RU45649U1

RU45649U1 - PSEUDO-LIQUID LAYER REACTOR

Info

Publication number: RU45649U1
Application number: RU2004109922/22U
Authority: RU
Inventors: А.В. Черняков; О.В. Богомолова; В.А. Целиков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Космос"
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2005-05-27

Abstract

Использование: в различных отраслях промышленности для проведения процессов с использованием режима кипящего слоя, в частности, в кремнийорганической промышленности для прямого синтеза органохлорсиланов из кремнесодержащей контактной массы. Сущность изобретения: позволяет повысить выход готового продукта при одновременном сокращении энергетических затрат за счет того, что в реакторе с псевдоожиженным слоем, содержащем снабженный внешним теплообменным устройством цилиндрический корпус с расширяющейся верхней частью, узлы загрузки контакной массы и выгрузки отработанной контактной массы, подвода газообразного компонента и отвода готового продукта, газораспределительную решетку и встроенный теплообменник, встроенный теплообменник выполнен, по меньшей мере, из одной тепловой трубы, зона испарения которой расположена в корпусе реактора, а зона конденсации снабжена теплообменной охлаждающей камерой, расположенной снаружи реактора над его расширяющейся частью, при этом, встроенный теплообменник может быть выполнен из двух и более тепловых труб, соединенных между собой горизонтальными мостиками.Usage: in various industries for carrying out processes using the fluidized bed regime, in particular, in the organosilicon industry for the direct synthesis of organochlorosilanes from a silicon-containing contact mass. The inventive method allows to increase the yield of the finished product while reducing energy costs due to the fact that in the reactor with a fluidized bed containing a cylindrical body equipped with an external heat exchanger with an expanding upper part, nodes for loading the contact mass and unloading the spent contact mass, supplying a gaseous component and finished product outlet, gas distribution grill and integrated heat exchanger, integrated heat exchanger made of at least one heat a heat pipe, the evaporation zone of which is located in the reactor vessel, and the condensation zone is equipped with a heat exchange cooling chamber located outside the reactor above its expanding part, while the built-in heat exchanger can be made of two or more heat pipes connected by horizontal bridges.

Description

Изобретение относится к аппаратам химических производств, а именно, к конструкциям тепломассообменных реакторов с псевдоожиженным слоем, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для проведения процессов с использованием режима кипящего слоя, в частности, в кремнийорганической промышленности для прямого синтеза органохлорсиланов из кремнесодержащей контактной массы в кипящем слое.The invention relates to apparatuses for chemical production, namely, to designs of heat and mass transfer reactors with a fluidized bed, and can be used in various industries for carrying out processes using the fluidized bed regime, in particular, in the organosilicon industry for the direct synthesis of organochlorosilanes from siliceous contact mass in fluidized bed.

В процессе синтеза контактная масса вступает во взаимодействие с газообразным компонентом в условиях высокотемпературного кипящего (псевдоожиженного) слоя. В процессе прямого синтеза органохлорсиланов происходит взаимодействие мелкодисперсной кремнийсодержащей контактной массы с газообразным компонентом - хлоралкилом в кипящем слое при нагревании.In the process of synthesis, the contact mass interacts with the gaseous component under conditions of a high-temperature fluidized bed. In the process of direct synthesis of organochlorosilanes, a finely dispersed silicon-containing contact mass interacts with a gaseous component - chloralkyl in a fluidized bed when heated.

Выход готового продукта (качественно и количественно) зависит от условий проведения тепломассообменных процессов. Совершенствование аппаратурного оформления этих процессов приводит к выравниванию температурных, газодинамических и концентрационных полей по всему объему реактора, что позволяет повысить надежность работы реактора и интенсифицировать процесс за счет полноты использования контактной массы.The yield of the finished product (qualitatively and quantitatively) depends on the conditions of the heat and mass transfer processes. Improving the hardware design of these processes leads to the alignment of temperature, gas-dynamic and concentration fields throughout the reactor volume, which allows to increase the reliability of the reactor and to intensify the process due to the full use of the contact mass.

Известен реактор с псевдоожиженным слоем для прямого синтеза органохлорсиланов, содержащий цилиндрический корпус с расширяющейся верхней частью, встроенный теплообменник, трубные элементы которого выполнены в виде петель с циркулирующим в них теплоносителем, узлы загрузки и выгрузки контактной массы, подвода газообразного компонента и отвода готового продукта и газораспределительную решетку, в отверстия которой помещены сквозные газораспределительные патрубки с барботажными колпачками в надрешетчатой части патрубка и съемной дозирующей диафрагмой на его нижнем конце. Наличие установленных на газораспределительной решетке газораспределительных патрубков с барботажными колпачками обеспечивает равномерное распределение газообразного компонента и исключает забивку элементов устройства частицами мелкодисперсной контактной массы, что повышает производительность реактора. /Патент RU №2205683, B 01 J 8/18, 2003 г./.A known fluidized bed reactor for the direct synthesis of organochlorosilanes containing a cylindrical body with an expanding upper part, an integrated heat exchanger, the tube elements of which are made in the form of loops with a coolant circulating in them, nodes for loading and unloading the contact mass, supplying a gaseous component and exhausting the finished product and gas distribution a grill, in the openings of which through gas distribution pipes with bubbled caps in the superlattice of the pipe and removable doses are placed diaphragm at its lower end. The presence of gas distribution nozzles installed on the gas distribution grill with bubbler caps provides a uniform distribution of the gaseous component and eliminates clogging of the device elements by particles of finely dispersed contact mass, which increases the productivity of the reactor. / Patent RU No. 2205683, B 01 J 8/18, 2003 /.

Недостатком этого реактора является использование теплообменников в виде петлевых труб, что обуславливает неравномерность температурного поля по объему реактора, возникает необходимость прокачки большого количества теплоносителя и равномерного его распределения по трубкам теплообменника, что приводит к большим энергетическим затратам и увеличению стоимости проведения процесса. Кроме того, повышенная вероятность спекания и забивки реакционной массы внутри пространства петлевого теплообменника, особенно в U-образной части и в верхних горизонтальных участках входа и выхода теплоносителя, приводит к выходу теплообменника из строя. Своевременное обнаружение, отсечка дефектного теплообменного элемента и его демонтаж в рабочей зоне реактора достаточно сложны.The disadvantage of this reactor is the use of heat exchangers in the form of loop pipes, which leads to uneven temperature field over the volume of the reactor, it becomes necessary to pump a large amount of coolant and its uniform distribution over the tubes of the heat exchanger, which leads to high energy costs and an increase in the cost of the process. In addition, the increased likelihood of sintering and clogging of the reaction mass inside the space of the loop heat exchanger, especially in the U-shaped part and in the upper horizontal sections of the inlet and outlet of the coolant, leads to the failure of the heat exchanger. Timely detection, shutoff of a defective heat-exchange element and its dismantling in the working zone of the reactor are quite complicated.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является реактор с псевдоожиженным слоем, содержащий снабженный внешним теплообменным устройством цилиндрический корпус с расширяющейся верхней частью, узлы загрузки и выгрузки контактной массы, подвода газообразного компонента и отвода готового продукта, газораспределительную решетку и встроенный теплообменник, элементы которого выполнены в виде трубок Фильде (труба в трубе). /Авторское свидетельство SU №990071, B 01 J 8/18, 1983 г./.The closest in technical essence to the proposed one is a fluidized bed reactor containing a cylindrical body equipped with an external heat exchanger with an expanding upper part, nodes for loading and unloading the contact mass, supplying a gaseous component and exhausting the finished product, a gas distribution grid and an integrated heat exchanger, the elements of which are made in in the form of Field tubes (pipe in pipe). / Copyright certificate SU No. 990071, B 01 J 8/18, 1983 /.

Недостатками этого реактора являются большая масса труб, затраты энергии на прокачку большого количества теплоносителя, трудности его равномерного распределения по трубным элементам, а также неэффективное использование теплоты из-за потери тепла при встречном движении теплоносителя в трубках. Указанные недостатки приводят к снижению конверсии газообразного компонента реакции, увеличению неравномерности температурного поля и снижению полноты использования контактной массы.The disadvantages of this reactor are the large mass of pipes, the energy costs for pumping a large amount of coolant, the difficulties of its uniform distribution over the pipe elements, as well as the inefficient use of heat due to heat loss during the oncoming movement of the coolant in the tubes. These disadvantages lead to a decrease in the conversion of the gaseous component of the reaction, an increase in the unevenness of the temperature field, and a decrease in the completeness of use of the contact mass.

Задачей настоящего изобретения является повышение полноты использования контактной массы, конверсии и селективности газообразного компонента реакции, за счет выравнивания температурного поля в объеме реактора.The objective of the present invention is to increase the completeness of the use of contact mass, the conversion and selectivity of the gaseous component of the reaction, due to the equalization of the temperature field in the reactor volume.

Технический результат от использования предложенного реактора заключается в повышении выхода готового продукта при одновременном снижении энергозатрат.The technical result from the use of the proposed reactor is to increase the yield of the finished product while reducing energy consumption.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в реакторе с псевдоожиженным слоем, содержащем снабженный внешним теплообменным устройством цилиндрический корпус с расширяющейся верхней частью, узлы загрузки контактной массы и выгрузки отработанной контактной массы, подвода газообразного компонента и отвода готового продукта, The problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that in the reactor with a fluidized bed containing a cylindrical body equipped with an external heat exchanger with an expanding upper part, nodes for loading the contact mass and unloading the spent contact mass, supplying the gaseous component and discharge of the finished product,

газораспределительную решетку и встроенный теплообменник, встроенный теплообменник выполнен, по меньшей мере, из одной тепловой трубы, зона испарения которой расположена в корпусе реактора, а зона конденсации снабжена теплообменной охлаждающей камерой, расположенной снаружи реактора над его расширяющейся частью, при этом, встроенный теплообменник может быть выполнен из двух и более тепловых труб, соединенных между собой мостиками.the gas distribution grid and the built-in heat exchanger, the built-in heat exchanger is made of at least one heat pipe, the evaporation zone of which is located in the reactor vessel, and the condensation zone is equipped with a heat exchange cooling chamber located outside the reactor above its expanding part, while the built-in heat exchanger can be made of two or more heat pipes interconnected by bridges.

На чертеже представлен общий вид предложенного реактора.The drawing shows a General view of the proposed reactor.

Для большей наглядности соотношение размеров отдельных элементов на чертеже изменено.For greater clarity, the aspect ratio of individual elements in the drawing is changed.

Реактор с псевдоожиженным слоем содержит цилиндрический корпус 1 с расширяющейся верхней частью 2 и снабжен внешним теплообменным устройством 3 с патрубками подачи теплоносителя 4 и отвода теплоносителя 5, узлами загрузки контактной массы 6 и выгрузки отработанной контактной массы 7, узлами ввода газообразного компонента 8 и выхода готового продукта 9, газораспределительной решеткой 10 и встроенным теплообменником, выполненным, по меньшей мере, из одной тепловой трубы 11, зона испарения которой расположена в корпусе 1 реактора, а зона конденсации снабжена теплообменной охлаждающей камерой 12 с патрубками подачи охлаждающего агента 13 и отвода пара 14.The fluidized bed reactor contains a cylindrical body 1 with an expanding upper part 2 and is equipped with an external heat exchanger 3 with nozzles for supplying the heat carrier 4 and removal of the heat carrier 5, loading units for the contact mass 6 and for unloading the spent contact mass 7, input units for the gaseous component 8 and the finished product outlet 9, a gas distribution grill 10 and an integrated heat exchanger made of at least one heat pipe 11, the evaporation zone of which is located in the reactor vessel 1, and the condensation zone The station is equipped with a heat exchange cooling chamber 12 with nozzles for supplying a cooling agent 13 and steam outlet 14.

При выполнении встроенного теплообменника из двух и более тепловых труб последние соединены между собой мостиками 15. Количество тепловых труб, а также расстояние между отдельньми тепловыми трубами зависят от диаметра реактора и необходимой поверхности охлаждения.When the built-in heat exchanger consists of two or more heat pipes, the latter are interconnected by bridges 15. The number of heat pipes, as well as the distance between the individual heat pipes, depend on the diameter of the reactor and the required cooling surface.

Реактор может дополнительно содержать другие конструктивные элементы, приспособления и особенности, которые не меняют технической сущности предложенного технического решения.The reactor may additionally contain other structural elements, devices and features that do not change the technical nature of the proposed technical solution.

Реактор с псевдоожиженным слоем работает следующим образом.The fluidized bed reactor operates as follows.

В корпус 1 реактора загружают контактную массу через узел загрузки контактной массы 6, реактор разогревают путем пропускания теплоносителя, подаваемого через патрубок 4 подачи теплоносителя во внешний теплообменник 3, с последующим отводом теплоносителя через патрубок 5. Затем через узел ввода газообразного компонента 8 вводят газообразный компонент, который, проходя через газораспределительную решетку 10, превращается в пары, проходящие через весь слой контактной массы, в результате чего слой контактной массы переходит в псевдоожиженное состояние. Эффективный и устойчивый отвод теплоты, The contact mass is loaded into the reactor housing 1 through the contact mass loading unit 6, the reactor is heated by passing the coolant supplied through the coolant supply pipe 4 to the external heat exchanger 3, and then the coolant is removed through the pipe 5. A gaseous component is introduced through the gaseous component inlet 8, which, passing through the gas distribution grid 10, turns into vapors passing through the entire contact mass layer, as a result of which the contact mass layer becomes fluidized state. Efficient and sustainable heat dissipation,

выделяющейся в процессе реакции, обеспечивают тепловые трубы 11. Тепловая труба состоит из герметизированной трубы, частично заполненной жидким теплоносителем, который, испаряясь у одного конца тепловой трубы (зона испарения), расположенного в корпусе 1, поглощает теплоту, выделяющуюся в процессе реакции синтеза, а затем, конденсируясь у другого конца трубы (зона конденсации), расположенного внутри теплообменной охлаждающей камеры 12, отдает ее. Охлаждающий агент, который вводят в камеру 12, расположенную снаружи расширяющейся части 2 корпуса 1 реактора, через патрубок 13, в процессе прохождения через теплообменную охлаждающую камеру 12 превращается в пар и отводится через патрубок 14. Пары теплоносителя в зоне конденсации тепловой трубы 11, расположенной внутри камеры 12, конденсируются и стекают по внутренней поверхности тепловой трубы, при этом происходит охлаждение контактной массы. Трубы 11 соединены между собой мостиками 15. Отработанную контактную массу выводят из реактора через узел выгрузки отработанной контактной массы 7, а готовый продукт - через узел выхода готового продукта 9.heat pipes 11 are provided during the reaction. The heat pipe consists of a sealed pipe partially filled with liquid heat carrier, which, evaporating at one end of the heat pipe (evaporation zone) located in the housing 1, absorbs the heat released during the synthesis reaction, and then, condensing at the other end of the pipe (condensation zone) located inside the heat exchange cooling chamber 12, gives it away. The cooling agent, which is introduced into the chamber 12, located outside the expanding part 2 of the reactor vessel 1, through the nozzle 13, in the process of passing through the heat-exchange cooling chamber 12 turns into steam and is discharged through the nozzle 14. The coolant vapor in the condensation zone of the heat pipe 11 located inside chambers 12 condense and flow down the inner surface of the heat pipe, and the contact mass is cooled. Pipes 11 are interconnected by bridges 15. The spent contact mass is removed from the reactor through the unloading unit of the spent contact mass 7, and the finished product through the outlet of the finished product 9.

Использование тепловых труб известно в энергетике, космической технике и т.д. (См. Новый политехнический словарь, Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», М., 2000 г., с.531).The use of heat pipes is known in energy, space technology, etc. (See. New Polytechnical Dictionary, Scientific Publishing House "Big Russian Encyclopedia", M., 2000, p.531).

Однако, из известного уровня техники авторам не известно использование тепловых труб с зоной испарения, встроенной в тепломассообменный аппарат, и зоной конденсации, расположенной снаружи последнего.However, from the prior art, the authors are not aware of the use of heat pipes with an evaporation zone built into the heat and mass transfer apparatus and a condensation zone located outside the latter.

Наличие в предложенном реакторе встроенного теплообменника, выполненного в виде тепловых труб, позволяет обеспечить выравнивание теплового поля контактной массы, увеличить конверсию газообразного компонента реакции и полноту использования контактной массы, что приводит к повышению выхода готового продукта при одновременном сокращении энергетических затрат.The presence in the proposed reactor of an integrated heat exchanger made in the form of heat pipes makes it possible to equalize the thermal field of the contact mass, increase the conversion of the gaseous component of the reaction and the completeness of use of the contact mass, which leads to an increase in the yield of the finished product while reducing energy costs.

Claims

1. The fluidized bed reactor containing a cylindrical body equipped with an external heat exchanger with an expanding upper part, nodes for loading the contact mass and unloading the spent contact mass, supplying the gaseous component and removal of the finished product, a gas distribution grid and an integrated heat exchanger, characterized in that the integrated heat exchanger is made from at least one heat pipe, the evaporation zone of which is located in the reactor vessel, and the condensation zone is equipped with heat exchange cooling pressure chamber located outside the reactor above its expanding part.

2. The reactor according to claim 1, characterized in that the integrated heat exchanger is made of two or more heat pipes interconnected by bridges.