Реактор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<и956000 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 240980 .(2! ) 2987640/23-26 (5 1)М Кд 3

В 01 J 19/28 с присоединением заявки Мо

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53} УДК 66. 023,(088.8) Опубликовано 0709,82. Бюллетень ¹ 33

Дата опубликования описания 0709.82 (72) Авторы изобретения

Н.И.Гельперин и Р.С.Фрайман

1 я-" 3

Московский ордена Трудового Красн ro Знамени..институт тонкой химической технологии им. .В.ËéÀÜéîñÜéa " (71) Заявитель (5 4 ) РЕАКТОР

Изобретение относится к реакцион ной химической аппаратуре, а более конкретно к вращающимся аппаратам барабанного типа для проведения гетерогенных химических реакций, сопровождаемых тепловым эффектом.

Для гетерогенных реакций с большим тепловым эффектом применяют аппарат с псевдоожиженным слоем дисперс-10 ных частиц. Такие аппараты снабжаются теплообменными поверхностями для подвода или отвода тепла. Их недостатком является необходимость применения твердой фазы в узком диапазоне размера частиц и зависимость интенсификации перемешивания от скорости газового потока.

Известно также применение вращающихся реакторов с внутренним устройством в.виде винтовой поверхности и перекидных полок с отводом тепла через наружную поверхность барабана j1).

Недостатком этих аппаратов является равномерное по длине аппарата 25 заполнение твердой фазой только при определенной их загрузке и ограничение площади теплообмена боковой поверхностью барабана. Это лимитирует производительность аппарата скорос- 30 тью отвода или подвода) тепла, а также требует строго определенного количества твердой фазы, единовременно находящейся в реакторе.

Известен также реактор для проведения гетерогенных реакций, содержащий горизонтальный вращающийся барабан, перекидные полки, помещенные в барабан, шнеки для загрузки и выгрузки твердых материалбв, неподвижный кожух, расположенный снаружи барабана, устройства ввода и вывода тепло.носителя и привод (2).

Отвод тепла через боковую поверхность аппарата существенно ограничивает его производительность и не позволяет проводить реакции большой тепловой напряженности.

Целью изобретения является интенсификация процесса во вращающемся реакторе для проведения гетерогенных химических реакций, сопровождаемых большим тепловым эффектом, за счет отвода тепла при энергичном поперечном и продольном перемешивании твердой фазы в каждой из последовательных реакционных зон реактора типа вращающийся барабан или во всем ðåàê. торе в целом независимо от однород956000 ности дисперсной твердой фазы и подачи газовой фазы.

Поставленная цель достигается тем, что известный реактор для проведения гетерогенных реакций, содержащий горизонтальный вращающийся барабан, перекидные полки, помещенные в барабан, шнеки для загрузки и выгрузки твердых .материалов, неподвижный кожух, расположенный снаружи барабана, устройства ввода и вывода теплоносителя и привод, снабжен вертикальными трубами с ребрами и неподвижным кольцевым коробом с герметизирующими кольцами и заслонками, закрепленными ,на барабане. 15

Кроме того, реактор может быть снабжен трубчатыми винтовыми змеевиками, коаксиально установленными внутри барабана и соединенными с устройствами для ввода и вывода теплоносителя, причем вертикальные ребра закреплены на змеевиках.

Интенсивное поперечное и продольное перемешивание достигается эа счет наклона барабана к горизонту и транспортировки твердой фазы теплообменными винтовыми поверхностями к его верхнему концу и соответствующее пе.ремещение частиц твердой фазы к нижнему концу барабана за счет их скатывания и пересыпания с перекидных полок .

° В теплообменные трубы, подается теплоносит ель (хладагент);:: горячий воздух, дымовые газы или холодный воздух или воздух с туманом водяных 35 капель в случае необходимости интенсивного отвода тепла. В зависимости от тепловой нагрузки может быть установлено несколько змеевиков по радиусу. В этом случае они выполняют- 40 ся в одинаковым шагом, но теплообменные трубы образуют винтовые поверхности одного радиуса. Теплообменные поверхности в виде змеевиков могут быть выполнены на одном радиусе, но последовательно по длине аппарата, что необходимо при разбивке реактора на ряд реакционных зон с различной тепловой нагрузкой в каждой зоне.

Газообразный теплоноситель (хладагент) подается в газораспределительную коробку с одного торца аппарата и выходит с противоположного торца через специальные заслонки, позволяющие регулировать поток теплоносителя (хладагента). 55

На фиг. 1 изображен реактор, продольныЯ разрез; на фиг. 2 - сечение A-A на фиг. 1; на фиг. 3 » первый вариант выполнения узла I фиг.1; 60 на фиг. 4 — второй вариант выполнения узла I фиг. 1; на фиг. 5— узел фиг. 1; на фиг. 6 - вид Б фиг. 5р на фиг. 7 - узел !и фиг, 1; на фиг. 8 — вид В фиг. 7. 65

Реактор состоит из цилиндрического вращающегося барабана 1, на кото- ром закреплены бандажи 2, опирающиеся на ролики 3. Вращение реактор получает через венцовую шестерню 4.

Вращающийся реактор имеет левую и правую торцовые днища. В горловине 5 правого днища смонтирован шнек б для подачи твердой дисперсной фазы и кольцевой невращающийся короб 7 для подачи газообразного теплоносителя (хладагента). Герметизация неподвижного корпуса шнека осуществляется сальником 8. Невращающийся короб 7 сопрягается с вращающимся днищем с помощью приваренного фланца 9 и системы из кольцевых деталей 10, плотно соприкасающихся с системой вращающихся дисков 11. Система вращающихся дисков 11 сопрягается с горловиной 5 с помощью сальника 12 с буксой 13.

В системе дисков 11 имеются окна 14 для прохода теплоносителя (хладагента) к змеевиКам 15, 16 и 17. Из зме— евика 17 теплоноситель (хладагент) отводится прямой трубой 18, а к змеевику 15 подводится по трубе 19.

Змеевики проходят через Левую торцовую крышку и заканчиваются корпусами задвижек 20 и подвижной заслонкой 21. B горловину левой крышки вмонтирован корпус шнека 22, шнек 23 и муфта вала шнека 24. Корпус шнека не вращается и герметиэируется в горловине сальником, имеющим корпус саль ника 25 и сальниковую буксу 26. Внутренняя полость реактора может быть разделена на несколько реакционных зон (на чертеже показана разбивка на две реакционные зоны) с помощью диафрагмы 27. Для отвода тепла через наружную поверхность вращающегс ся реактора он охватывается неподвижным кожухом 28. Герметизация ко жуха и барабана осуществляется уплотнениями 29, например, лабиринт— ного типа. Теплоноситель (хладагент) поступает р кожуха через штуцеры 30 и выходит через штуцеры 31. B зависимости от тепловой напряженности реакционных зон теплообменные змеевики могут проходить через несколько зон, например две, как внутренний змеевик 16, или располагается только в одной зоне, как, например, змеевик 15 или 17. Тверд&я фаза загружается через штуцер 32, подается в реакционную зону шнеком б.

Шнек б получает вращение через муфту 33. Выгрузка твердой фазы из реактора осуществляется винтовым коробом 34. Подача и вывод исходных и прореагировавших газов осуществляется через штуцеры 32 и 35 совместно с твердой фазой.

Корпус 1 с бандажами 2 опирается на ролики 3. В кольцевой зазор 36 между кожухбм и барабаном подается

956000 теплоноситель (хладагент). Внутреннее устройство барабана состоит из перекидных полок 37, зависит от диаметра аппарата. Винтовые поверхности выполнены из винтовых змеевиков 16 и 17. По трубе 19 теплоноситель 5 (хладагент) поступает в змеевик 15 и по трубе 18 выходит из змеевика 17.

Винтовой короб 34 предназначен для захвата частиц твердой фазы и подачи их в горловину выгружающего шнек а. 1 0

По первому варианту исполнения к змеевикам 16 и 17 приварены плоские винтовые ребра 38, располагаемые на продолжении радиуса. По второму варианту винтовые ребра 38 приварены касательно к теплообменным трубам.

К торцовому днищу 39 приварен фланец 9. На фланце 9 болтами крепит "я система дисков 11 с окнами 14 для прохода газа. Система дисков 11 уплотняется на правой горловине набивкой, сжимаемой буксой 13. Кольцевой короб 7 имеет тангенциальный ввод газа. Этот короб 7 не вращается, а его сопряжение с вращающимися

25 дисками 11 осуществляется кольцами 10, имеющими сверления 40 для подачи смазки на трущиеся поверхности 41. Для более полной герметизации системы подачи теплоносителя (хладагента)герметизирующие кольца 10 прижимаются к вращающейся системе дисков 11 пружинами 42.

Крльцевой короб .7 служит для распределения теплоносителя (хладагента) З5 по теплообменным поверхностям, а штуцер 43 — для тангенциального подвода к кольцевому коробу 7 потока теплоносителя (хладагента). Для компенсации перемещений штуцера 43, связанных с 40 недостаточной соосностью всей системы и биению ее элементов при вращении барабана, к нему крепится гибкий трубопровод, например, их плотной ткани.

На конец трубы 44 одет корпус за- 45 слонки 21. Внутри корпуса может перемещаться шибер 45, в котором выполне- - ны эасверловки 46. С помощью шарика 47, пружины 48 шибер 45 фиксируется в определенном положении. Корпус заслонки 21 вращается вместе с барабаном. Для передвижения шибера 45 в нужное положение предусмотрено специальное устройство, представленное на фиг. 8. Это устройство состоит из направляющих 49, передвигаемых с помощью рычажного механизма 50, который крепится на станине и перемещается винтовым механизмом 51.

Вращающийся реактор с внутренними теплообменными элементами работает следующим образом.

При вращении барабана, он через штуцер 32 шнеком б загружается твердой фазой. При этом бандажи 2 перекатываются по роликам 3. Вращающийся 65 момент реактору передает венцовая шестерня 4. По достижении номинальной загрузки твердой фазой вращакщийся реактор разогревается до нужной температуры. Для этого в кожух 28 между вращающимся реактором и неподвижным кожухом подается газообразный теплоноситель через штуцеры 30. Из кожуха 28 теплоноситель выходит через штуцеры 31. Регулировка подачи теплоносителя в кожух 28 осуществляется арматурой, установленной на газоходах. Герметизация неподвижных и вращакщихся деталей может быть осуществлена любым типом уплотнений, например лабиринтными. В случае необходимости более быстрого разогрева барабанного реактора теплоноситель подается в неподвижный кольцевой короб 7, откуда поступает в теплообменные. змеевики 15, 16 и 17. Распределение теплоносителя по отдельным змеевикам

Осуществляется с помОщью задвижек 20.

Положение шибера 45 в задвижках 20 устанавливается направляющими 49,установка которых в нужном положении осуществляется рычажным механизмом 3 и винтовым механизмом 51.

По достижении во вращакщемся реакторе нужной температуры в аппарат подают газообразные реагенты. Подача газообразных реагентов осуществляет- ся через штуцер 32,,а вывод газообразных продуктов синтеза — через штуцер 35. Выгрузка отработанной твердой фазы осуществляется следукщим образом. Твердая фаза захватывается винтовым коробом 34 и подается им в горловину выгружакщего Шнека 23, а затемк штуцеру 35. В случае экзотермических реакций теплоноситель,;подаваемый для разогрева аппарата, заменяется на хладагент. Распределение хладагента по отдельным теплообменным поверхностям и дальнейшая регулировка подачи хладагента производится задвиж,ками 20. Положение шиберов 45 в этих задвижках фиксируется шариком 47 и пружиной 48, а их передвижение направляющими 49. Перемещение направляющих 49 помимо рычажного 50 и винтового 51 механизмами может осуществляться пневмоцилиндром или сервомотором (на фиг. не показан). Интенсивное перемешивание твердой фазы в аппарате достигается за счет того, что твердая дисперсная фаза подхватывается перекидными полками 37 и изза наклона реактора к горизонту пере. мещается к нижнему концу барабана при скатывании с перекидных полок.

Винтовые теплообменные поверхности с вертикальными ребрами 38 передвигают твердую дисперсную фазу к верхнему концу барабана. В результате достигается равномерное распределение твердой фазы по длине барабана при разной степени его загрузки. Для

956000

Формула изобретения.Ч РУzpgp 7g Л

А более полной отработки твердой фазы вращакяцийся реактор с помощью диафрагм 27 делится на несколько реакционных зон с ограниченным переносом твердой фазы из одной реакционной зоны в другую при интенсивном перемешивании твердой фазы в каждой зоне.

Вращающийся реактор с внутренними теплообменными поверхностями позволяет интенсифицировать гетерогенные реакции с большим тепловым эффектом.

Эти два .обстоятельства дают наибольший экономический эффект в случае многотоннажного производства. 1. Реактор для проведения гетерогенных реакций, содержащий горизонтальный вращающийся барабан, перекид20 ные полки, помещенные в барабан, шнеки для загрузки и выгрузки твердых материалов, неподвижный кожух, расположенный снаружи барабана, устройства ввода и вывода теплоносителя и привод, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процессов путем улучшения теплообмена и перемешивания реагентов,он снабжен вертикальными трубами с ребрами, неподвижным кольцевым коробом с герметиэирующими кольцами и заслонками, закрепленными на барабане.

2. Реактор по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что он снабжен трубчатыми винтовыми змеевиками, коаксиально установленными внутри барабана и соединенными с устройствами для ввода и вывода теплоносителя, причем вертикальные трубы с ребрами закреплены на змеевиках.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 163498, кл. Б 01 J 1/00, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

9 169500, кл. В 01 J 1/00, 1965 (прототип) .

956000

Pur.

Pzr 7

Составитель А.Тарасов

ТехредИ-Гайду Корректор С.Шекмар

Редактор О.Филиппова

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4

Заказ 6879/7 Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5