SU1524914A1 - Контактный аппарат дл проведени эндотермических процессов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к конструкции аппаратов, предназначенных дл  производства контролируемых по составу и свойствам газовых атмосфер, используемых при термообработке деталей машин и при спекании изделий в порошковой металлургии путем увеличени  глубины превращени  за счет переноса тепла от обогреваемой извне стенки аппарата к внутренним сло м газового потока и повышение технологичности изготовлени  аппарата уменьшением количества горизонтальных колец. Дл  этого в аппарате ширина основных горизонтальных колец установлена в пределах B₁=(0,04-0,06)D, кольца выполнены с прорез ми на ширине полукольца, ограниченной диаметрами D и (D-B₁), где D - внутренний диаметр контактного аппарата. Суммарна  площадь прорезей составл ет от 0,6S до (1-δ)S, где δ - минимально допустима  из условий прочности величина, а S - площадь полукольца между D и (D-B₁). 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относитс  к конструкции аппаратов дл  проведени  эндотермических процессов в стационарном слое катализатора, в частности реакторов типа реторты с внешним обогревом , используемых в эндогенераторах дл  производства контролируемой по составу и свойствам атмосферы в технологических процессах термообработки деталей машин и дл  спекани  ме- таллокерамических изделий в порошковой металлургии.

Целью изобретени   вл етс  увеличение глубины превращени  путем улучшени  переноса тепла от обогреваемой извне стенки контактного аппарата к внутренним сло м газового потока вследствие повышени  скорости пристеночных слоев газового потока и повышение технологичности изготовлени  аппарата.

На фиг.1 схематично представлен контактный аппарат, продольный разрез на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.З - конструкци  основного кольца с прорез ми (деталь 8 на фиг.2); на фиг.4 - схема потоков газа в контактном аппарате согласно изобретению на фиг.5 - схема потоков газа в реакторе согласно прототипу.

Аппарат содержит корпус 1 с днищами 2 и 3, штуцером 4 дл  ввода и штуцером 5 дл  вывода газового потока . На внутренней стенке корпуса 1 в нижней ее части закреплена опорна  колосникова  решетка 6, на которой расположен слой катализатора 7.

сл

ГчЭ

4

:с

По высоте сло  катализатора на внутренней стенке корпуса 1 закреплены основные горизонтальные периферийные кольца 8, HMf touyie ширину Ь, (0,04-0,08) D; и дополнительные горизонтальные периферийные кольца 9, имекхдие ширину Ь 0,5 Ь .Кольца установлены одно относительно другого на рассто нии по высоте, равном Н Ь . Основные кольца 8 выполнены с прорез ми на (иирине полукольца, ограниченной диаметрами D и (D-b,), где D - внутренний диаметр корпуса 1, причем cy мapнa  площадь прорезей составл ет от 0,Ь S до (1-е/} S, где сЛ - минимально допустима  по конструктивным соображени м из условий прочности величина, а S - площад полукольца между диаметрами D и

(и-ь,).

Форма выполнени  контактного arma рата может быть различной, например в виде реактора аналогично прототипу или в виде реторты эндогенератора с внутренней цилиндрической вставкой и с кольцевым слоем катализатора, примен емой в современньк эндогенерато- рах, что не вли ет на возможность использовани  изобретени . Также допускаетс  различна  форма прорезей в основных кольцах 8, например в виде кольцевых сектс.ров, как на фиг. 3,либо в виде круглых, или иной формы отверстий .

Устройство работает следующим образом .

Газовый поток подают в корпус 1 через штуцер 4, поток газа распредел етс  по сечению аппарата, проходит через слой катализатора 7, опорную решетку 6 и из аппарата через штуцер 5. Тепло, необходимое дл  осуществлении эндотермического процесса на катализаторе, подводитс  снаружи от источника нагрева (не показан) через стенку корпуса 1. Наличие системы горизонтальных дополнительных колец у внутренней стенки контактного аппарата предотвращает проскок (преимущественное прохождение ) газового потока в пристенной зоне, а наличие прорезей во внешних участках основных колец создает услови  дл  местного (по участкам длины аппарата) омывани  внутренней стенки корпуса 1 внешними сло ми га- зового потока при отсутствии проскок газа ), что улучшает перенос

0

5

тепла от стенки к середине потока и, вследствие этого, увеличивает глубину превращени  реагирующих газов.

Дл  выбора величины b,/D и суммарной площади (проходного сечени ) прорезей Из жаропрочной стали марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 7350-77 бьито изготовлены 8 образцов контактного аппарата с одинаковым внутренним диаметром и 200 мм и слоем каталитической насадки L 60 мм. Образец дл  испытаний устанавливали с зазором внутри футеровки электропечи, выполненной в виде цилиндра шамотной клад-- ки; на внутренней стенке футеровки было размещено 4 нихромовых спирали, и подводима  к ним электрическа  мощность регулировалась так, что температура , измер ема  на внешней стенке реактора в середине высоты каталитической насадки хромельалюмелевой термопарой , составл ла 940-960°С, Во всех опытах расход природного газа составл л 2,9 м /ч, воздуха 5

5

0

5

0

5

0

/ч, т.е. о(0,28. При объеме

7,

катализатора около 1,9 дм и указанном расходе природного газа объемна  скорость по метану составл ла приблизительно 1500 ч, т.е. была выбрана заведомо выше обычных величин, и емых в промышленности. Это позволило в одинаковой мере дл  всех опытов несколько снизить полноту конверсии, что дало возможность наблюдать положительный эффект от прорезей в основных кольцах, а также вли ние ширины колец и проходного сечени  прорезей на полноту конверсии. Процент конверсии рассчитывали по составу конвертированного газа как отношение количества прореагировавшего метана к количеству его, вступившему в реакцию . Состав конвертированного газа определ ли с помощью газового хроматографа ЛХМ-8МД.

Проведено две серии опытов. В первой серии (табл.1) исследовано вли ние ширины колзц (отношени  b,/D) на полноту конверсии.Дл  сравнени  проведен опыт на аппарате с кольцами без прорезей (аппарат 6) согласно прототипу , но с отношением b /D 0,04. Во всех опытах этой серии прорези были выполнены практически на всей поверхности полукольца (за исключением 4 перегородок шириной 2 мм) и, следовательно , проходное сечение прорезей составл ло около 0,99 S.

Во второй серии (табл.2) испытаны 2 аппарата с Ь, 16 мм (0,08 D) и с проходными сечени ми 0,6 S и

0,4 S (аппараты 7 и 8); данные табл.2 дополнены данными по аппарату 4, вз тыми из табл.1.

Таблица 1

Как видно из табл,1, при величине b /D в пределах 0,04-0,08 глубина превращени  (процент конверсии) составл ет приблизительно 86+0,5%, т.е. значительно выуие, чем при отношени х, наход щихс  вне предлагаемых пределов , а также при значении равном 0,04, существенно превышает

S, - суммарна  площадь прорезей (проходное сечение) основного кольца.

Таким образом, применение предлагаемого изобретени  при величине b , (0,04-0,08) D и S, d-J ) S позвол ет обеспечить максимально достижимую глубину превращени , а конкретный выбор величин b,/D и с/ зависит от конструктивных особенностей аппарата, а также реализуемого в нем технологического процесса.

Claims (2)

1. Контактный аппарат дл  проведени  эндотермических процессов, содержаний корпус с днищем, штуцеры дл  ввода и вывода газового потока, опорную колосниковую решетку с расположенным на ней слоем зернистого катализатора и закрепленные на внутренней поверхности корпуса основные и дополнительные горизонтальные кольца , установленные с чередованием по

5

процент конверсии в аппарате 6, выполненном с кольцами без прорезей (аналогично прототипу).

Данные табл.2 показывают, что при значени х S ys более низких чем предлагаемые , процент конверсии также существенно ниже, чем максимально достижимый согласно изобретению.

Таблица 2

0

5

0

5

высоте, отлич ающийс  тем, что, с целью увеличени  глубины превращени  путем улучшени  переноса тепла от обогреваемой извне стенки к внутренним сло м газового потока и повышени  технологичности изготовлени  аппарата путем уменьшени  количества горизонтальных колец, ширина основных колец составл ет (0,04- 0,08) D, где D - внутренний диаметр контактного аппарата, при этом основные кольца выполнены с прорез ми на ширине полукольца.

2. Аппарат поп.1, отличающийс  тем, что суммарна  площадь прорезей составл ет от 0,6 S до (1-cf) S, где f - минимально допустима  по конструктивным соображени м из условий прочности величина, S - площадь полукольца между диаметрами D и (D-b,), где bi - ширина основных горизонтальных колец.

Фиг I

Фа I

/

Фиа.Ч

/

Фм.У