Вихревая камера

Вихревая камера

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ВИХРЕВАЯ КАМЕРА, включающая герметизированный корпус с размещенным в нем направляющим апп ратом, торцовые стенки, установлен по оси тело вращения, на поверхнос ти которого выполнены отверстия, устройство для подачи катализатора и патрубки ввода и вывода реакционной смеси, отличающаяся тем, что, с целью снижения гидравлических потерь и увеличения выхода полученных продуктов реакции за счет изменения их температуры на выходе из слоя катализатора , тело вращения выполнено в виде конуса, при этом отверстия на внешней поверхности выполнены под углом к радиусу, 2. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что торцовая стенка снабжена устройством для закрутки потока, размещенным между слоем катализатора и конусом.

,.SU,10960 2 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

Ц

РЕСПУБЛИК

y g В 04 С 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1"

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3490152/23-26 (22) 07.09.82 (46) 07.06.84. Бюл. № 21 (72) В.Н. Сорокин, Ж.М. Баушева, Г.Д. Лысенко и И.Г. Немцева (71) Институт ядерной энергетики

АН Белорусской CCP (53) 66.096.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 571971, кл. В 04 С 5/08, 1977.

2. Авторской свидетельство СССР № 9903 18, кл. В 04 С 1/00, 1980. (54)(57) 1. ВИХРЕВАЯ КАМЕРА, включающая герметизированный корпус с размещенным в нем направляющим аппаратом, торцовые стенки, установленное по оси тело вращения, на поверхности которого выполнены отверстия, устройство для подачи катализатора и патрубки ввода и вывода реакционной смеси, отличающаяся тем, что, с целью снижения гидравлических потерь и увеличения выхода полученных продуктов реакции за счет изменения их температуры на выходе из слоя. катализатора, тело вращения выполнено в виде конуса, при этом отверстия на внешней поверхности выполнены под углом к радиусу.

2. Камера по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что торцовая стенка снабжена устройством для закрутки потока, размещенным между слоем катаO лизатора и конусом.

1 1096

Изобретение относится к химической промьппленности, в частности к химическим реакторам с центробежным кипящим слоем, удерживаемом в вихревой камере. 5

Известна вихревая камера, включающая герметизированный корпус с размещенным в нем направляющим аппаратом, торцовые стенки, патрубки ввода и вывода реакционной смеси, устрой- 10 ство подачи катализатора. В данной вихревой камере с целью снижения гидравлических потерь в приосевой . зоне размещено тело вращения (1).

Недостатками данной вихревой камеры являются значительные гидравлические потери,. а также малый выход полезных продуктов реакции вследствие отсутствия их закалки на выходе из слоя катализатора. Z0

Наиболее близкой к предлагаемой является вихревая камера, включающая ресивер, цилиндрический направляющий аппарат, перфорированную, соосную выходным патрубкам трубу, профилированные торцовые крышки, патрубки ввода и вывода рабочей среды $2 ).

В данной вихревой камере с целью снижения гидравлических потерь н увеличения объема устойчивого центробежного кипящего слоя, соосно осевым выходным патрубкам камеры установлена труба, имеющая радиально направленные отверстия или вертикальные прорези 1.23.

Недостатками этой камеры являются

35 большие гидравлические потери на обеспечение фильтрации всего расхода через пористое тело и малый выход полезных продуктов в химических реакторах- „

Цель изобретения — снижение гидрав. лических потерь аппарата и увеличение выхода полезных продуктов за счет изменения их температуры на выходе из слоя катализатора.

Указанная цель достигается тем, что в вихревой камере, включающей герметизированный корпус с размещенным в нем направляющим аппаратом, торцовые стенки, установленное по оси тело вращения, на поверхности которого выполнены отверстия, устройство для подачи катализатора и патрубки ввода и вывода реакционной смеси, тело вращения выполнено в виде конуса, 55 при этом отверстия на внешней поверхности выполнены под углом к радиусу.

002 2

Торцовая стенка снабжена устройством для закрутки потока, размещенным между слоем катализатора и конусом.

На чертеже изображена вихревая камера (продольный разрез).

Вихревая камера включает герметизированный корпус 1, направляющий аппарат 2, торцовые стенки 3, патрубки ввода 4 и вывода 5 реакционной смеси, патрубок 6 ввода охлаждающего агента, конус 7 с перфорированными стенками, устройство 8 раздачи и закрутки охлаждающего агента, устройство 9 подачи катализатора, слой катализатора 10.

Корпус вихревой камеры 1 выполнен герметичным и служит для размещения всех узлов и деталей. В корпусе установлен направляющий аппарат

2 и торцовые стенки 3, образующие реакционную зону камеры, в которой вращается слой катализатора 10. В корпусе имеются патрубки 4 для ввода продуктов, предназначенных для реакции, поступающих под давлением. Ввод продуктов реакции осуществляется через патрубок 5, расположенный соосно с камерой. Торцовая стенка, не имеющая выходного патрубка, снабжена устройством ввода и закрутки охлаждающего агента. В центре вихревой камеры расположен конус с перфорированными стенками для равномерного распределения охладителя.

Камера работает следующим образом.

Смесь продуктов реакции поступает под давлением по патрубкам 4 в корпус

1 и далее к направляющему аппарату 2.

Пройдя через направляющий аппарат, смесь приобретает окружную скорость.

В закрученный поток подаются частицы из устройства подачи катализатора 9.

Под действием аэродинамических сил, действующих в аксиальном направлении, частицы катализатора приобретают окружную скорость. В камере образуется центробежный кипящий слой ката-. лизатора 10. Пройдя сквозь слой катализатора, реакционная смесь успевает прореагировать, При наличии экзотермических реакций температура на выходе из вихревой камеры будет значительно выше, чем на входе. При высоких температурах интенсивно протекают реакции и прямые и обратные.

Для увеличения выхода заданного вещества необходимо быстрое охлаждение

f096002 и закалка продуктов реакции. Это достигается вводом охлаждающего агента в приосевую зону камеры непосредственно за слой катализатора через патрубок устройства ввода 6 и конус с перфорированными стенками 7. 3а счет взаимодействия потоков окружная скорость среды, выходящей иэ слоя, падает и гидравлические потери снижаются. Это объясняется следующим образом.

Гидравлическое сопротивление вих-, ревой камеры и Р„рассчитывается по формуле:

С 2 2

В где

Окончательное выражение для определения величины потерь давления в камере после подстановки (7) в (4) имеет вид:

ААР = ЪЧ (8) f0 ))=Ac где т.е. потери пропорциональны квадрату окружной скорости. Следовательно, снижение окружной скорости в центре, например, за счет трения о неподвижную стенку обеспечит снижение потерь в вихревой камере. С этой целью установили в центре вихревой камеры трубу, имеющую радиально направленные отверстия. Как показали экспериментальные данные, при очень больших степенях закрутки, когда гидравлические потери в аппарате составляют атмосферы, гидравлическое сопротивление в камере можно снизить до 40Х.

При небольших степенях закрутки гидравлические потери возрастают на ту же величину. Однако загромождение центральной зоны вихревой камеры в некоторых реакторах недопустимо, например в случае необходимости закалки продуктов реакции. В этом случае в центральной зоне устанавливают полый перфорированный конус и подают среду, закрученную в противоположную сторону. Происходит взаимодействие потоков, окружная скорость среды, выходящей из слоя, падает и гидравлические потери тоже падают. На подачу потока в центральную зону че-. рез устройство ввода и закрутки, размещенного соосно с камерой, необходимо затрачивать энергию, количество которой рассчитывается по известным формулам. Эффект состоит в том, что суммарные потери на камере с вводом среды в центральную зону в 22,5 раза ниже, чем без ввода. Выпол.— нение торцовой стенки с устройством для закрутки потока и системой подвода охлаждающего агента позволяет полностью раскрутить основной поток, выходящий из слоя катализатора. Для достижения этого необходимо выполнить условие равенства количеств движений основного потока и вводимого и их противоположного направления.

Однако, как показали проведенные ис2

op =—

f„py2

k где (к — коэффициент сопротивления камеры; р — плотность потока среды;

Чр — расходная скорость воды.

Коэффициент сопротивления Е затк висит от следующих параметров: (,= =—: (-у) (((» где го — радиус камеры; — радиус выходного патрубка;

Н вЂ” высота камеры. (((- е — l31 („ к2 (1- х ) <

1 где x = — — радиус центральной зоны. щ (1) 15

25 некоторой конотентеА(Ае4(о 1 †) ш 2 умноженной на (3): дР =Яf(y) 40

Величина,АА. равняется:

47> НЧ2 а= (э)

ol Чч

При постоянстве указанных выше величин р. зависит только от окружной скорости Ч или от интенсивнос-. ти закрутки, умноженной на константу =" "" )

В

Ч (6)

Если подставить (6) в (3) и отбро- 55 сить второе слагаемое, так как оно много меньше первого, то получим

f (м) =сМ„, (7) 45

Поскольку для конкретной вихревой камеры конструктивные параметры о

Н, а постоянны, а при выборе несущей среды и производительности постоянны 35 и Ч, то потери давления равны

1096002

95,5

350

209

1,0 Конус нова- газов,X 0,14 ния метана100 ла 35 О, 14 инертные газы 51

300 гаемая

ИэвестМетанал

35, О 14 0,14 302 инертные газы 51

92,0

650 ная

t следования, в приосевой зоне при этом возникают значительные турбулентные пульсации, которые влияют на слой, частично изменяя его структуру, и требуют на их образование дополни- 5 тельной энергии. В случае необходимости осуществления кроме раскрутки и охлаждения потока ввод охлаждающего агента через торцовую стенку не может обеспечить равномерного охлаждения.

Для достижения равномерного охлаждения основного потока по всей высоте слоя охлаждающий агент необходимо подавать также по всей высоте слоя. Оптимальной формой вводного устройства является конус. Так как необходимо обеспечить подачу охлаждающего агента из полости конуса с закруткой, противоположной основному потоку, конус выполняется с наклон- 20 ной перфорацией, соответственно ориентированной навстречу основному потоку.

Из-за дополнительного ввода продукта цилиндрическая конструкция, подобная известной не подходит (например из-за высоких гидравлических потерь).

Ъ

Пример. В предлагаемой вихревой камере проводились эксперимен- 30 ты по получению формальдегида иэ метана на серебросодержащем катализаторе. Реакционная смесь, содержащая,X: метанал 35, кислород 14 и инертные газы 51, при 200 С поступает в слой, катализатора, представляющего собой

Ци300 1,2 линдр 134 шарики диаметром 1 мм, изготовленные из серебра на прочном носителе - ко" рунде. В слое катализатора протекает значительное количество экзотермических реакций, при которых образуется смесь, содержащая,X: формальдегид 30, водород 10, непрореагировавший метанал и кислород, вода, СО, и инертные газы. Эти концентрации соответствуют избирательности процесса 853. На выходе из слоя температура смеси составляет 650 С. При столь высокой температуре интенсивно протекает гомогенная реакция окисления формальдегида, что снижает избирательность процесса на 4-5X . Скорость реакции окисления формальдегида практически равна нулю при температурах менее 350 С. Ввод смеси 107 Н,О и

907 азота через устройство ввода и закрутки обеспечивает охлаждение смеси до 350 С. Для данного процесса увеличение избирательности составило 5Х.

Таким образом, размещение в приосевой зоне соосно с камерой полого перфорированного конуса, а в торцовой стенке — устройства для ввода и закрутки потока охлаждающего агента позволило увеличить выход полезного продукта на 3-3,57 при снижении гидравлических потерь камеры в 2-2,5 раза.

В таблице приведены данные сравнительного анализа предложенной и известной вихревых камер.

Составитель Н. Кацовская

Редактор M. Недолуженко ТехредС.Мигунова Корректор А.Ференц

Заказ 3679/4 Тираж 551 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

7 10960

За базовый объект принята вихревая камера, используемая для производства формальдегида из метанала на серебросодержащем катализаторе.

В процессе производства образуется смесь, содержащая 307. формальдегида. Температура смеси на выходе из слоя катализатора составляет

650 С. При такой высокой температуре интенсивно протекает реакция окисле-. 10 ния формальдегида, что нежелательно, При вводе охлаждающего агента через устройство ввода и закрутки потока

02 8 смесь охлаждается до 350 С, при которой скорость реакции практически равна нулю.

Таким образом, выполнение вихревой камеры с перфорированным конусом, размещенным в приосевой зоне и снабжение торцовой стенки закручивателем и системой подачи охлаждающего агента, связанной с внутренней полостью

1 перфорированного конуса, обеспечивает повышение выхода полезного продукта на 3-3,57 при снижении гидравлических потерь в камере в 2-2,5 раза.