SU801872A1

SU801872A1 - Chemical reactor

Info

Publication number: SU801872A1
Application number: SU782640600A
Authority: SU
Inventors: Юрий Васильевич Ердяков; Виктор Николаевич Соколов; Николай Георгиевич Павлов; Альберт Петрович Дорохов; Геннадий Михайлович Зимин; Николай Сергеевич Гурфейн; Виталий Александрович Митюрев; Галина Львовна Чубарова; Валерий Григорьевич Кулик; Адольф Борисович Гущевский; Борис Адольфович Корндорф; Анатолий Иванович Касьянов; Всеволод Федорович Морозов
Original assignee: Предприятие П/Я В-8415; Предприятие П/Я Р-6913
Priority date: 1978-06-16
Filing date: 1978-06-16
Publication date: 1981-02-07

Description

Изобретение относитс к аппаратурному оформлению химических реакций в двухфазных системах жидкость жидкость , жидкость - газ, протекающих с большими тепловы и эффектами, и может быть использовано в нефтехимической промышленности, например, дл проведени процессов гидрофор в1лировани пропилена, этилена и т.п. Известны реакторы дл проведени сильно экзотермических или сильно эндотермических реакций со встроенными теплообменными элементами - зме евиками или трубкают Фильда l. Недостатком таких реакторов вл ютс низкие значени коэффициентов теплопередачи, что при высоких тепло вых нагрузках требует большой поверх ности теплообмена. Кроме того, в несекционированных колонных реакторах имеет место сильное продольное перемешивание сплошной среды. Сильное продольное перемешивание дл большинства процессов отрицатель но сказываетс как на эффективности аппарата, так и на селективности про цесса. В то же врем секционирование колонного реактора горизонтальными тарелками приводит к дополнительному падению теплопередачи, что происходит за счет падени средней скорости подъема пузырей и соответствующего снижени турбулизации жидкости. Это ведет к росту толщины термического пограничного сло на стенках теплообменных элементов, т.е. к падению коэффициентов теплоотдачи от газожидкостной среды к теплообменной поверхности. В результате дл реакторов, секционированных по вьюоте тарелками, у которых перфораци распределена равномерно по всей площади, требуетс еще больша поверхность теплосъема на 1 м реакционного объема, чем дл несекционированных. Указаншле недостатки устранены в секционированных аппаратах колонного типа с каскадом по высоте зон газлифта, которые с помощью тарелок изолированы мгжду собой. Известен аппарат, содержащий цилиндрический корпус, устройства дл ввода и вывода теплоносител (хладагента ) и реагентов, тарелки и установленные между ними секции газлифта , собранные из пучка барботажных и циркул ционной труб, торцы которых зафиксированы в вертикальном положении опорньали горизонтальными перегородками , герметично изолирующими мёжтрубное пространство, куда подаетс теплоноситель, от реакционного объема 2 .The invention relates to instrumentation of chemical reactions in two-phase systems, liquid, liquid, liquid - gas, proceeding with great heat and effects, and can be used in the petrochemical industry, for example, for carrying out hydrophore processes of propylene, ethylene, etc. Reactors are known for conducting highly exothermic or highly endothermic reactions with built-in heat exchange elements — serpentine or Fielda l tube. The disadvantage of such reactors is low values of heat transfer coefficients, which, at high heat loads, require a large heat exchange surface. In addition, in non-partitioned column reactors there is a strong longitudinal mixing of the continuous medium. Strong longitudinal mixing for most processes negatively affects both the efficiency of the apparatus and the selectivity of the process. At the same time, the partitioning of the column reactor with horizontal plates leads to an additional drop in heat transfer, which occurs due to a drop in the average rate of bubble rise and a corresponding decrease in fluid turbulization. This leads to an increase in the thickness of the thermal boundary layer on the walls of the heat exchange elements, i.e. to a drop in the heat transfer coefficients from the gas-liquid medium to the heat-exchange surface. As a result, for reactors partitioned on a viewport by plates, in which the perforations are evenly distributed over the entire area, an even larger heat removal surface per 1 m of reaction volume is required than for non-sectional ones. The above deficiencies are eliminated in partitioned column type apparatuses with a cascade along the height of gas lift zones, which are insulated with each other using plates. A known apparatus comprising a cylindrical body, devices for inlet and outlet of a heat carrier (coolant) and reagents, plates and gas lift sections installed between them, assembled from a bundle of bubbling and circulation pipes, the ends of which are fixed in a vertical position, are fitted with horizontal partitions, hermetically insulating the tube space where the coolant is supplied from the reaction volume 2.

Недостатки аппарата - низка интенсивность теплопередачи за счет малых коэффициентов теплоотдачи со стороны теплоносител , сложность изготовлени и монтажа конструкции, так как обеспечение большой поверхности теплосъема требует установки большого количества труб и неполное использование объема аппарата, как реакционного, в св зи с тем, что болша часть объема аппарата зан та межтрубным пространством.The drawbacks of the apparatus are low heat transfer rates due to low heat transfer coefficients on the heat carrier side, complexity of the construction and installation of the structure, since providing a large heat removal surface requires installation of a large number of pipes and incomplete use of the apparatus’s volume as reactionary, since the volume of the apparatus is occupied by annular space.

Целью изобретени вл етс упрощение конструкции и интенсификаци проводимых процессов за счет повышени теплоотдачи турбулизацией газожидкостной среды и увеличение реакционного объема.The aim of the invention is to simplify the design and intensify the processes carried out by increasing heat transfer by turbulizing the gas-liquid medium and increasing the reaction volume.

Поставленна цель достигаетс тем что в химическом реакторе, включающем цилиндрический корпус, разделенный по высоте перфорированными тарелками , между которыми расположены теплообменные трубы и устройства дл ввода и вывода реагентов и теплоносител , тарелки выполнены с кольцевыми треугольными канавками с прорез ми в нижней части.This goal is achieved by the fact that in a chemical reactor that includes a cylindrical body divided by the height of perforated plates, between which there are heat exchange tubes and devices for input and output of reagents and heat carrier, the plates are made with annular triangular grooves with slots in the lower part.

Кроме того, теплообменные трубы выполнены из трубчатых змеевиков и установлены коаксиально, а канавки каждой следующей тарелки, расположены в шахматном пор дке относительно канавок предыдущей тарелки.In addition, the heat exchange tubes are made of tubular coils and are installed coaxially, and the grooves of each next plate are arranged in a checkerboard pattern relative to the grooves of the previous plate.

Достигаемое в такой конструкции периодическое чередование по диаметру колонны кольцевых зон барботажа с кольцевыми зонами циркул ции приводит к интенсивной турбулизации жидкости в межтарельчатом пространстве , и соответственно, к высоким коэффициентам теплоотдачи. В то же врем одинакова и высока скорость теплоносител по всей длине теплообменных труб не лимитирует процесс переноса тепла от теплоносител к реакционной массе, а изготовленные из теплообменных труб цилиндры, расположенные коаксиально, дают по сравнению с рассмотренным выше прототипом развитую поверхность теплообмена . Все это позвол ет уменьшить требуемую дл процесса поверхность тепЛ1 съема , увеличить реакционный объем реактора и упростить процесс его изготовлени и монтажа.The periodic alternation of the diameter of the column of bubbling annular zones with annular circulation zones in such a construction leads to intense turbulization of the fluid in the inter-tray space and, accordingly, to high heat transfer coefficients. At the same time, the same high speed of the coolant along the entire length of the heat exchange tubes does not limit the process of heat transfer from the coolant to the reaction mass, and cylinders made of heat exchange tubes arranged coaxially give a developed heat exchange surface compared to the above prototype. All this makes it possible to reduce the heat removal surface required for the process, increase the reaction volume of the reactor and simplify the process of its manufacture and installation.

На чертеже схематично показано поперечное сечение предлагаемого реактора .The drawing schematically shows the cross section of the proposed reactor.

Реактор состоит из цилиндрического корпуса 1, перфорированных тарелок 2, теплообменных труб 3, расположенных коаксиально и выполнен ,ных из трубчатых змеевиков 4, коллекторных труб 5 дл подвода и отвода теплоносител , барботера 6, штуцеров 7 дл ввода и вывода реагентов штуцеров 8 дл ввода и вывода теплоносител . При этом кольцевые зоны перфорации у каждой следующей тарелки 2 наход тс над кольцевыми зонаr-w без перфорации предыдущей тарелкиThe reactor consists of a cylindrical body 1, perforated plates 2, heat exchange tubes 3 arranged coaxially and made of tubular coils 4, collector tubes 5 for supplying and discharging coolant, bubbler 6, fittings 7 for input and output of reagents fittings 8 for input and output coolant. In this case, the annular perforation zones of each next plate 2 are above the annular zone-w without perforation of the previous plate

Реактор работает следующим образом .The reactor operates as follows.

Газова фаза подаетс в жидкую, среду через барботер б и, распредел сь в ней в виде пузырей, поступает под перфорированную газораспределительную тарелку с кольцевыми зонами перфорации. После прохода газа через эту тарелку газова фаза поступает в кольцевые пространства между теплообменными трубагли, расположенными коаксиально. Причем, так как площадь тарелки перфорирована отверсти ми по кольцевым зонам, отделенным друг от друга кольцевыми зонами без перфорации, по диамет .ру колонны периодически чередуютс кольцевые зоны циркул ции и барботажа , разделенные поверхност ми коаксиальных цилиндров. В дальнейшем газова фаза подходит к следующей тарелке , после которой процесс повтор етс с той разницей, что зоны барботажа наход тс уже под зонами циркул ции . Это приводит к тому, что часть жидкости из вышерасположенной секции газлифта проскакивает через прорези в треугольных канавках тарелки в нижерасположенную секцию, создава отклонение газовой фазы под перфорированные кольцевые зоны этой тарелки и обеспечива под тарелкой повышенные относительные скорости между фазами, что способствует росту .коэффициентов массопередачи.The gas phase is supplied to the liquid medium through the bubbler b and, distributed in it in the form of bubbles, enters the perforated distribution plate with annular perforation zones. After the passage of gas through this plate, the gas phase enters the annular spaces between the heat exchanging pipes arranged coaxially. Moreover, since the area of the tray is perforated with openings in annular zones, separated from each other by annular zones without perforation, annular circulation and bubbling zones separated by coaxial cylinders periodically alternate in diameter along the column. Subsequently, the gas phase approaches the next plate, after which the process is repeated with the difference that the bubbling zones are already under the circulation zones. This leads to the fact that part of the liquid from the upstream section of the gas-lift slips through the slots in the triangular grooves of the tray into the lower section, creating a deviation of the gas phase under the perforated annular zones of this plate and providing increased relative velocities between the phases under the plate, which contributes to the growth of mass transfer coefficients.

Таким образом, изобретение позвол ет за счет создани по высоте аппарата каскада чеек интенсивного смшени достигнуть высоких коэффициентов теплоотдачи от газожидкостной среды к стенкам теплообменных элементов , обеспечить высокие коэффициенты теплоотдачи со стороны теплоносител значительно сократить необходимую поверхность теплосъема, уменьшить расх высококачественных сталей при изготовлении реактора, упростить процесс изготовлени и эксплуатации, обеспечить практическую ликвидацию продольного перемешивани по высоте аппарата и этим повысить его эффектиность и селективность процесса ,за счет искусственно созданной неравномерности распределени газа по диаметру колонны обеспечить высокие относительные скорости между фазами, что в совокупности с посто нным редиспергированием газа через отверсти тарелок позвол ет усилить межфазный массоперенос, что в конечном итоге приводит к интенсификации процессовThus, the invention allows to achieve high heat transfer coefficients from the gas-liquid medium to the walls of heat exchange elements, to ensure high heat transfer coefficients on the heat carrier side, to reduce the heat removal surface, to reduce high-quality steels in the manufacture of the reactor, to simplify the process of manufacture and operation, to ensure the practical elimination of longitudinal mixing in height an parathat and thereby increase its effectiveness and selectivity of the process, due to the artificially created uneven distribution of gas across the diameter of the column, to ensure high relative velocities between the phases, which, together with the constant redispersion of gas through the apertures of the plates, allows to increase the interfacial mass transfer, which ultimately leads to process intensification

Claims

Claim

1. A chemical reactor, including a cylindrical body, divided in height by perforated plates, between which are located heat transfer pipes and devices for the input and output of reagents and coolant, characterized in that 15, in order to intensify the processes, by increasing the heat transfer by gas-liquid turbulence environments, plates are made with annular triangular grooves with slots in the lower part.

2. The reactor according to claim 1, characterized in that the heat transfer pipes are made of tubular coils and are installed coaxially.

3. The reactor according to claim 1, according to the fact that for each next plate the grooves are staggered relative to the grooves of the previous plate.