Прямоструминний реактор для систем газ – рідина – тверде тіло

Прямоструминний реактор для систем газ рідина - тверде тіло, який включає корпус, секці 3 ский, В.В.Солодовников и др. - № Р2721506.1 - 41; заявл. 12.05.77 г.; опубл. 16.11.78 г.]. Недоліком цього реактора є: - низька ефективність при роботі в системі газрідина-тверде тіло, так як відбувається забивання клапанів при обробці суспензій; - нерівномірне завантаження трубок є результатом того, що в частині трубок (центральні) відбувається висхідний рух суспензії, а в периферійних-низхідний плівковий; - ущільнення між апаратом та трубчастим теплообмінником не зручне в обслуговуванні; - електричний підігрів не дозволяє використовувати пожежонебезпечні системи, що звужує область використання реактора. В якості прототипу вибраний прямострумінний реактор для систем газ-рідина, включає секційований по висоті масообмінними тарілками з клапанними контактними пристроями корпус, що складається з двох тарілчастих колонних частин, які з'єднуються між собою трубчастим теплообмінником. На верхній колонній частині встановлюється сепаратор з патрубками для рідких та газоподібних продуктів. На корпусі розташовані патрубки для рідких та газоподібних реагентів. [Пат. № 2721506, Німеччина, МКИ В01J10/00, Фіг. 1. Реактор для газожидкостных процессов. В.М. Задорский, В.В. Солодовников и др. - № Р2721506.1-41; заявл. 12.05.77г.; опубл. 16.11.78 г.] (прототип). Недоліком прототипа є низька ефективність при роботі в системі газ-рідина-тверде тіло, так як відбувається забивання клапанів при обробці суспензій та відсутність повторного використання тепла теплоносія в процесі В основу винаходу поставлена задача забезпечення максимальної ефективності масообміну та повторне використання теплової енергії теплоносія при проведенні процесу, шляхом використання явища багатократної інверсії фаз та подачі перегрітої водяної пари для подальшої конденсації в секціях реактора. Поставлена задача досягається тим, що у відомому прямострумінному реакторі для систем газ-рідина-тверде тіло, який включає корпус, секційований по висоті масообмінними тарілками з клапанними контактними пристроями та сполучений з трубчастим теплообмінником, в верхній частині якого розміщується сепаратор, патрубки для газоподібних та рідких реагентів, патрубки для газоподібних та рідких продуктів та патрубок для відведення не прореагувавших речовин, відповідно винаходу, масообмінні тарілки розміщені на відстані рівній діаметру тарілки, при цьому кожна секція між клапанними масообмінними тарілками обладнана штуцерами для подачі перегрітої водяної пари. Безпосередньо на кожній масообмінній тарілці знаходиться газорідинний шар, в якому суцільною фазою є рідина (суспензія), а диспергованою в ній - газ. В об'ємі між верхньою межею газорідинного шару та полотном тарілки, що знаходиться вище, є простір (сепараційна зона), в якому суцільною фазою є газ, а диспергованною- суспензія. Відомо, що масопередача в газорідинних системах найбільш ефективна в режимі інверсії фаз. Інверсію 93465 4 фаз в кожній секції реактора можна пояснити особливостями клапанних тарілок, а саме: наявністю в полотні тарілки під клапанних отворів достатньо великого діаметру та відносно незначною їх кількістю. В результаті контактуючі фази переміщуються через тарілку не у вигляді сформованого газорідинного потоку, а за рахунок зриву рідинних струменів з поверхні газорідинного шару газовими потоками. Останні утворюються по осям підклапанних отворів в полотні тарілки в результаті ефекту Бернулі, що визваний значним локальним збільшенням швидкості газу та відповідним зниженням статистичного тиску по осям цих потоків. Явище багатократної інверсії фаз спостерігається при розміщенні клапанних тарілок на оптимальній висоті, рівній діаметру апарата. При зменшенні висоти розміщення тарілок явище багатократної інверсії фаз зникає, збільшення висоти є недоцільним з економічних міркувань. Перевагами прямострумінного реактора з багатократною інверсією фаз є: відсутність явища перемішування рідинної фази між секціями; регулярний перерозподіл газового та рідинного потоків по висоті реактора за рахунок перемішування рідини в кожній секції в режимі, близькому до ідеального змішування, та нестабільного по часу переміщення газового потоку через одиничні отвори тарілки, що усуває температурні та концентраційні нерівномірності в реакційній масі та робить більш рівномірною епюру швидкостей руху матеріальних потоків по перерізу реактора. Для інтенсифікації використовують також коливання з періодом порядка мікросекунд. Такі коливання відбуваються при високошвидкісній конденсації пари. Енергія імпульсних коливань значна, що призводить до виникнення кавітації в середовищі. Ефективність взаємодії високо інтенсивних коливань на один-два порядки вище, ніж на до кавітаційному рівні [В.М. Задорский. Интенсификация химико-технологических процессов на основе системного похода. - К.:Техніка, 1989. - 208 с]. Технічна суть і принцип дії запропонованого прямострумінного реактора пояснюється кресленням, на якому: Фіг.1 - прямострумінний реактор, повздовжній переріз. Фіг.2 - принцип дії контактних пристроїв. Прямострумінний реактор складається з корпуса 1, в якому розміщуються основи масообмінних тарілок 2 та контактні пристрої 3. В верхній частині реактора встановлено сепаратор 4, на якому розміщені патрубок для відведення рідких продуктів 7, патрубок для газоподібних продуктів 8 та патрубок для відведення непрореагувавших речовин 9. На корпусі встановлені патрубок для подачі газоподібного реагента 5, патрубок для подачі рідкого реагента 6 та патрубки для подачі перегрітої водяної пари 15. Корпус реактора з'єднано з сепаратором за допомогою трубчастого теплообмінника, що складається з верхньої 12 та нижньої 13 решіток теплообмінника, труб теплообмінника 14, патрубка подачі води 10, патрубка для відведення водяної пари 11. 5 93465 Принцип дії прямострумінного реактора. Суспензію подають в корпус реактора 1 через патрубок 6 на першу клапанну тарілку, що складається з основи 2 та контактних пристроїв 3. Газоподібний реагент вводять знизу апарата через патрубок 5. Тепло, що необхідне для процесу, підводиться за допомогою перегрітої пари через патрубки 15. Продукти реакції, що утворились на контактних тарілках, проходять через трубчастий теплообмінник, де віддають своє тепло воді, що рухається в міжтрубному просторі. Трубчастий теплообмінник складається з трубчастих решіток 12, 13, труб 14, патрубків подачі води та відведення водяної пари 10 та 11 відповідно. Далі продукти реакції потрапляють в сепаратор 4, з якого виводяться через патрубок 7. Суспензія, що не прореагувала, відводиться через патрубок 9. Газоподібний реагент відводиться через патрубок 8 сепаратора. Принцип дії контактних пристроїв. Газовий потік 17, що надходить знизу на тарілку, ежектує суспензію 16, що надходить в кільцеву щілину між клапаном і піддоном, в результаті чого відбувається інтенсивний масообмін між фазами. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 6 Суспензія 18, що ежектується газовим потоком, з надклапанного простору надходить через отвір в клапані в піддон. Це викликає постійний відтік суспензії та суміші газу з суспензією від периферії клапана до центру, що сприяє виникненню областей завихрення потоків. Завихрення потоків під кільцем клапана перешкоджає виникнення відкладів твердої фази на його нижній поверхні. Піддон, виконаний у вигляді конуса, розсікає потік суміші суспензії з газом. Сполучення трубчастого теплообмінника з колонною тарілчастою частиною прямострумінного реактора є результатом модульного підходуодного зі шляхів подолання суперечних вимог до обладнання (наприклад, вимоги підвищення продуктивності, забезпечення широкого діапазону стійкої роботи при одночасному зниженні енергота матеріалоємкості). Промислова придатність: може бути використаним в масообмінних і реакційних процесах хімічної, харчової та інших галузях промисловості (наприклад, при проведенні очистки газів та процесів з використанням засмічених реагентів, суспензії каталізаторів, сольової ректифікації, тощо). Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601