RU173767U1 - Кожухотрубный реактор - Google Patents

Abstract

Техническое решение относится к реакторам для проведения неизотермических каталитических и некаталитических реакций и может найти применение в химической, нефтехимической, топливно-энергетической, атомной и других отраслях промышленности, связанных с выделением, поглощением и отводом тепла или его подводом в реактор.Техническим результатом предлагаемой конструкции кожухотрубного реактора является повышение качества продуктов реакции за счет регулирования теплоотдачи от реакционной массы внутри труб трубного пучка к стенкам труб при изменении площади теплопередающей поверхности вертикальных ребер трапецеидальной формы.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 каждое вертикальное ребро выполнено из материала, обладающего памятью формы.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к реакторам для проведения неизотермических каталитических и некаталитических реакций и может найти применение в химической, нефтехимической, топливно-энергетической, атомной и других отраслях промышленности, связанных с выделением, поглощением и отводом тепла или его подводом в реактор.

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 груба 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, B01J 8/06, 1980 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся трудности регулирования теплоотдачи от 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, а сама инерция такого регулирования теплоотдачи снижает качество продуктов реакции.

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, B01J 8/00, 2011 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невозможность изменять величину теплопереноса от реакционной массы, движущейся внутри каждой цилиндрической трубы трубного пучка к стенке этих труб, что может привести к перегреву и термической деструкции и снижению качества продуктов реакции.

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 основанием 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 установленными на внутренней поверхности пластины (Патент на полезную модель РФ №114425, В01J 8/00, 2012 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невозможность регулирования теплоотдачи от реакционной массы внутри цилиндрических труб трубного пучка к стенкам труб, что может привести к перегреву, термической деструкции и снижению качества продуктов реакции.

Техническим результатом предлагаемой конструкции кожухотрубного реактора является повышение качества продуктов реакции за счет регулирования теплоотдачи от реакционной массы внутри труб трубного пучка к стенкам труб при изменении площади теплопередающей поверхности вертикальных ребер трапецеидальной формы.

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 каждое вертикальное ребро выполнено из материала, обладающего памятью формы.

Выполнение каждого вертикального ребра из материала, обладающего эффектом памяти, позволяет при возрастании локальной температуры реакционной массы на каком-то участке вертикальной трубы увеличивать ширину вертикального ребра, что приводит к возрастанию поверхности теплоотдачи от реакционной массы в цилиндрической трубе трубного пучка, увеличению теплопередачи к стенке трубы и соответственно уменьшению температуры. И наоборот, снижение температуры реакционной массы на каком-то участке вертикальной трубы приводит за счет эффекта памяти к уменьшению ширины вертикального ребра, что уменьшает поверхность теплоотдачи от реакционной массы в цилиндрической трубе трубного пучка к стенке трубы и соответственно, задерживая тепловой поток в реакционной массе, увеличивает его температуру.

Таким образом, выполнение вертикальных ребер из материала, обладающего эффектом памяти, обеспечивает саморегулирование температуры реакционной массы внутри труб трубного пучка, не допуская их перегрева и термической деструкции или переохлаждения, обеспечивая устойчивый тепловой режим реакционной массы внутри каждой трубы трубного пучка, что приводит к повышению качества продуктов реакции за счет высокой степени конверсии и выхода по целевому продукту реакции.

На фиг. 1 изображен общий вид кожухотрубного реактора с цилиндрическими трубами в трубном пучке, на фиг. 2 - вид А сверху на цилиндрическую трубу с установленными в ней пластинами треугольной формы с основанием на входе реакционной массы и вертикальными ребрами трапецеидальной формы, выполненные из материала, обладающего эффектом памяти, с большим основанием на входе потока реакционной массы в трубы и симметрично установленными на каждой пластине, на фиг. 3 - фронтальный вид на треугольную пластину и вертикальное ребро, на фиг. 4 - вид сбоку на треугольную пластину и вертикальное ребро.

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 трубы 7 симметрично установлены пластины 8 треугольной формы с основанием на входе реакционной массы и засыпаны зерна катализатора 9.

На каждой пластине 8 симметрично вертикально установлены ребра 10 трапецеидальной формы, выполненные из материала, обладающего эффектом памяти, с большим основанием на входе реакционной массы в трубы 7.

Кожухотрубный реактор работает следующим образом. Исходный поток реакционной массы подается по патрубку 4 в цилиндрические грубы 7 трубного пучка. На входе в трубы 7, где концентрация реагирующих компонентов в сырье наибольшая, выделение тепла в экзотермической реакции или его поглощение в эндотермической реакции также наибольшее.

Однако на входе в трубы 7 площадь поверхности трапецеидальных ребер 10 наибольшая, а значит, наибольший поток тепловой энергии будет отводиться от реакционной массы через стенку труб 7 к хладагенту в межтрубное пространство при экзотермической реакции или подводиться к реакционной массе от теплоносителя через стенку труб 7 и боковую поверхность ребер 10 при эндотермической реакции.

По мере продвижения потока реакционной массы от входа к выходу площадь боковых теплопередающих поверхностей ребер 10 уменьшается. Однако и тепловыделение в экзотермической или теплопоглощение в эндотермической реакции также уменьшается за счет уменьшения концентрации реагирующих компонентов, а значит, и самой скорости реакции.

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. В случае локального повышения температуры реакционной массы на какой-то части высоты цилиндрической трубы 7, ширина ребра 10 за счет выполнения его из материала, бладающего эффектом памяти, возрастает, что приводит к увеличению поверхности теплоотдачи от «горячей» реакционной массы к стенке трубы, а значит, увеличению теплоотвода от реакционной массы и соответственно снижению ее температуры.

И наоборот, в случае локального снижения температуры реакционной массы на какой-то части высоты цилиндрической трубы 7, ширина ребра 10 за счет выполнения его из материала, обладающего эффектом памяти, уменьшается, что приводит к уменьшению поверхности теплопередачи от холодной реакционной массы к стенке трубы 7, а значит, уменьшению теплоотвода от реакционной массы и соответственно повышению температуры.

Материалы, обладающие эффектом памяти, известны [Физические эффекты в машиностроении: справочник / В.А. Лукьянец, З.И. Алмазова, Н.П. Бурмистрова и др.: Под общей редакцией В.А. Лукьянца. - М.: Машиностроение. 1993. С. 149-152]. Например, титано-никелиевые сплавы TiNi изменяют свою форму в диапазоне температур (77÷393) градуса Кельвина или (- 196÷+120)°С, сплав Cu-Al-Ni при температурах ~130°С, сталь 12Х18Н10Т при 100°С. Для каждой перемешиваемой жидкости можно выбрать сплав, обладающий эффектом памяти в рабочем диапазоне температур, и изготовить из него вертикальные ребра 10.

Таким образом, выполнение вертикальных ребер 10 из материала, обладающего эффектом памяти, позволяет за счет изменения их ширины и поверхности, которые увеличиваются с ростом температуры реакционной массы или уменьшаются при снижении температуры реакционной массы, то есть обеспечивает саморегулирование температуры реакционной массы внутри труб 7, что предотвращает термическую деструкцию реакционной массы при локальном возрастании температуры или понижение степени конверсии и выхода по продуктам реакции при локальном снижении температуры и обеспечивает высокое качество продуктов реакции.

Claims (1)

1. 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 основанием на входе реакционной массы в трубу, и патрубков для входа и выхода реакционной массы и теплоносителя, при этом каждая пластина снабжена вертикальными ребрами трапецеидальной формы с большим основанием на входе потока реакционной массы в трубу и симметрично установленными на внутренней поверхности пластины, отличающийся тем, что каждое вертикальное ребро выполнено из материала, обладающего эффектом памяти.

Images