RU3894U1 - Контактный аппарат с движущимся слоем зернистого материала - Google Patents

Abstract

1. Аппарат для контактирования газа и/или жидкости с движущимся под действием силы тяжести слоем зернистого материала, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, патрубок для подачи зернистого материала, расположенный по оси корпуса, или несколько патрубков, расположенных осесимметрично, установленное в нижней части корпуса коническое днище, поддерживающее слой зернистого материала и снабженное центральным патрубком для вывода зернистого материала из аппарата, патрубки для подачи и вывода газа и направляющий элемент, расположенный внутри слоя зернистого материала, отличающийся тем, что днище снабжено перфорацией для прохода газа, а направляющий элемент в виде конической тарелки, снабженной перфорацией для прохода газа и установленной соосно корпусу вершиной вверх, с зазором между краем тарелки и стенкой корпуса не меньше пятикратного характерного размера частиц зернистого материала и не более 4/5 внутреннего радиуса корпуса, а угол при вершине тарелки отличается от угла при вершине днища не более, чем на 30.2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен патрубком для подвода или отвода дополнительного газа, причем выходное или входное отверстие патрубка расположено по оси корпуса на уровне основания конуса тарелки направляющего элемента.

Description

.43039209

о/

imft BOI J 8/12

КОНЖАКИШЙ G ДШШУЩШСЯ СШОШ ЗШВИСТОГО ШЗЗШАЛА

Изобретение относится к конструкций устройств для цроввденип глассообменных шш гетерогешш-хсаталитических процессов путем контш тированйя газа и/иж ЕЩШОСТИ с сыцучиы зернистым адсорбентом или катализатором и шжет быть использовано, например, з технологаческзах процессах каталитической конверсии углеводородов, тшсих как каталитический рифор линг, крекинг, девщрирование и друпсс в качестве реашдаонного или регенерадионного алиарата, а в разнообразных ироцессах адсорбционной очист1Ш газов и щщкостай.

Известны ьшогочйсленные конструкции аппаратов дж1 контактирования потока газа и/или ЕШЦШСТИ с двйщуищмся слоем сьшучего материала /1-3/.

В частности, известен реактор с двиадпЩЛся слоем Е.1икросфери ческого катализатора для каталитического крекинга углеводородов. Отпадная часть реактора, в которой осуществляется контактировшше двиаущегося под действием силы тяаести слоя шшросферического катализатора с ВОДЯНЩ1 паром, содержит вертикальньЕй цшшндрически корпус с коническ ам днищем, поддерживающим слой катализатора, патрубки дли ввода пара и для вывода катализатора и нааравлящие элементы, расположенные внутри, слоя катализатора.

Направлявшие элементы цредставлязо р еобой пластины шевронного профиля, установленные по хорда1(1 поперечных сечений корпуса реактора. Они предназначены для улучшения распределеншх движущегося

. . . . . .

вниз катализатора и контактирования с поднимающимся вверх паром за счет перемешивания пересыпающегося через направляющие элементы катализатора и предотвращения струйного течения пара /3, стр.391/.

Известна конструкция аппарата для каталитической конверсии жидкости и/шш газа, являщегося прототипом настоящего изобретения, Длпарат содержит вертикальный цилиндрический корпус, патрубок для подачи зернистого материала, расположенный по оси корпуса, установленное в ншняей час5Щ корпуса коническое днище, поддерхиващее слой зернистого материала и снабаенное централвшш патрубком для вывода его из апйарата, патрубки для подачи и вывода газа и направляющие элементы, располоЕенные внутри слоя зернистого материала и выполненные в ввде решеток из трубчатых коробов, расдолокенных по хордам поперечных сечений корпуса аппарата. При работе аппарата поток газа и/или жидкости пронизывает слой зернистого материала в аксиальном направлении. В свою очередь, зернистый матерзаал моаез дгвигаться под действием сшш тяЕести от патрубка подачи к патрубку вывода, Направл5зщие алементы способствуют перемешиванию частиц зернистого ьзатериала, нарушая поршневое даикение его слоя. Кроме того, по трубчатым коробагл налравляювщх ааементов в слой зернистого материала мокет быть дополнительно введено определенное количество газа или жидкости.

Все это позволяет улучшить равномерность распределения газа и зернистого материала и тем самым интенсифицировать целевой

процесс /4/.

Общим недостатком известных устройств /1-4/ является неравномерность локальных объемных скоростей аксиального потока газа.

контактирующего с зершстш материалом в различных 5 очках поперечного оечения его слоя, чго ухущпает ocfcjyio эффективность контактирования Это объясняется тем, чфо зернистый материал, носту11а1С1 ций в аппарат через патрубок, располокенный по оси корпуса, рассыпается по сечению аппарата в форме конуса с вершиной, обращенной вверх к патрубку подачи с образующей, наклоненной к к горизонту под утжш естественного откоса. Весь слой зернистого материала опирается на коническое днище, снабжешое в центре патрубком для вывода материала. Такое устройство днЩа обеспечивает наилучшие условия свободной выгрузки зернистого материала. При этом нижняя часть слоя зернистого материала шеен форвду конуса с вершиной, обращенной вниз к патрубку вывода, и с образущей, шяеицей наклон стенки днища. Таким образом, слой зерШстого материала вблизи оси корпуса имеет большую толщину, чем вблизи стенок. Такая нводцшаковазть толщины зернистого слоя приводит к неоднородности объешнк скоростей контактирования по поперечному сечению ашарата, что сникает эффективность проводишго в нем процесса. Улучишть положение позволяет замена одного дентральнбго 11ат|1убка подачи зернистого материала на несколько патрубков/ расшлотешшх сившетрично относительно оси аппарата, однако при этом ДЕЩЬ уменьшается масштаб неоднородности, а ее качественный характер становится более сложншч. Кроме того, это решение усложняет конструкцию и создает проблецу равномерной подачи материала во вое патрубки.

Целью изобретения явдшется йятенси ркация массообменного или каталитического процесса, прово рамого в аппарате, путем повышения эффективности контактирования газа и/или жидкости с зернистым ма.териалом за счет выравнивания объвюых скоростей контактированш по поперечног ду сечению аппарата.

9.&%,

Указанная цель достигается fSM, в известном адпарате с двйшущимся под действием сшш тякестя слоем зернистого материала, например гранулированного катализатора, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, патрубок для подачи зернистого латериала, расположенный по оси корпуса, дли несколько патрубков, располоЕвя1ШХ осесимметрично, установленное в нижней части корпуса коническое днище, подцеркиващее слой зернистого материала и снабженное центральным патрубком для вывоц зернистого материала из аппарата# патрубки для подачи и газа, направлящиЁ элемент, располоаешшй внутри слоя зернистого материала, днище снабжено перфорацией для прохода газа, напраэлякщйй элемент выполнен в виде коштееской тарелки, снабженной перфорацией для прохода газа и установлеш1о1 соосно корпусу вврпиноЁ ввергс с зазором мевду краем тарелки и стенкой корпуса не меньше пятикратного характерного размера частш; зернистого материала и не больше 4/5 внутреннего радауса корпуса, а угол дри вехшшне тарелки отличается от угла при ве|шшне днища не более, чем на 30 rpaaiarcoB

Характерным размером частш зернистого материала сферической формы является диаметр, а для частиц иной форма - эквивалентный диаметр.

Сопоставительный анализ с прототщом показывает, что заявзшемое устройство отличается от прототипа тем, что коническое днище снабжено перфорацией для прохода ншдкости и/или газа, а направлязшщй эле1У1ент выполнен в виде перфорированной тарелки, установленной соосно корпусу вершиной вверх с зазором меащу краем тарелки и стенкой корпуса не меньше пятикратного характерного размера частиц зернистого материала и не больше 4/5 радиуса корпуса, а

е .

угол при вершш е гарелки отличается оа угла при вершшв днища не более, чем на 30, Таким образом, заявляемое техническое решение соогветсгвует критерию швиэйа.

Оравшие заявляемого решешш с другими рехническими решеииягли доказывает, что конические нацравляэощие элеменш, уогановлешше вершиной вверх соосно Kopiiycy аЛшарата широко известны /2/. Однако цри их введении в указанной связи с остальными элементалж конСТРУ1ЩИИ в заявляемое устройство вмпеукаэанные направляющие элементы проявляют новые свойства. Так, в известных устройствах кошнеские направляющие элементы слувшт для повышения однородности движеНШ1 зернистого материала и осесишаетричного распределения его по попере шой,у сечению аппарата, в частности, по окружности кольцевого зазора глевду краем надравлякйцего элемента и стенкой аппарата. Однако при этом толщина контактирующего с газом и/или кидзкостью зернистого слоя, измеренная в осевом сечешш аппарата, оказывается существенно неодинаковой на разных расстояниях от оси, что и является причшш неоднородной интенсивности контактирования аксиалыюго потока газа и/или ЙСШЕКОСТИ с зернистша материалом в поперечном сечении аппарата. Таким образом, многочисленные известные технические решения, направленные на улучшение равномерности контактирования газа и/или кидкости с двищпдшйюя зернистым материалом в аппаратах с аксиальными потоками, не позволяют достичь эффективного результата, удовлбтворящего цели настоящего изобретения. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретательский уровень.

Изобретение иллюстрируется чертекаш На фиг.1 схематически показан вертикальный разрез иреялоЕенного аппарата, на фиг. 2 - модщицироваьшый вариант его исполнения.

Аппарат оодеркит корпус I, патрубок 2 щш подачй зернистого материала, коническое перфорированное днще 3, патрубок 4 для вывода зернистого материала, 5 для подачй газа, патрубок 6 для вывода газа, надравлшшщй йлемвнт 7 выполненный в виде Toimoстенной конической тарелки, снЙбаенной перфорацией для прохода rasa

Аппарат работает следрлШ обрезом.

Зернистый материал (катаШзатор или адсорбент), медленно движрщйся под действием силы тяжести, заполняет пространство корпуса, непрерывно поступал через патрубок 2 и удаляясь через патрубок 4. Сплошной слой зернистого материала 8 формируется в нижней части корпуса в виде конуса, повторятадего конфвгуроцию днища 3, а в верхней части корпуса в виде конуса, обращенного вершиной вверх (к патрубку 2), с образущей, наклоненной к гораэонту под углом естественного откоса. Непосредственно вод поверхностью тарелки 7 при движении зернистого матершла образуется двухконусная каверна 9. Ве|йсшш поверхность каверны повторяет конфигурацию тарелки 7, а НИЖНЯЯ - представляет собой конус обращенный ве|шиной вниз, с Образущей, наклоненной к горизонту нод углш естественного откоса.

Предназначенный для контактирования с зернистым глатериалом газ подается сверху через патрубок 5 и, равномерно растекаясь в пространстве над верхним KOHyctJM зернистого материала, пронизывает его слой в аксиальном направлении сверху вниз, проходя черев перфорационные отверстия тарелш 7 и дшща 3. Таким образом газ контактирует со всей массой зернистого материала, после чего покидает аппарат через патрубок 6.

35сли углы конусности днЕида 3 и тарелки 7 равны меадсу собой, то из геометрических построений очешдно, что толщина сплошного

слоя зернистого материала, измеренная по яинии АД, равна толщине сплошного слоя, измеренной по линии Ш, расположенной ближе к вертикальной оси корпуса, так как 2Р-ь 6Н. Одинаковая толщина слоя зернистого материала спосос5ствует выравниванию объемных схюростей контш тированйя газа с зернистш ьштериалом в пределах поперечного сеченвя аппарата, ограниченного диаметром тарелки 7. Однако вследствие возникновения при двикении газа и зернистого материала пристеночных гидродинамических эффектов, выравнивающее влияние направляющего элемента распространяется и за пределы поперечного сечения, ограниченного диаметром тарелки 7. Экспериментально установлено, что при уменьшении диаметра тарелки 7 ©то влшхни8 остается заметным до тех пор, пша зазор мекяу краем тарешси и стенкой корпуса не станет ббжьт 4/5 внутренного радиуса корпуса. С другой стороны, этот зазор должен оставаться достаточным для свободного прохода движущихся частиц зернистого материала. Это условие выполняется, если величина зазора швду краем тареяки и стенкой корпуса составляет не меньше пятикратного характерного размера частиц зернистого матё риала.

В большинс пзв случаев вы йвниваадее действие направлящего элемента наиболее сильно проявляется тогда, когда углы конусности тарелки 7 и дшща 3 равны йекду собой. Однако опытные данные свидетельствуют о том, что внравниващее действие остается существенным до тех пор, пока при изменении угла кодушости тарелки 7 атот угол отличается от угла конусности щтщ не бсшее, чем на 30 градусов.

Шралшивание объемных скоростей контактирования по всвь поперечноад/ сечению аппарата способствует лучше|у1у протеканию каталитического или сорбционного процесса.

3

Еще лучшее расаредеденйе газового потока моает быть дос 1 игнуго путем подачи дололнительного количества гаэа непосредственно в полость каверны 9. В раде случаев в зависимости от геометрических харш теристдк аппарата, а танке от взаимного направления движения газа и зернистого материала (прямоточного или противоточного) целесообразно ышодить часть газа непосредственно из полости каверны 9. Для подвода или отвода дополнительного газа аппарат может быть снабжен патрубком, вьйсодщое (ййи входное) отверстие которого расположено в центре каверны, т.е. по оси корпуса на уровне нишего основштя конуса тарелки направляющего элемента. Пршаер такого решения представлен на ®г1г.2, на которой схематично изобра сен в вертшсаяьном разрезе предлагаемый контактный аппарат, снабкенныЁ патрубком 10 для подвода или отвода дополнительного газа.

Использование предлагашаого контш тного аппарата по сравнению с существущими обеспечивает следущие прещуществаг

выравнивание объемных скоростей контактирований газа и/или с зершютым материалом позволяет повысить эффективность проведения каталитического шш сорбционного процесса в частности, при катализе повшцается селективность химических превращений и следовательно - выработка целевого прозш та;

- при проведении катади5Ичес1шх шш сорбционных процессов, сопровоадащихся выделением ;1ли поглощением гепза, улучшается температурный решш работы аппарата и выравнивается профиль температур с объеме зернистого слоя.

(д

Claims (2)

1. Аппарат для контактирования газа и/или жидкости с движущимся под действием силы тяжести слоем зернистого материала, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, патрубок для подачи зернистого материала, расположенный по оси корпуса, или несколько патрубков, расположенных осесимметрично, установленное в нижней части корпуса коническое днище, поддерживающее слой зернистого материала и снабженное центральным патрубком для вывода зернистого материала из аппарата, патрубки для подачи и вывода газа и направляющий элемент, расположенный внутри слоя зернистого материала, отличающийся тем, что днище снабжено перфорацией для прохода газа, а направляющий элемент в виде конической тарелки, снабженной перфорацией для прохода газа и установленной соосно корпусу вершиной вверх, с зазором между краем тарелки и стенкой корпуса не меньше пятикратного характерного размера частиц зернистого материала и не более 4/5 внутреннего радиуса корпуса, а угол при вершине тарелки отличается от угла при вершине днища не более, чем на 30^o.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен патрубком для подвода или отвода дополнительного газа, причем выходное или входное отверстие патрубка расположено по оси корпуса на уровне основания конуса тарелки направляющего элемента.