - вид гильзы в аксонометрии.In Fig.1 shows a General view of a shell-and-tube reactor with cylindrical pipes in a tube bundle, Fig.2 is a section of a cylindrical pipe with a sleeve installed in it, Fig.1 is a perspective view of a sleeve.

Кожухотрубный реактор состоит из кожуха 1 с патрубками входа 2 и выхода 3 теплоносителя в межтрубном пространстве, патрубков входа 4 и выхода 5 реакционной массы, трубных решеток 6, в которых закреплены цилиндрические трубы 7 трубного пучка. Внутри каждой цилиндрической трубы 7 на входе в нее реакционной массы в зоне максимального тепловыделения для экзотермической реакции или теплопоглощения для эндотермической реакции установлена гильза 8, имеющая наружный диаметр, равный внутреннему диаметру цилиндрической трубы 7.The shell-and-tube reactor consists of a casing 1 with nozzles of the inlet 2 and outlet 3 of the coolant in the annulus, nozzles of the inlet 4 and outlet 5 of the reaction mass, tube sheets 6, in which cylindrical tubes 7 of the tube bundle are fixed. Inside each cylindrical pipe 7 at the inlet of the reaction mass in the zone of maximum heat for an exothermic reaction or heat absorption for an endothermic reaction, a sleeve 8 is installed having an outer diameter equal to the inner diameter of the cylindrical pipe 7.

В боковой поверхности гильзы 8 вырезаны и отогнуты вертикальные ребра 9, а сама гильза 8 по всей ее длине имеет вертикальную прорезь 10. В каждую трубу засыпаны зерна катализатора 11.Vertical ribs 9 are cut and bent in the lateral surface of the sleeve 8, and the sleeve 8 itself has a vertical slot 10 along its entire length 10. Catalyst grains 11 are poured into each pipe.

Кожухотрубный реактор работает следующим образом.The shell-and-tube reactor operates as follows.

Исходный поток реакционной массы подается по патрубку 4 в цилиндрические трубы 7 трубного пучка. На входе каждой цилиндрической трубы 7, где концентрация реагирующих компонентов в сырье наибольшая, выделение тепла в экзотермической реакции или его поглощение в эндотермической реакции наибольшие.The initial flow of the reaction mass is supplied through pipe 4 to cylindrical tubes 7 of the tube bundle. At the inlet of each cylindrical pipe 7, where the concentration of reacting components in the feed is the highest, the heat generation in the exothermic reaction or its absorption in the endothermic reaction is greatest.

Однако здесь же в этой зоне максимального тепловыделения или теплопоглощения установлена гильза 8 с дополнительной площадью теплопередающей поверхности, образованной вертикальными ребрами 9, а значит наибольший поток тепловой энергии будет отводиться к хладагенту или подводиться к реакционной массе от теплоносителя через стенку каждой цилиндрической трубы 7 и боковую поверхность вертикальных ребер 9.However, here, in this zone of maximum heat release or heat absorption, a sleeve 8 is installed with an additional heat transfer surface area formed by vertical ribs 9, which means that the largest flow of heat energy will be diverted to the refrigerant or supplied to the reaction mass from the coolant through the wall of each cylindrical pipe 7 and the side surface vertical ribs 9.

После прохождения потока реакционной массы гильзы 8 с вертикальными ребрами 9 поверхность теплопередачи определяется только поверхностью трубы, то есть уменьшает, но и тепловыделение или теплопоглощение тоже уменьшаются, так как их максимальные значения были в зоне установки гильзы 8 с вертикальными ребрами 9. Таким образом, гильза 8 с вертикальными ребрами 9 работает только в зоне максимального тепловыделения или теплопоглощения, где наибольшая опасность перегрева или переохлаждения реакционной массы. Продукты реакции выходят из корпуса 1 через выходной патрубок 5. Теплоноситель или хладагент поступает в межтрубное пространство по патрубку 2, а выходит по патрубку 3.After the flow of the reaction mass of the sleeve 8 with vertical ribs 9 passes, the heat transfer surface is determined only by the pipe surface, that is, it decreases, but the heat release or heat absorption also decrease, since their maximum values were in the installation area of the sleeve 8 with vertical ribs 9. Thus, the sleeve 8 with vertical ribs 9 only works in the zone of maximum heat release or heat absorption, where the greatest risk of overheating or overcooling of the reaction mass. The reaction products exit the casing 1 through the outlet pipe 5. The coolant or refrigerant enters the annulus through the pipe 2, and exits through the pipe 3.

Так как гильза 8 имеет вертикальную сквозную прорезь 10, а ее наружный диаметр равен внутреннему диаметру цилиндрической трубы 7, то ее несложно установить на входе в трубу реакционной массы в зоне наибольшего тепловыделения или теплопоглощения, сжимая гильзу 8. После установки гильзы 8 она за счет эффекта упругости разжимается, и ее боковая поверхность плотно прилегает к внутренней поверхности цилиндрической трубы 7.Since the sleeve 8 has a vertical through-cut 10, and its outer diameter is equal to the inner diameter of the cylindrical pipe 7, it is easy to install it at the inlet of the reaction mass in the zone of greatest heat generation or heat absorption, compressing the sleeve 8. After installing the sleeve 8, it due to the effect elasticity is expanded, and its lateral surface fits snugly to the inner surface of the cylindrical pipe 7.

При ремонте труб трубного пучка каждую гильзу 8 несложно удалить из трубы 7. Облегчается и эксплуатация реактора с гильзами 8, так как каждая гильза занимает только часть высоты цилиндрической трубы 7 и гильза 8 меньше мешает загрузке и выгрузке катализатора при его замене.When repairing tube bundle pipes, each sleeve 8 is easy to remove from the pipe 7. The operation of the reactor with the sleeves 8 is also facilitated, since each sleeve occupies only a part of the height of the cylindrical pipe 7 and the sleeve 8 interferes with loading and unloading the catalyst when replacing it.

Таким образом, дополнительная установка в каждую трубу трубного пучка на входе в нее потока реакционной массы гильзы с наружным диаметром равным внутреннему диаметру трубы и вертикальными ребрами, образованными из части боковой поверхности гильзы, а также со сквозной вертикальной прорезью по всей длине гильзы позволяет упростить изготовление ребер и их установку в каждой трубе трубного пучка, а также упростить эксплуатацию реактора при засыпке и смене катализатора. Такое оребрение труб с помощью дополнительной установки гильзы предлагаемой конструкции позволяет ее применить как на стадии проектирования новых, так и при реконструкции действующих реакторов.Thus, the additional installation of a tube of the reaction mass of a sleeve with an outer diameter equal to the inner diameter of the pipe and vertical ribs formed from a portion of the side surface of the sleeve and also with a through vertical slot along the entire length of the sleeve into each tube tube tube at the inlet of it allows simplifying the manufacture of ribs and their installation in each pipe of the tube bundle, as well as to simplify the operation of the reactor when filling and changing the catalyst. Such finning of pipes using an additional installation of the sleeve of the proposed design allows it to be used both at the design stage of new and in the reconstruction of existing reactors.

Claims

A shell-and-tube reactor for conducting nonisothermal reactions, consisting of a body with a bundle of cylindrical pipes fixed in tube sheets and equipped with symmetrically mounted vertical ribs, and nozzles for the inlet and outlet of the reaction mass and coolant, characterized in that in each tube of the tube bundle at its entrance the reaction mass flow is additionally installed sleeve with an outer diameter equal to the inner diameter of the pipe, while the sleeve has a through vertical slot along the length and vertical ribs from the cut out and bent part of the side surface of the sleeve.