SU1699587A1

SU1699587A1 - Chemical reaction vessel

Info

Publication number: SU1699587A1
Application number: SU894773482A
Authority: SU
Inventors: Александр Константинович Ставаш; Галина Михайловна Владимирова; Александр Владимирович Шишкин
Original assignee: Ленинградский Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Химического Машиностроения
Priority date: 1989-12-25
Filing date: 1989-12-25
Publication date: 1991-12-23

Abstract

Изобретение относитс к химическим реакторам и может быть использовано дл проведени химических процессов в жидких средах, сопровождающихс выделением газовой фазы, например дл отгонки оксидов азота из азотнокислых солей т желых металлов, и позвол ет повысить производительность реактора за счет перераспределени газовой фазы и организации циркул ции жидкости и упростить обслуживание при ремонте и чистке. Реактор содержит корпус с патрубками, установленные внутри корпуса на рассто нии друг от друга полые усеченные конуса, навитые из труб и снабженные ребрами, установленными внутри конусов по спирапи. Реактор снабжен центральным коллектором в виде трубы , к которому своими обращенными вверх меньшими ОСНОЁЗНИЯМИ прикреплены конуса , у которых проходное сечение межвитко- вого пространства не превышает площади свободного сечени аппарата между корпусом и конусами. Диаметр больших оснований конусов уменьшаетс снизу вверх, а направление их навиоки противоположно направлению спирали, по которой выполнены ребра. 2 з.п, ф-лы, 3 ил. СПThe invention relates to chemical reactors and can be used to conduct chemical processes in liquid media accompanied by the evolution of a gas phase, for example, to distill nitrogen oxides from heavy metal nitrate salts, and to increase the productivity of the reactor through the redistribution of the gas phase and the organization of circulation of the liquid. and simplify maintenance during repair and cleaning. The reactor includes a housing with nozzles, hollow truncated cones wound from pipes and fitted with fins mounted inside the cones along spiracles, spaced apart from each other. The reactor is equipped with a central collector in the form of a pipe, to which with its upward-facing lower cones attached, in which the flow area of the interturn space does not exceed the area of the free section of the apparatus between the body and the cones. The diameter of the large bases of the cones decreases from bottom to top, and the direction of their Navia is opposite to the direction of the spiral along which the ribs are made. 2 з.п, ф-л, 3 Il. SP

Description

Изобретенме относитс к химическим реакторам и может быть использовано дл проведени химических процессов в жидких средах, сопровождающихс выделением газовой фазы, например дл отгонки оксидов азота из азотнокислых солей т желых металлов.The invention relates to chemical reactors and can be used to carry out chemical processes in liquid media accompanied by the evolution of a gas phase, for example, to distill nitrogen oxides from heavy metal nitrate salts.

Известен реактор, содержащий цилиндрический корпус с патрубками, с коаксиаль- но установленной циркул ционной трубой, снабженной усеченными конусами, установленными с внешней или с внутренней ее стороны. Одно из оснований конусов крепитс к циркул ционной трубе, а другое свободно размещено между корпусом реактораA known reactor comprising a cylindrical body with nozzles, with a coaxially mounted circulation pipe equipped with truncated cones mounted on its external or internal side. One of the bases of the cones is attached to the circulation pipe, and the other is freely positioned between the reactor vessel.

и трубой или внутри трубы, при этом труба снабжена газоотводными отверсти ми, расположенными под лини ми креплени конусов к циркул ционной трубе.and a pipe or inside a pipe, wherein the pipe is provided with gas outlet openings located under the lines of attachment of the cones to the circulation pipe.

Однако известный реактор имеет слаборазвитую поверхность теплообмена и высокое гидравлическое сопротивление, что затрудн ет циркул цию жидкости и не позвол ет интенсифицировать процессы, происход щие с большим поглощением теплоты, например процесс терморазложе- нм азотнокислых солей т желых металловHowever, the known reactor has a poorly developed heat exchange surface and high hydraulic resistance, which makes it difficult to circulate the liquid and does not allow to intensify the processes occurring with high heat absorption, for example, the process of thermal decomposition of heavy metal nitrate salts.

Известен также тепломассообменный аппарат, включающий корпус с рубашкой, внутри которого по высоте установлены по (Л 00 4Also known heat and mass transfer apparatus, comprising a housing with a jacket, inside which the height is set to (L 00 4

лые усеченные конуса, расположенные на рассто нии попарно навстречу друг другу меньшими основани ми. Бокова поверхность конусов выполнена из трубы, навитой по спирали, и снабжена ребрами, также установленными по спирали.frustoconical cones located at a distance in pairs towards each other by smaller bases. The side surface of the cones is made of a pipe wound in a spiral, and provided with ribs, also installed in a spiral.

Однако использование этого аппарата дл проведени химических процессов, протекающих с выделением газовой фазы, происход щим на теплообменных поверхност х , например дл проведени процесса терморазложени азотнокислых солей т желых металлов, приводит к тому, что в верхней части аппарата газосодержание становитс столь велико, что теплообмен- ные поверхности конусов огол ютс и производительность аппарата уменьшаетс . Кроме того, известный аппарат вл етс аппаратом идеального выстенени , что дл описанного процесса, чаще всего проводимого в периодическом режиме, вл етс не- рациональным, так как отсутствие циркул ции и смешени реакционной среды приводит к большому разбросу степени превращени (конверсии) по объему аппарата , т.е. к нерациональным затратам энергии и снижению качества продукта. Кроме того, в известном аппарате затруднено обслуживание при ремонте и чистке так как осмотр и очистка теплообменных поверхностей конусов возможна либо при полном демонтаже аппарат;, либо изнутри, что не всегда допустимо и возможно.However, the use of this apparatus for carrying out chemical processes proceeding with the evolution of a gas phase occurring on heat exchange surfaces, for example, to carry out the process of thermal decomposition of heavy metal nitrate salts, results in the gas content in the upper part of the apparatus becoming so high that The conical surfaces of the cones are exposed and the productivity of the apparatus decreases. In addition, the known apparatus is an apparatus of ideal alignment, which for the described process, most often carried out in a batch mode, is not rational, since the absence of circulation and mixing of the reaction medium leads to a large variation in the degree of conversion (conversion) by volume of the apparatus. i.e. to waste energy and reduce product quality. In addition, in a known apparatus difficult to maintain during repair and cleaning as the inspection and cleaning of the heat transfer surfaces of the cones is possible either with the complete dismantling of the device; or from the inside, which is not always permissible and possible.

Целью изобретени вл етс повышение производительности реактора за счет перераспределени газовой фазы и организации циркул ции жидкости и упрощение обслуживани при ремонте и чистке.The aim of the invention is to increase the productivity of the reactor due to the redistribution of the gas phase and the organization of the circulation of the liquid and to simplify maintenance during repair and cleaning.

Поставленна цель достигаетс тем, что в химическом реакторе, предназначенном дл проведени процессов терморазложени в жидких средах с выделением газовой фазы, включающем корпус с патрубками, внутри которого по высоте на рассто нии друг от друга установлены полые усеченные конуса, бокова поверхность которых выполнена из трубы, навитой по спирали и снабженной ребрами, также установленными по спирали, установлен центральный коллектор в виде вертикальной трубы, конуса установлены большим основанием вниз и присоединены меньшим основанием к коллектору, причем шаг навивки и диаметры оснований конусов выполнены так, что площадь проходного сечени межвиткового пространства не превышает площади свободного сечени реактора, ограниченного корпусом и большим основанием конуса.The goal is achieved by the fact that in a chemical reactor designed for carrying out thermal decomposition processes in liquid media with a gaseous phase, including a housing with nozzles, inside which there are hollow truncated cones with a side surface made of a pipe, wound in a spiral and equipped with ribs, also installed in a spiral, a central collector in the form of a vertical pipe is installed, the cone is installed with a large base downwards and attached by a smaller base aniem to the collector, and wherein the step of winding diameters of the bases of the cones are arranged so that the flow sectional area does not exceed the interturn space area free section of the reactor, bounded body and a large base of the cone.

Дополнительно дл улучшени циркул ции жидкой фазы в реакторе диаметр большего основани вышесто щего конуса выполн ют меньшим такового нижесто щего конуса. Дл улучшени теплообмена газожидкостного потока с поверхностью конусов направление их навивки противоположно направлению спирали, по которой выполнены ребра.Additionally, to improve the circulation of the liquid phase in the reactor, the diameter of the larger base of the superior cone is made smaller than that of the lower cone. In order to improve the heat exchange of the gas-liquid flow with the surface of the cones, the direction of winding them is opposite to the direction of the spiral along which the fins are made.

Установка центрального коллектора в виде вертикальной трубы и присоединениеInstallation of a central collector in the form of a vertical pipe and connection

0 к нему меньших оснований конусов позвол ет облегчить обслуживание при ремонте и чистке, так как эта конструкци соедин ет все теплообменные элементы в единый блок типа елочки, который легко извлечь из реак5 тора после сн ти крышки.0 to it, smaller bases of the cones allow easier maintenance during repair and cleaning, since this design connects all heat exchange elements into a single herringbone-type block, which can be easily removed from the reactor after removing the cover.

Установка конусов большим основанием вниз и выбор шага навивки и диаметра большого основани таким образом, что площадь проходного сечени межвитковогоInstalling the cones with a large base down and selecting the winding pitch and diameter of the large base so that the cross-section area of the interturn

0 пространства не превышает площади свободного сечени реактора, ограниченного корпусом и большим основанием конуса, позвол ет организовать циркул цию жидкой фазы в реакторе. Циркул ци обеспечи5 ваетс тем, что газ вместе с более теплой жидкостью, направл емый конусами, устремл етс вверх и к оси аппарата, а более холодна свободна от газа жидкость опускаетс вниз в кольцевом пространстве0 space does not exceed the free section of the reactor, bounded by the shell and the large base of the cone, allows you to organize the circulation of the liquid phase in the reactor. Circulation is ensured by the fact that the gas, along with the warmer liquid, directed by the cones, rushes upwards and towards the axis of the apparatus, and the colder gas-free liquid descends downwards in the annular space.

0 между корпусом и конусами. Ограничение площади проходного сечени межвиткового пространства не более площади свободного сечени аппарата между корпусом с большим основанием конуса обеспечивает0 between the body and the cones. Limiting the area of the cross section of the interturn space of not more than the free section of the apparatus between the body with a large base of the cone provides

5 устойчивость циркул ции жидкости. В противном случае зона барботажа в поперечном сечении реактора больше зоны циркул ционного движени и реактор начинает работать как вытеснительный, что при0 водит к неравномерному ходу процесса и разбросу в степени превращени в разных точках реактора.5 fluid circulation stability. Otherwise, the bubbling zone in the cross section of the reactor is larger than the circulation zone and the reactor begins to work as a displacement, which leads to an uneven course of the process and a variation in the degree of conversion at different points of the reactor.

Уменьшение диаметра больших оснований конусов снизу вверх позвол ет допол5 нительно стабилизировать циркул цию жидкой фазы тем, что при этом в наиболее нагруженной по газу верхней зоне реактора увеличиваетс сечение циркул ционной зоны , что позвол ет увеличить скорость цирку0 л ции жидкости и за счет этого несколько уменьшить объемное газосодержание (в соответствии с формулой Арманда газосодержание I зависит от скорости газа Wr и скорости жидкости Л/ж следующим образомReducing the diameter of the large bases of the cones from bottom to top allows additional stabilization of the circulation of the liquid phase by the fact that, in the upper zone of the reactor most loaded with gas, the cross section of the circulation zone increases, which increases the rate of circulation of the liquid and thereby slightly decreases volumetric gas content (in accordance with the Armand formula, gas content I depends on the gas velocity Wr and the fluid velocity L / W as follows

5Г- 0,833Wr / (Wr + Wx).5G- 0.833Wr / (Wr + Wx).

Кроме того, уменьшение диаметра конуса приводит к уменьшению его поверхности , и, следовательно, к уменьшению подводимого количества теплоты и снижению газовыделени в верхней зоне реактоpa no сравнению с нижними. Таким образом , этот конструктивный прием позвол ет при том же количестве подводимой теплоты оптимизировать режим работы реактора,In addition, a decrease in the diameter of the cone leads to a decrease in its surface, and, consequently, to a decrease in the amount of heat supplied and a decrease in gas evolution in the upper zone of the reactor compared to the lower ones. Thus, this constructive technique allows, with the same amount of heat supplied, to optimize the operating mode of the reactor,

Выполнение навивки конусов в сторону , противоположную направлению спирали , по которой выполнены ребра, способствует поперечному обтеканию труб, из которых навиты конуса.The winding of the cones in the direction opposite to the direction of the helix along which the ribs are made contributes to the transverse flow of pipes from which the cone is wound.

При этом улучшаетс теплообмен и повышаетс производительность реактора.This improves heat transfer and increases reactor throughput.

На фиг.1 представлен реактор, разрез; на фиг.2 - конус, выполненный из трубы, навитой по спирали; на фиг.З - то же, разрез .Figure 1 shows the reactor section; figure 2 is a cone made of a pipe wound in a spiral; on fig.Z - the same section.

Реактор содержит цилиндрический корпус 1 с крышкой 2 и днищем 3. Внутри корпуса помещен центральный коллектор 4 в виде вертикальной трубы, к которому прикреплены своими меньшими основани ми и обращенные большими основани ми вниз полые усеченные конуса 5, на внутренней поверхности которых закреплены ребра б, выполненные по спирали. Конуса 5 навиты из трубы по спирали, причем направление навивки конусов 5 противоположно направлению спирали, по которой выполнены ребра 6. Диаметры больших оснований конусов 5 и шаг их навивки выбраны таким образом, что площадь проходного сечени межвиткового пространства не превышает площади свободного сечени реактора, ограниченного корпусом 1 и большим основанием конусов 5, при этом диаметр большего основани каждого вышесто щего конуса 5 меньше такового нижесто щего конуса. Нижние концы труб, из которых навиты конуса 5, могут быть подключены к одному или нескольким выходным коллекторам 7 или выведены из реактора через специальную проставку (не показана) во фланцевом соединении корпуса 1 и крышки 2 (днища 3). Аппарат также снабжен необходимым количеством патрубков 8 дл подачи и вывода реакционной среды и патрубком 9 дл отвода газа.The reactor contains a cylindrical body 1 with a lid 2 and a bottom 3. Inside the case is placed a central manifold 4 in the form of a vertical pipe, to which are fixed with their smaller bases and facing large bases down hollow truncated cones 5, on the inner surface of which ribs b are attached, made in a spiral. The cone 5 is wound in a spiral pipe, and the direction of winding of the cones 5 is opposite to the direction of the spiral along which the fins 6 are made. The diameters of the large bases of the cones 5 and the winding pitch are chosen so that the cross-section area of the inter-turn space does not exceed the free cross-sectional area of the reactor body 1 and a large base of cones 5, while the diameter of the larger base of each superior cone 5 is smaller than that of the lower cone. The lower ends of the tubes, from which the cone 5 is wound, can be connected to one or several outlet headers 7 or removed from the reactor through a special spacer (not shown) in the flange connection of the housing 1 and the cover 2 (bottom 3). The apparatus is also provided with the required number of nozzles 8 for supplying and discharging the reaction medium and the nozzle 9 for evacuating the gas.

Реактор работает следующим образом,The reactor works as follows

Реакционную среду подают в аппарат через патрубок 8 до тех пор, пока она не покроет верхний конус 5. Затем в центральный коллектор 4 подают греющий пар (теплоноситель ), который поступает в трубы, образующие конуса 5. Реакционна среда, например раствор азотнокислых солей т желых металлов, разогреваетс , и начинаетс реакци терморазложени с выделением газовой фазы, в данном случае - оксидов азота. Выдел ющийс газ устремл етс вверх и к оси реактора и увлекает с собой жидкость, при обтекании труб в межвитковом пространстве конусов 5, что интенсифицирует теплообмен и повышает производительность реактора. Пройд через верхний конус, газожидкостна смесь сепа5 рируетс и газ отводитс через патрубок 9, а жидкость устремл етс к стенке 1 реактора и в кольцевом зазоре между ней и конусами 5 движетс вниз, образу циркул ционный контур. Конденсат (тепло0 носитель) выводитс из теплообменных конусов 5 через выходной коллектор 7 или через специальную проставку во фланцевом соединении корпуса 1 и крышки 2 (днища 3). После завершени процесса реакционна The reaction medium is fed into the apparatus through the nozzle 8 until it covers the upper cone 5. Then, heating steam (coolant) is fed into the central collector 4, which enters the tubes forming the cone 5. The reaction medium, for example, heavy nitrate salts solution metals, is heated, and the thermal decomposition reaction begins with the release of the gas phase, in this case nitrogen oxides. The emitted gas rushes upwards and towards the axis of the reactor and carries with it liquid when the pipes flow around in the inter-turn space of the cones 5, which intensifies the heat exchange and increases the productivity of the reactor. Passing through the upper cone, the gas-liquid mixture separates and the gas is discharged through pipe 9, and the liquid rushes to the wall 1 of the reactor and in the annular gap between it and the cones 5 moves down to form a circulation loop. The condensate (heat carrier) is removed from the heat exchangers cones 5 through the exhaust manifold 7 or through a special spacer in the flange connection of the housing 1 and the cover 2 (bottom 3). After completion of the process, the reaction

5 среда выводитс из реактора через штуцер 8 и реактор промываетс .5, the medium is withdrawn from the reactor through nozzle 8 and the reactor is washed.

При обслуживании реактора (ремонте, чистке) снимаетс крышка 2 и весь теплооб- менный блок, состо щий из коллектора 4,When servicing the reactor (repair, cleaning), the cover 2 and the entire heat exchanger block, consisting of the collector 4, are removed

0 конусов 5 с ребрами б и выходного коллектора 7, извлекаетс из корпуса 1. После этого внутреннюю поверхность корпуса 1 легко осматривать, чистить, производить ремонт, Дл обеспечени возможности съема крыш5 ки 2 и извлечени теплообменного блока центральный коллектор 4 и выходной коллектор 7 могут быть пропущены через крышку 2 и днище 3 соответственно, через сальниковое или какое-либо иное подвиж0 ное соединение или через специальные про- ставки во фланцевых соединени х. Форм /ла изобретени 0 cones 5 with ribs b and output collector 7, is removed from housing 1. After that, the inner surface of housing 1 is easy to inspect, clean, repair, to enable the removal of the roof 2 and removal of the heat exchange unit, the central collector 4 and the output collector 7 passed through the lid 2 and the bottom 3, respectively, through a gland or some other movable joint or through special slots in flange joints. Form / la invention

Claims

1, A chemical reactor for carrying out thermal decomposition processes in liquid media with gas evolution, including a housing with nozzles, inside of which there are hollow truncated cones, which have a side surface made of a pipe, in height, at a distance from each other,

0 wound in a spiral and equipped with ribs, characterized in that, in order to increase reactor productivity due to redistribution of the gas phase and liquid circulation and to simplify maintenance during repair and cleaning, the reactor is provided with a central collector in the form of a vertical pipe, a cone installed a large base down and attached to smaller bases to the collector, and the step of winding and the diameters of the bases of the cones are made in such a way that the cross-section area of the inter-turn space does not exceed free sectional area m

5 reactor bounded by a casing and a large cone base.

2. A reactor as claimed in claim 1, characterized in that the diameter of the larger base of the superior cone is smaller than that of the lower cone.

3. The reactor according to claim 1, which differs from the opposite direction of the spiral, according to which the direction of winding of the cone is wiped with ribs.

Phie.1

6

FIG. 2

Fi.Z