SU1746184A1 - Method of cooling chemical reactor walls - Google Patents
Method of cooling chemical reactor walls Download PDFInfo
- Publication number
- SU1746184A1 SU1746184A1 SU904849238A SU4849238A SU1746184A1 SU 1746184 A1 SU1746184 A1 SU 1746184A1 SU 904849238 A SU904849238 A SU 904849238A SU 4849238 A SU4849238 A SU 4849238A SU 1746184 A1 SU1746184 A1 SU 1746184A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- pressure
- gas
- coolant
- wall
- flow
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Использование: химическа промышленность . Сущность изобретени : перед подачей на наружную поверхность стенки реактора потока теплоносител в последнем раствор ют неконденсирующийс газ, а в процессе подачи потока давление в теплоносителе периодически снижают, что вызывает газовыделение в пограничном слое у поверхности стенок реактора. 1 э.п. ф-лы, 1 илUse: chemical industry. Summary of the invention: Before the flow of the coolant flow into the outer surface of the reactor wall, the non-condensing gas is dissolved in the latter, and the pressure in the coolant is periodically reduced during the flow process, which causes gas evolution in the boundary layer near the surface of the reactor walls. 1 ep f-ly, 1 silt
Description
Изобретение относитс к области химической промышленности и может быть использовано при охлаждении стенок химических реакторов, внутри которых ведутс процессы, сопровождающиес выделением тепла.The invention relates to the field of the chemical industry and can be used in cooling the walls of chemical reactors, inside of which processes are carried out, accompanied by the generation of heat.
Известен способ охлаждени стенки химического реактора, включающий регулируемую подачу на наружную поверхность стенки реактора и отвод от нее потока теплоносител .There is a known method for cooling a chemical reactor wall, which includes an adjustable feed to the outer surface of the reactor wall and withdrawal of a heat carrier stream from it.
Недостатком способа вл етс низка интенсивность теплосъема,что обусловлено уменьшением коэффициента теплоотдачи от стенки за счет потерь в образующемс тепловом погранслое. Следствием такого уменьшени коэффициента теплоотдачи вл етс лимитирование производительности реактора, так как увеличение расхода реакторов и увеличение суммарного теплового коэффициента реакции возможно до ограниченной в способе возможности теплоот- вода.The disadvantage of this method is low heat removal rate, which is caused by a decrease in the heat transfer coefficient from the wall due to losses in the resulting thermal boundary layer. The consequence of this decrease in the heat transfer coefficient is to limit the productivity of the reactor, since an increase in the flow rate of the reactors and an increase in the total thermal coefficient of the reaction is possible to a limited in the way the heat sink capacity.
Известен способ охлаждени стенки химического реактора до заданной температуры путем регулируемой подачи на ее наружную поверхность потока теплоносител , содержащего гетерогенные включени , например пузырьки неконденсирующегос газа, и последующего его отвода.A known method of cooling a chemical reactor wall to a predetermined temperature by means of a controlled supply to its outer surface of a coolant stream containing heterogeneous inclusions, such as bubbles of non-condensing gas, and its subsequent removal.
Несмотр на достигаемое частичное разрушение структуры и турбулизацию потока , известный способ обладает ограниченными возможност ми по теплосьему и требует дополнительному затрат на компенсацию гидросопротивлени ,св занного с потерей энергии на турбулизацию всего потока. В целом недостатки способа снижают эффективность охлаждени .Despite the achievable partial destruction of the structure and flow turbulization, the known method has limited opportunities for heating and requires additional costs for compensating the hydroresistance associated with the loss of energy for the turbulization of the entire flow. In general, the disadvantages of the method reduce the cooling efficiency.
Целью изобретени вл етс интенсификаци теплообмена и сокращение энергозатрат .The aim of the invention is to intensify heat exchange and reduce energy costs.
Указанна цель достигаетс тем. что согласно способу охлаждени стенки химического реактора до заданной температуры путем регулируемой подачи на ее наружнуюThis goal is achieved by that according to the method of cooling the chemical reactor wall to a predetermined temperature by controlled supply to its outer
СПSP
СWITH
VJVj
ОABOUT
соwith
поверхность потока теплоносител , содержащего пузырьки неконденсирующегос газа и последующего его отвода, газ предварительно раствор ют в теплоносителе , а в процессе подачи потока на нее давление в теплоносителе периодически снижают. Величину периодического снижени давлени Рмин выбирают из услови the surface of the flow of the coolant containing bubbles of non-condensing gas and its subsequent removal, the gas is pre-dissolved in the coolant, and in the process of supplying the flow to it, the pressure in the coolant is periodically reduced. The magnitude of the periodic decrease in pressure Pmin is chosen from the condition
0,5 (+1),0.5 (+1),
0)0)
PST 1 ГзтPST 1 Gzt
где Ср - концентраци растворенного газа;where Cp is the concentration of the dissolved gas;
к - растворимость газа;K is the solubility of the gas;
PST - давление насыщенных паров теплоносител при заданной температуре стенки.PST is the saturated vapor pressure of the coolant at a given wall temperature.
Концентрацию растворенного газа Ср обеспечивают при этом из услови The concentration of the dissolved gas Cp is provided in this case from the condition
0,01 СР-(Р°-РМИИ)- о 75(2)0.01 СР- (Р ° -РМИИ) - about 75 (2)
ATAT
где Ро - исходное давление потока;where Ro is the initial pressure of the flow;
Рмин - минимальное давление при снижении;Рmin - minimum pressure while decreasing;
рп - плотность неконденсирующегос газа в потоке.rp is the density of the non-condensing gas in the stream.
Период снижени давлени при этом выбирают равным 0,1-10 с.The period of pressure reduction in this case is chosen from 0.1 to 10 seconds.
Предварительное растворение газа и периодическое снижение давлени потока полученного раствора при его подаче на поверхность охлаждаемой стенки приводит к периодическому образованию у стенки в фазе снижени давлени сло жидкости пересыщенного газом относительно его равновесных термодинамических параметров (давлени и температуры). При этом в ука занном слое происходит периодическое выделение растворенного газа в виде свободных пузырьков.Pre-dissolving the gas and periodically reducing the pressure of the flow of the resulting solution when it is applied to the surface of the cooled wall leads to periodic formation near the wall in the phase of reducing the pressure of the liquid layer supersaturated with gas relative to its equilibrium thermodynamic parameters (pressure and temperature). In this case, a periodic evolution of the dissolved gas in the form of free bubbles occurs in the above layer.
Поскольку такое образование пузырьков происходит непосредственно внутри теплового погрансло , оно путем эффективного периодического разрушени погрансло резко повышает интенсивность теплопереноса от стенки в поток.Since such bubble formation occurs directly inside the thermal boundary layer, it effectively increases the heat transfer rate from the wall to the flow by means of effective periodic destruction of the boundary layer.
Пузырьки при этом не загромождают все сечение канала, а их образование только в погранслое не приводит к увеличению потерь на гидравлическое сопротивление.At the same time, the bubbles do not block up the entire channel section, and their formation only in the boundary layer does not lead to an increase in hydraulic resistance losses.
При оптимальных услови х ведени процесса (образовании пузырьков только в погранслое) кажуща с в зкость погрансло уменьшаетс , что приводит в соответствии с известными зависимост ми к уменьшению потерь на трение у охлаждаемой стенки.Under optimal process conditions (the formation of bubbles only in the boundary layer), the apparent viscosity of the boundary layer decreases, which leads in accordance with known dependencies to a decrease in friction losses on the cooled wall.
Выбор величин снижени давлени и исходной концентрации в соответствии с зависимост ми (1) и (2) позвол ет обеспечить получение положительного эффектаThe choice of the values of pressure reduction and initial concentration in accordance with dependencies (1) and (2) allows to obtain a positive effect.
- -
00
(определ ет режимные границы использовани способа).(defines the mode limits for using the method).
Ограничение правой части зависимости (1) определ етс теоретически по известным зависимост м. Так, например, равновесные услови дл газонасыщеннойThe limitation of the right-hand side of dependence (1) is determined theoretically from known dependencies. For example, the equilibrium conditions for gas-saturated
жидкости определ ютс уравнениемliquids are determined by the equation
рR
Рравн. PST + -Ј .Equal PST + -Ј.
/С/WITH
Образование пузырьков в газонасыщенном нагретом потоке возможности исход из этого услови при давленииThe formation of bubbles in a gas-saturated heated flow is possible based on this condition at a pressure
РМИН PST +ROMIN PST +
СЕCE
КTO
15 или15 or
00
(1 +(1 +
PST V кРз/ .PST V CRP.
Как показывают эксперименты ограничение слева в зависимости (1) с точки зрени интенсивности теплоотвода or стенки действительно имеет место и может характеризоватьс величинойAs the experiments show, the restriction to the left in dependence (1) in terms of the intensity of the heat sink or wall actually occurs and can be characterized by
РМИНRMIN
0.1 0.1
2525
30thirty
3535
4040
5050
STST
С физической точки зрени , полученный в экспериментах результат может быть объ снен тем, что, начина с некоторого слишком сильного снижени давлени , оно уже не приводит к увеличению количества жидкости вскипающей на стенке (процесс переноситс из погрансло в поток).From a physical point of view, the result obtained in the experiments can be explained by the fact that, starting with a slight decrease in pressure, it no longer leads to an increase in the amount of liquid boiling on the wall (the process is transferred from the boundary layer to the flow).
Кроме того, при этом лимитирование теплоотдачи происходит и из-за перехода к пленочному кипению (в экспериментах, начина с Рмин -0,5 PST).In addition, while limiting heat transfer occurs due to the transition to film boiling (in experiments, starting with Pmin -0.5 PST).
Зависимость (2) определ ет объемное содержание газовой фазы в погранслое.Relationship (2) determines the volumetric content of the gas phase in the boundary layer.
Как известно из услови максимальной укладки сфер, максимальное газосодержание пузырькового сло жидкости не может превышать 0,75, Выделивша с в единице объема часть газа при снижении давлени определ етс выражениемAs it is known from the condition of maximum packing of spheres, the maximum gas content of a bubble liquid layer can not exceed 0.75. Part of gas that is released per unit volume with decreasing pressure is determined by the expression
Д Свыд Ср - (Ро - Рмин) КD Svyd Wed - (Ro - Pmin) K
45 и занимает часть объема А Свыд//Эп45 and occupies part of the volume A svyd // Ep
Поэтому условие ограничени правой части зависимости (2) может быть установлено теоретически:Therefore, the condition for limiting the right-hand side of dependence (2) can be established theoretically:
АСвыд/Ат 0,75.ASvyd / At 0.75.
Как показывают эксперименты, существенное улучшение теплосъема при незначительных потер х на гидросопротивление обеспечиваетс приAs experiments show, a significant improvement in heat removal with insignificant losses of hydroresistance is provided at
О 01 СР (Ро Рмин) КO 01 SR (Ro Rmin) K
Ат Максимальные интенсивности теплоотдачиAl Maximum heat transfer intensity
при некотором снижениигидросопротивле- ни получены приwith some decrease in hydroresistance obtained at
минmin
0,95 0.95
PST Ср (Ре - РМИН)- .PST Wed (Re - RMIN) -.
Необходимость ограничени диапазона периодов пульсаций (снижений) давлени обуславливаетс общефизическими рассуждени ми . Чрезмерное увеличение периода приводит к уменьшению за врем процесса циклов периодического разруше- ни погрансло пузырьками и снижению интенсивности теплоотвода, а чрезмерное уменьшение периода может привести к тому , что последующее снижение давлени будет осуществлено при наличии у стенки неудаленных от нее пузырьков. При этом фаза контактного перегрева погрансло выпадает из процесса, а интенсивность газовыделени (и турбулизаци ) резко снижаетс .The need to limit the range of periods of pulsations (decreases) in pressure is determined by general physical reasoning. An excessive increase in the period leads to a decrease in the cycles of periodic disruption of the boundary layer by bubbles and a decrease in the intensity of the heat sink, and an excessive decrease in the period may lead to a subsequent decrease in pressure if the wall has bubbles that are not removed from it. In this case, the contact overheating phase of the boundary layer drops out of the process, and the intensity of gas release (and turbulization) decreases sharply.
Минимальное врем , потребное на удаление пузырьков от стенки на толщину погрансло (минимальный период), зависит от в зкости жидкости, скорости потока, состо ни стенки и т.п.The minimum time required to remove bubbles from the wall to the thickness of the boundary layer (minimum period) depends on the viscosity of the fluid, flow rate, wall condition, and the like.
Экспериментально получено, что эффективность способа обеспечиваетс при выборе периода снижени давлени , равного 0,1-10 с.It has been experimentally obtained that the efficiency of the method is ensured by choosing a period of pressure reduction of 0.1-10 seconds.
Следует отметить, что при снижении давлени с периодом 0,1-0,01 с интенсификаци теплоотдачи продолжает сохран тьс на некотором уровне (ниже оптимального), что очевидно обусловлено пульсационным механизмом интенсификации теплообмена. It should be noted that with a decrease in pressure with a period of 0.1-0.01 seconds, the intensification of heat transfer continues to remain at a certain level (below the optimum), which is obviously due to the pulsating mechanism of heat transfer intensification.
На чертеже показана схема установки, реализующей способ охлаждени стенки химического реактора.The drawing shows an installation diagram implementing a method for cooling a chemical reactor wall.
Установка содержит химический реактор дл получени n-ксилола с датчиками температуры, соединенными с блоком управлени .The plant contains a chemical reactor for producing n-xylene with temperature sensors connected to the control unit.
Стенки рабочей емкости 1 химического реактора (при работе должны иметь температуру 100°С) снабжены кожухом 2 на- ружного охлаждени с трубопроводами подачи и отвода теплоносител (воды), соединенными с циркул ционным насосом.The walls of the working tank 1 of the chemical reactor (during operation must have a temperature of 100 ° C) are equipped with an external cooling casing 2 with supply and removal pipelines for the heat carrier (water) connected to the circulation pump.
В трубопроводе подачи размещены регул торы расхода, соединенные с блоком управлени , и эжектор-смеситель, соединенный с трубопроводом подачи газа (воздуха ) с дроссельной шайбой.In the supply pipeline there are flow controllers connected to the control unit and an ejector-mixer connected to the gas (air) supply pipeline to the throttle washer.
В отвод щем трубопроводе размещен ротационный пульсатор с приводом, обес- печивающим снижение давлени (увеличение проходного сечени пульсатора) с периодом Т 1,0 с. В конце отвод щего трубопровода установлен охладитель воды,A rotary pulsator with a drive is placed in the discharge pipe providing pressure reduction (increase in the flow area of the pulsator) with a period T of 1.0 s. A water cooler is installed at the end of the discharge pipe,
слив из которог соединен с входом цирку л ционного насоса. Установка снабжена штуцерами подачи воды от постороннего источника и ее слива.A drain from which is connected to the inlet of the circulating pump. The installation is equipped with fittings for supplying water from an external source and its drain.
Установка работает следующим образом .The installation works as follows.
После загрузки реагентов в реактор и начала экзотермической реакции в объеме реактора по показани м датчиков включают подачу воды в кожух от насоса (или от штуцера ) под давлением 4 ати.After loading the reagents into the reactor and starting an exothermic reaction in the reactor volume, according to the sensor readings, water is supplied to the housing from the pump (or fitting) under a pressure of 4 MPa.
В процессе движени воды в смесителе- эжекторе (при давлении в диффузоре смесител 1 ати и давлении в зоне всасывани 1 эта) диспергируют воздух, подаваемый по трубопроводу, что приводит к насыщению воды воздухом. Соотношение расходов жидкости и воздуха в смеситель обеспечиваетс при этом автоматически вследствие незначительности изменени коэффициента эжекции в рабочем диапазоне эжектора- смесител .During the movement of water in the mixer-ejector (at a pressure in the diffuser of the mixer 1 ati and pressure in the suction zone 1 eta), the air supplied through the pipeline is dispersed, which leads to saturation of the water with air. The ratio of the flow rate of the fluid and air into the mixer is automatically provided due to the insignificant change in the ejection coefficient in the operating range of the mixer ejector.
Привод, враща роторный пульсатор, обеспечивает увеличение площади проходного сечени пульсатора один раз в секунду с 0,8x10 м2 до м , что приводит к падению давлени в объеме кожуха с 1 ати до 0,1 ати. Поскольку в рабочем состо нии температура стенки реактора равна 110°С, такое снижение давлени вызывает периодическое газовыделение в погранслое у наружной поверхности стенок реактора и интенсифицирует процесс охлаждени . При этом обеспечиваетс возможность увеличени расхода реагентов в реактор (за счет возможности большого теплосъема при данном расходе воды).The drive, rotating the rotary pulsator, provides an increase in the area of the pulsator flow area once per second from 0.8x10 m2 to m, which leads to a drop in pressure in the casing volume from 1 bar to 0.1 bar. Since in working condition the temperature of the wall of the reactor is 110 ° C, this decrease in pressure causes periodic gas evolution in the boundary layer at the outer surface of the walls of the reactor and intensifies the cooling process. In this case, it is possible to increase the consumption of reagents in the reactor (due to the possibility of a large heat removal at a given water flow).
Нагрета вода после пульсатора поступает в охладитель (градирню), затем в насос.Heated water after the pulsator enters the cooler (cooling tower), then into the pump.
При разомкнутой схеме вода подаетс от штуцера и сливаетс через штуцер.With the circuit open, water is supplied from the nozzle and drained through the nozzle.
Регулирование расхода воды осуществл етс регул торами от блока управлени по сигналам датчиков.The regulation of the water flow is carried out by the controllers from the control unit according to the sensor signals.
Использование изобретени в химической промышленности путем интенсификации теплоотвода без увеличени расхода охладител позволит повысить производительность химических аппаратов (например , при хлорировании n-ксилола) при снижении затрат.The use of the invention in the chemical industry by intensifying the heat sink without increasing the flow rate of the cooler will improve the performance of chemical apparatuses (for example, in the chlorination of n-xylene) while reducing costs.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904849238A SU1746184A1 (en) | 1990-04-28 | 1990-04-28 | Method of cooling chemical reactor walls |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904849238A SU1746184A1 (en) | 1990-04-28 | 1990-04-28 | Method of cooling chemical reactor walls |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1746184A1 true SU1746184A1 (en) | 1992-07-07 |
Family
ID=21526467
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904849238A SU1746184A1 (en) | 1990-04-28 | 1990-04-28 | Method of cooling chemical reactor walls |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1746184A1 (en) |
-
1990
- 1990-04-28 SU SU904849238A patent/SU1746184A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М. ГНТИХЛ, 1961, с. 388. Патент US № 4349068, кл. 165-1, опублик. 1980. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4744908A (en) | Process for effecting chemical reactions | |
US3236748A (en) | Process for distilling sea water | |
SU1746184A1 (en) | Method of cooling chemical reactor walls | |
JPH01127894A (en) | Condenser in water and steam circuit for power plant | |
US3932150A (en) | Vacuum deaerator | |
US3317405A (en) | Distillation apparatus with ultrasonic frequency agitation | |
US4050901A (en) | Cooling unit for large polymerization vessels | |
RU2142580C1 (en) | Fluid-jet deaeration method and jet-type deaeration unit | |
CN113101688A (en) | Heater structure for forced circulation evaporative crystallizer | |
CN110171859A (en) | Gypsum magnetocrystalline kind anti-scale descaling system and evaporation and crystallization system | |
CN216236328U (en) | Mother liquor waste heat recovery system | |
SU1717380A2 (en) | Mixer | |
RU2040741C1 (en) | Heat pump evaporating plant | |
CN220559195U (en) | Freezing brine heat sink of esterification kettle | |
SU238524A1 (en) | METHOD OF REGULATING THE AMOUNT OF HEAT DRAINED FROM CHEMICAL APPARATUS | |
SU1516466A1 (en) | Shipborne distillation unit | |
KR900003045B1 (en) | Dissolution and concentration of polymer compound | |
RU2022208C1 (en) | Tank-accumulator for feed water of boiler | |
SU1736951A1 (en) | Device for gas treatment of sewage | |
SU396115A1 (en) | CONTACT STEP OF THE MASS-BASE INSTALLATION | |
RU33513U1 (en) | Evaporator | |
SU1588641A1 (en) | Contact desalter | |
RU2270168C2 (en) | Method of production of especially pure salt of lithium and a device for its realization | |
SU1312076A1 (en) | Thermal deaerator | |
SU1445745A1 (en) | Apparatus for cleaning heat carrier of nitrines |