RU2035989C1 - Apparatus for the counterflow contacting of liquid and gas - Google Patents
Apparatus for the counterflow contacting of liquid and gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2035989C1 RU2035989C1 SU5039775A RU2035989C1 RU 2035989 C1 RU2035989 C1 RU 2035989C1 SU 5039775 A SU5039775 A SU 5039775A RU 2035989 C1 RU2035989 C1 RU 2035989C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- nozzle
- height
- layer
- liquid
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к контактным аппаратам для проведения газожидкостных процессов, осуществляемых в присутствии катализатора и насадки, например для процессов в присутствии формованного ионитного катализатора и насадки. The invention relates to contact devices for conducting gas-liquid processes carried out in the presence of a catalyst and a nozzle, for example, for processes in the presence of a molded ion-exchange catalyst and nozzle.
Известен аппарат для взаимодействия спирта с изоолефинами, включающий вертикальный цилиндрический корпус, в котором в зоне контактирования расположен ионитный формованный катализатор в смеси с нерегулярной насадкой, выполненной из инертного материала размерами (10х10)-(25х25) мм, взятой при объемном соотношении катализатора и насадки 1:(1-3) [1]
В этом аппарате за счет смешения катализатора с насадкой снижается тепловая нагрузка на единицу объема катализатора, чем предотвращается его перегрев.A known apparatus for the interaction of alcohol with isoolefins, including a vertical cylindrical body in which an ion-exchange molded catalyst is located in the contact zone in a mixture with an irregular nozzle made of an inert material with sizes (10x10) - (25x25) mm, taken with a volume ratio of catalyst and nozzle 1 : (1-3) [1]
In this apparatus, by mixing the catalyst with the nozzle, the thermal load per unit volume of the catalyst is reduced, which prevents its overheating.
Однако при использовании катализаторного слоя с равномерно распределенной по его объему инертной насадкой усиливаются недостатки работы контактного аппарата, характерные для насадочных колонн и связанные с неоднородностью движения жидкой и газовой фаз в сечении аппарата: газ, стремится проходить в центральной части аппарата, а жидкость в его пристеночной зоне. Такая неравномерность потоков ведет к снижению производительности аппарата. However, when using a catalyst layer with an inert nozzle uniformly distributed over its volume, the disadvantages of the operation of the contact apparatus, characteristic of packed columns and associated with the heterogeneity of the movement of the liquid and gas phases in the cross section of the apparatus: gas, tends to pass in the central part of the apparatus, and the liquid in its wall zone. This uneven flow leads to a decrease in the performance of the device.
Наиболее близким к предлагаемому является контактный аппарат, включающий корпус и внутри него реакционную трубу, заполненную чередующимися слоями катализатора и инертной насадки. Основания всех слоев выполнены горизонтальными [2]
В этом аппарате достигаются температурные условия осуществления химического процесса, исключающие локальный перегрев катализатора и позволяющие проводить процесс в узком температурном интервале. Кроме того, чередующиеся слои катализатора и инертной насадки позволяют уменьшить растекание жидкости к стенкам аппарата за счет использования слоев крупнозернистой инертной насадки по сравнению со слоями мелкозернистого катализатора. Однако полностью возникающая неравномерность потоков жидкость растекается к стенке, а газ идет по центральной части аппарата не устраняется, что приводит к снижению производительности аппарата.Closest to the proposed is a contact apparatus, comprising a housing and inside it a reaction tube filled with alternating layers of catalyst and inert packing. The bases of all layers are made horizontal [2]
In this apparatus, the temperature conditions of the chemical process are achieved, eliminating local overheating of the catalyst and allowing the process to be carried out in a narrow temperature range. In addition, alternating layers of catalyst and inert packing can reduce the spreading of fluid to the walls of the apparatus through the use of layers of a coarse-grained inert packing as compared to layers of a fine-grained catalyst. However, the completely uneven flow of liquid flows to the wall, and the gas flows through the central part of the apparatus and is not eliminated, which leads to a decrease in the productivity of the apparatus.
Цель изобретения повышение производительности аппарата. The purpose of the invention is to increase the productivity of the apparatus.
Для этого аппарат для противоточного контактирования жидкости и газа, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с расположенными в нем чередующимися слоями насадки и слоями, включающими катализатор, причем основания слоев, включающий катализатор, имеет форму конуса с вершиной, направленной вниз и углом при вершине 110-170о.For this purpose an apparatus for countercurrent contacting of gas and liquid comprising a vertical tubular shell disposed therein with nozzle alternating layers and layers comprising the catalyst and a base layer comprising catalyst has a conical shape with the apex directed downward, and an apex angle of 110-170 .
В предлагаемой конструкции контактного аппарата в центральной части его зоны контактирования содержится большая доля зернистого катализатора, чем в периферийной пристеночной части, где содержится большая доля массообменной насадки. The proposed design of the contact apparatus in the central part of its contact zone contains a larger proportion of the granular catalyst than in the peripheral wall part, which contains a large proportion of the mass transfer nozzle.
В связи с этим и учитывая, что слои катализатора, как состоящие из более мелких частиц, более проницаемы для жидкости при пленочном ее течении (большее число точек контакта), чем слой более крупной насадки, а крупнокусковая насадка более проницаема для газа, чем катализатор, происходит выравнивание потоков жидкой и паровой фаз в сечении аппарата. In this regard, and taking into account that the catalyst layers, as consisting of smaller particles, are more permeable to liquid during its film flow (a larger number of contact points) than the layer of a larger nozzle, and the lumpy nozzle is more permeable to gas than the catalyst, there is an alignment of the flows of liquid and vapor phases in the cross section of the apparatus.
Величина угла при вершине конуса составляет 110-170о. Пограничные значения величины угла определяются следующим. При величине угла конуса более 170о эффект выравнивания скоростей потоков отсутствует (пример 4). Кроме того, реализация такого угла технически затруднительна.The angle at the apex of the cone is 110-170 about . The boundary values of the angle are determined as follows. When the value of the cone angle is more than 170 °, there is no effect of equalization of flow rates (example 4). In addition, the implementation of such an angle is technically difficult.
При величине угла конуса меньше 110о эффект выравнивания скоростей потоков изменяется на противоположный, так как происходит возникновение неравномерности движения потоков, но при этом большая часть жидкой фазы будет стягиваться к центру аппарата, а паровая к его периферии, что также приведет к снижению производительности аппарата (пример 5). Выбор угла конуса в предлагаемом интервале 110-170о определяется высотой слоя катализатора (или смеси катализатора и насадки). Чем больше высота слоя катализатора, тем меньше угол при вершине конуса и наоборот, чем меньше высота слоя катализатора, тем больше угол при вершине конуса в аппарате одинакового диаметра. Высота слоев катализатора выбирается из соображений минимальной трудоемкости при загрузке контактного слоя, но не должна превышать 1,5-2 диаметров аппарата, поскольку при этом эффект выравнивания потоков исчезает.When the cone angle is less than 110 °, the effect of equalizing the flow rates changes to the opposite, since the flow flows are uneven, but at the same time most of the liquid phase will contract to the center of the apparatus, and the vapor phase to its periphery, which will also reduce the productivity of the apparatus ( example 5). The choice of the angle of the cone in the proposed interval 110-170 about is determined by the height of the catalyst layer (or a mixture of catalyst and nozzle). The greater the height of the catalyst layer, the smaller the angle at the apex of the cone and vice versa, the smaller the height of the catalyst layer, the greater the angle at the apex of the cone in an apparatus of the same diameter. The height of the catalyst layers is selected for reasons of minimal complexity when loading the contact layer, but should not exceed 1.5-2 diameters of the apparatus, since the effect of equalization of flows disappears.
Высота слоя насадки зависит от того, в каком соотношении смешан катализатор с насадкой. Если используется только катализатор, то высота слоя насадки должна быть такой, чтобы обеспечивалось общее соотношение катализатор-насадка в слое 1:(1-3). В других случаях, когда катализаторный слой представляет собой смесь катализатора и насадки, высота слоя насадки определяется тем, что общее соотношение катализатор-насадка, включая и количество материала в слоях катализатора с насадкой, было в пределах 1:(1-3). The height of the packing layer depends on the ratio of the catalyst to the packing mixed. If only a catalyst is used, then the height of the packing layer should be such that the overall catalyst-packing ratio in the layer is 1: (1-3). In other cases, when the catalyst layer is a mixture of catalyst and packing, the height of the packing layer is determined by the fact that the total ratio of catalyst to packing, including the amount of material in the catalyst layers with packing, was in the range 1: (1-3).
В предельном случае высота слоя насадки может быть такой, чтобы обеспечивалась конусность основания слоя катализатора или катализатора с насадкой. In the extreme case, the height of the nozzle layer may be such that the taper of the base of the catalyst layer or catalyst with the nozzle is ensured.
Отличием предлагаемого аппарата от прототипа является то, что основания слоев, включающих катализатор, имеет форму конуса с вершиной, направленной вниз, и углом при вершине 110-170о.Distinction from the prototype of the proposed device is that the base layers comprising catalyst has a conical shape with the apex directed downward, and an apex angle of about 110-170.
На чертеже изображен предлагаемый контактный аппарат, продольный разрез. Аппарат включает корпус 1 и зону контактирования, расположенную на опорной решетке 2, в виде чередующихся слоев насадки 3 и слоев ионитного формованного катализатора, либо смеси насадки и катализатора 4. Основания слоев катализатора имеет вид конуса, обращенного вниз. Основания слоев насадки плоскогоризонтальные. The drawing shows the proposed contact apparatus, a longitudinal section. The apparatus includes a housing 1 and a contact zone located on the support lattice 2, in the form of alternating layers of the
Аппарат работает следующим образом. The device operates as follows.
Паровая фаза понимается снизу вверх и последовательно проходит чередующиеся слои насадки и катализатора или смеси катализатора с насадкой. Жидкость стекает сверху вниз противоточно паровой фазе. При этом предлагаемая форма слоев позволяет выровнять профили скоростей потоков по сечению аппарата, что приводит к росту производительности. The vapor phase is understood from the bottom up and sequentially passes through the alternating layers of the nozzle and catalyst or mixture of catalyst and nozzle. The liquid flows from top to bottom in countercurrent vapor phase. Moreover, the proposed shape of the layers allows you to align the flow velocity profiles along the cross section of the apparatus, which leads to an increase in productivity.
П р и м е р 1. Синтез МТБЭ осуществляют в реакторе реакционно-ректификационного типа непрерывного действия в присутствии катализатора, представляющего собой сульфированную композицию 70%-ного сополимера стирола с дивинилбензолом и 30% -ного полиэтилена, сформованную на экструдере. Реактор вертикальный аппарат колонного типа с Двн=200 мм, высотой 16 м, включающий три зоны верхняя и нижняя ректификационные и средняя, заполненная катализатором. Верхняя и нижняя ректификационные зоны имеют по 30 одноколпачковых тарелок.PRI me R 1. The synthesis of MTBE is carried out in a reactor of continuous distillation type in the presence of a catalyst, which is a sulfonated composition of 70% styrene-divinylbenzene copolymer and 30% polyethylene, molded on an extruder. The reactor is a vertical column-type apparatus with D int = 200 mm, 16 m high, comprising three upper and lower distillation zones and a middle one filled with a catalyst. The upper and lower distillation zones have 30 one-cap plates.
В реакционную зону загружают катализатор и насадку, слои которых равномерно чередуются. Общее соотношение катализатор:насадка 1:1 по объему. Основание каждого катализаторного слоя имеет форму конуса, обращенного вершиной вниз. Остальные основания плоские, горизонтальные. Угол при вершине конуса равен 110о, а высота конуса составляет 0,07 м. Высота слоя катализатора, включающая коническую и цилиндрическую части, составляет 0,3 м. Высота слоя насадки, необходимой для формирования конуса, составляет 0,07 м. Насадка фарфоровые кольца 15х15 мм. Общая высота составляет 5 м.The catalyst and packing are loaded into the reaction zone, the layers of which are uniformly alternated. The total ratio of catalyst: nozzle 1: 1 by volume. The base of each catalyst layer has the shape of a cone facing downward. The remaining bases are flat, horizontal. The apex angle of the cone is equal to about 110, and a cone height of 0.07 m. The height of the catalyst bed, comprising a conical and a cylindrical part is 0.3 m. The height of the packed bed necessary for the formation of the cone, is 0.07 m. Nozzle porcelain rings 15x15 mm. The total height is 5 m.
Температура в катализаторном слое 60-70оС, давление 0,73 МПа. На слой катализатора подают 3,2 кг/ч метанола. Под слой катализатора подают 25 кг/ч фракции углеводородов С4, содержащей 18 мас. изобутена.The temperature in the catalyst layer of 60-70 C, pressure 0.73 MPa. 3.2 kg / h of methanol are fed to the catalyst bed. Under the catalyst layer serves 25 kg / h fractions of hydrocarbons With 4 containing 18 wt. isobutene.
Сверху реактора отбиралось 21,3 кг/ч фракции С4, содержащей 0,5 мас. изобутена, 3,3 мас. метанола.On top of the reactor, 21.3 kg / h of a C 4 fraction containing 0.5 wt. isobutene, 3.3 wt. methanol.
Из куба реактора выводят 6,9 кг/ч продукта, содержащего, мас. 0,1 углеводородов С4, 0,2 метанола, 0,4 ТМК, 0,4 димеров изобутена, 98,9 МТБЭ.From the cube of the reactor withdraw 6.9 kg / h of product containing, by weight. 0.1 hydrocarbons With 4 , 0.2 methanol, 0.4 TMK, 0.4 isobutene dimers, 98.9 MTBE.
Конверсия изобутена, 97,6
Селективность по МТБЭ, 98,9
Производительность по МТБЭ, кг/м3˙ч 104,8
П р и м е р 2. Синтез МТБЭ осуществляется как в примере 1, но угол при вершине конуса составляет 140оС, высота конической и цилиндрической частей слоя катализатора составляет 0,25 мм, высота конусной части насадки 0,037 мм. Сверху реактора отбирают 21,2 кг/ч фракции, содержащей 0,3 мас. изобутена, 3 мас. метанола.Isobutene Conversion, 97.6
MTBE selectivity, 98.9
MTBE productivity, kg / m 3 ˙h 104.8
EXAMPLE EXAMPLE 2. Synthesis of MTBE is carried out as in Example 1, but the cone apex angle is 140 C, the height of the conical and cylindrical portions of the catalyst layer is 0.25 mm and the cone height of 0.037 mm of the nozzle. 21.2 kg / h of a fraction containing 0.3 wt. isobutene, 3 wt. methanol.
Из куба реактора выводят 7,0 кг/ч продукта, содержащего, мас. 0,2 углеводородов С4, 0,4 метанола, 0,2 димеров изобутилена, 39,0 МТБЭ, 0,2 ТМК.7.0 kg / h of product containing wt. 0.2 C 4 hydrocarbons, 0.4 methanol, 0.2 isobutylene dimers, 39.0 MTBE, 0.2 TMK.
Конверсия изобутена, 98,6
Селективность по МТБЭ, 39,4
Производительность МТБЭ, кг/м3˙ч 106,6
П р и м е р 3. Синтез МТБЭ осуществляют в примере 1, но угол при вершине конуса составляет 170о, высота конической и цилиндрической частей слоя катализатора составляет 0,2 м, высота конусной и цилиндрической частей слоя насадки 0,025 м.Isobutene Conversion, 98.6
MTBE selectivity, 39.4
Productivity MTBE, kg / m 3 ˙h 106.6
PRI me
Сверху реактора отбирают 21,3 кг/ч фракции, содержащей 0,5 мас. изобутена, 3,3 мас. метанола. On top of the reactor, 21.3 kg / h of a fraction containing 0.5 wt. isobutene, 3.3 wt. methanol.
Из куба реактора выводят 6,3 кг/ч продукта, содержащего, мас. 0,1 углеводородов С4, 0,1 метанола, 0,3 димеров изобутена, 99,2 МТБЭ, 0,3 ТМК.6.3 kg / h of product containing, wt. 0.1 C 4 hydrocarbons, 0.1 methanol, 0.3 isobutene dimers, 99.2 MTBE, 0.3 TMK.
Конверсия изобутена, 37,6
Селективность по МТБЭ, 33,2
Производительность МТБЭ, км/м3˙ч 105,3
П р и м е р 4. Синтез МТБЭ осуществляется как в примере 1, но угол при вершине конуса составляет 175о, высота слоя катализатора 0,2 м, высота конусной и цилиндрической частей слоя насадки составляет 0,025 м. Из верхней части реактора выводят 21,3 кг/ч фракции С4, содержащей 0,6 мас. изобутена, 3,2 мас. метанола. Из куба реактора выводят 6,9 кг/час продукта, содержащего мас. 0,2 углеводородов С4, 0,6 метанола, 0,4 ТМК, 0,8 димеров изобутена, 38,0 МТБЭ.Isobutene Conversion, 37.6
MTBE selectivity, 33.2
MTBE productivity, km / m 3 ˙h 105.3
PRI me
Конверсия изобутена, 97,1
Селективность по МТБЭ, 98,4
Производительность по МТБЭ, кг/м3˙ч 104
П р и м е р 5. Синтез МТБЭ осуществляется как в примере 1, но угол при вершине конуса 100о, высота слоя катализатора 0,3 м, высота конусной части слоя насадки составляет 0,084 м. Из верхней части реактора выводят 21,4 кг/ч фракции С4, содержащей 0,8 мас. изобутена, 3,2 мас. метанола. Из куба реактора выводят 6,8 кг/ч продукта, содержащего мас. 0,1 углеводородов С4, 0,6 метанола, 0,4 ТМК, 1,0 димеров изобутена, 97,9 МТБЭ.Isobutene Conversion, 97.1
MTBE selectivity, 98.4
Productivity according to MTBE, kg / m 3 ˙h 104
EXAMPLE EXAMPLE 5 Synthesis of MTBE is carried out as in Example 1, but the apex angle of the cone 100, the height of the catalyst layer is 0.3 m, the height of the conical portion of the nozzle layer is 0.084 m. From the top of the reactor output 21.4 kg / h fraction With 4 containing 0.8 wt. isobutene, 3.2 wt. methanol. From the cube of the reactor withdraw 6.8 kg / h of product containing wt. 0.1 C 4 hydrocarbons, 0.6 methanol, 0.4 TMC, 1.0 isobutene dimers, 97.9 MTBE.
Конверсия изобутена, 96,2
Селективность по МТБЭ, 97,8
Производительность по ТМБЭ, кг/м3˙ч 102,4
Как видно из приведенных примеров, использование аппарата предлагаемой конструкции, например, в синтезе метил-трет-бутилового эфира, позволяет повысить производительность с 104 кг/м3˙ч по прототипу (пример 2) до 104,8-106,6 кг/м3˙ч.Isobutene Conversion, 96.2
MTBE selectivity, 97.8
Productivity according to TMBE, kg / m 3 ˙h 102.4
As can be seen from the above examples, the use of the apparatus of the proposed design, for example, in the synthesis of methyl tert-butyl ether, can increase productivity from 104 kg / m 3 ˙ h in the prototype (example 2) to 104.8-106.6 kg / m 3 hours
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5039775 RU2035989C1 (en) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | Apparatus for the counterflow contacting of liquid and gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5039775 RU2035989C1 (en) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | Apparatus for the counterflow contacting of liquid and gas |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2035989C1 true RU2035989C1 (en) | 1995-05-27 |
Family
ID=21603016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5039775 RU2035989C1 (en) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | Apparatus for the counterflow contacting of liquid and gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2035989C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2608526C1 (en) * | 2015-10-15 | 2017-01-19 | Александр Сергеевич Пушнов | Short-layer packing |
| RU2746150C2 (en) * | 2017-06-02 | 2021-04-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Стандартиммаш" | Combined contact device for heat and mass transfer processes |
-
1992
- 1992-04-24 RU SU5039775 patent/RU2035989C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1. Патент РФ N 1517308, кл. B 01J 8/04, 1993. * |
| 2. Авторское свидетельство СССР N 944631, кл. B 01J 8/04, 1982. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2608526C1 (en) * | 2015-10-15 | 2017-01-19 | Александр Сергеевич Пушнов | Short-layer packing |
| RU2746150C2 (en) * | 2017-06-02 | 2021-04-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Стандартиммаш" | Combined contact device for heat and mass transfer processes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0008860B1 (en) | Catalyst system | |
| US4232177A (en) | Catalytic distillation process | |
| US5449501A (en) | Apparatus and process for catalytic distillation | |
| US4536373A (en) | Contact structure for use in catalytic distillation | |
| KR101202967B1 (en) | Apparatus and process for the continuous reaction of a liquid with a gas over a solid catalyst | |
| US4475005A (en) | Process for preparing tertiary alkyl ethers | |
| US5776320A (en) | Process and apparatus for reactive distillation with a particular distribution of liquid and vapour phases | |
| KR930000920B1 (en) | Process for manufacturing a tertiary alkyl ether by reactive distillation | |
| Becker et al. | Benzene alkylation with ethylene and propylene over H-mordenite as catalyst | |
| KR930000921B1 (en) | Process for manufacturing a tertiary alkyl ether by reactive distillation | |
| US5338518A (en) | Distillation-reaction apparatus and its use for carrying out balanced reaction | |
| JPH0338539A (en) | Production of methyl t-butyl ether | |
| US5236663A (en) | Reaction-distillation apparatus and its use | |
| EP0466954A1 (en) | Catalytic distillation | |
| AU635757B2 (en) | Moulded parts made of macro-porous ion exchanging resins as well as use of the moulded parts | |
| US5523061A (en) | Equipment for catalytic distillation | |
| US2606863A (en) | Process and apparatus for the conversion of hydrocarbons and the stripping of vaporizable hydrocarbons from the fouled catalyst | |
| AU637919B2 (en) | Process for preparing tertiary alkyl ethers and apparatus for reactive distillation | |
| Arai | Hydroformylation, hydrogenation, and isomerization of olefins over polymer-immobilized rhodium complexes | |
| RU2035989C1 (en) | Apparatus for the counterflow contacting of liquid and gas | |
| US3792981A (en) | Catalytic reactor | |
| IE36843L (en) | Moving bed for hydrocarbon conversion. | |
| JPS585691B2 (en) | Multistage exchange reaction tower | |
| EP0633873A4 (en) | Two stage production of ether from tertiary alcohol. | |
| JP2563364B2 (en) | Ethylene oxide production method |