Контактный аппарат для проведения эндотермических процессов

 

Изобретение относится к конструкции аппаратов, предназначенных для производства контролируемых по составу и свойствам газовых атмосфер, используемых при термообработке деталей машин и при спекании изделий в порошковой металлургии путем увеличения глубины превращения за счет переноса тепла от обогреваемой извне стенки аппарата к внутренним слоям газового потока и повышение технологичности изготовления аппарата уменьшением количества горизонтальных колец. Для этого в аппарате ширина основных горизонтальных колец установлена в пределах B<SB POS="POST">1</SB>=(0,04-0,06)D, кольца выполнены с прорезями на ширине полукольца, ограниченной диаметрами D и (D-B<SB POS="POST">1</SB>), где D - внутренний диаметр контактного аппарата. Суммарная площадь прорезей составляет от 0,6S до (1-δ)S, где δ - минимально допустимая из условий прочности величина, а S - площадь полукольца между D и (D-B<SB POS="POST">1</SB>). 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 В 01 J 8/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

t (21) 4362541/31-26 (22) 11.01.88 (46) 30.11.89. Бюл. М- 44 (71) Институт газа АН УССР (72) Ю.В. Марчук, Ю.Г. Праженник и А.В. Любимов (53) 66.097 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

923582, кл. В 01 J 8/06, 1981.

Авторское свидетельство СССР

М- 1308377, кл. В 01 1 8/04, 1987. (54) КОНТАКТНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭНДОТЕРМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (57) Изобретение относится к конструкции аппаратов, предназначенных для производства контролируемых по составу и свойствам газовых атмосфер,используемых при термообработке деталей машин и при спекании изделий в

Изобретение относится к конструкции аппаратов для проведения эндотермических процессов в стационарном слое катализатора, в частности реакторов типа реторты с внешним обогревом, используемых в эндогенераторах для производства контролируемой по составу и свойствам атмосферы в технологических процессах термообработки деталей машин и для спекания металлокерамических иэделий в порошковой металлургии.

Целью изобретения является увеличение глубины превращения путем улучшения переноса тепла от обогреваемой извне стенки контактного аппарата к внутренним слоям газового потока вследствие повышения скорости пристеночных слоев газового потока и повь.—

ÄÄSUÄÄ 1524914 А i

2 порошковой металлургии путем увеличения глубины превращения эа счет переноса тепла от обогреваемой извне стенки аппарата к внутренним слоям га3oBDI потока и повышение технологичности изготовления аппарата уменьшением количества горизонтальных колец.

Для этого в аппарате ширина оснояных горизонтальных колец установлена в пределах b „ = (0,04-0 06) D, кольца выполнены с прорезями на ширине полукольца, ограниченной диаметрами D u (D — b,), где D — внутренний диаметр контактного аппарата ° Суммарная площадь прорезей составляет от О,б S до (1-8) S, где d — минимально допустимая из условий прочности величина, а

S — площадь полукольца между D u (D-b,). 1 з.п. A-лы, 5 ил., 2 табл.

Г шение технологичности изготовления аппарата.

На фиг.1 схематично представлен контактный аппарат, продольный разрез; на фиг.2 — узел I на фиг.1; на фиг.3 — конструкция основного кольца с прорезями (деталь 8 на фиг.2); на фиг.4 — схема потоков газа в контактном аппарате согласно изобретению на фиг.5 — схема потоков газа в реакторе согласно прототипу.

Аппарат содержит корпус 1 с днищами 2 и 3, штуцером 4 для ввода и штуцером 5 для вывода газового потока. На внутренней стенке корпуса

1 в нижней ее части закреплена опорная колосниковая решетка 6, на которой расположен слой катализатора 7.

1524>14

По высоте слоя катализатора на внутренней стенке корпуса 1 закреплены основные гориэон гальные периферийные кольца 8, им1 ющие ширину b, (О, 04-0, 08) D; и дополнительные горизонтальные периферийные кольца

9, имеющие ширину Ь z = О 5 Ь, .Кольца установлены одно относительно другаго на расстояни1 по высоте, равном

Н = b . Основные кольца 8 выполнены

1 с прорезями на ширине полукольца, ограниченной диаметрами D и (D-b, ), где D — внутренний диаметр корпуса

1, причем r уммарная площадь прорезей составляет от O,b 8 да (1-Д S, где д — минимально допустимая по конструктивным соображениям иэ условий прочности величина, а S — площадь полукольца между диаметрами D u (Ll-b,) .

Форма выполнения контактного аппарата может быть различной, например в виде реактора аналогично прототипу или в виде реторты эндогенератора с внутренней цилиндрической вставкой и с кольцевым слоем катализатора, применяемой в современных эндогенераторах, чта не влияет на возможность использования изобретения. Также допускается различная форма прорезей в основных кольцах 8, например в виде кольцевых секторов, как на фиг.З,либо в виде круглых или иной формы отверстий.

Устройство работает следующим образом.

Газовый поток подают в корпус 1 через штуцер 4, поток газа распределяется по сечению аппарата, проходит через слой катализатора 7, опорную решетку 6 и выходит из аппарата через штуцер 5, Тепло, необходимое для осуществления эндотермическаго процесса на катализаторе, подводится снаружи ат источника нагрева (не показан) через стенку корпуса 1. Наличие системы горизонтальных дополнительных колец у внутренней стенки контактного аппарата предотвращает проскок (преимущественное прохождение) газовага патока в пристенной зоне, а. наличие прорезей во внешних участках основных колец создает условия для местного (ro участкам длины аппарата) смьвания внутренней стенки корпуса 1 внешними слоями га- 1 зовога потока при отсутствии проскока газа (фиг,4), что улучшает перенос количества прореагировавшего метана к количеству его, вступившему в реакцию. Состав конвертированного газа определяли с помощью газового хрома45 то графа ЛХИ-8Щ.

Проведено две серии опытов. В первой серии (табл.1) исследовано влияние ширины колец (отношения Ь1/D) на полноту конверсии.Для сравнения проведен опыт на аппарате с кольцами беэ прорезей (аппарат 6) согласно прототипу, но с отношением b /D = О, 04. Во всех опытах этой серии прорези были выполнены практически на всей поверхности полукольца (за исключением

4 перегородок шириной 2 мм) и, следовательно, проходное сечение прорезей составляло около 0,99 S.

40 тепла от стенки к середине потока и, вследствие этого, увеличивает глубину превращения реагирующих газов °

Для выбора величины b,/D и суммарной площади (проходного сечения) прорезей из жаропрочной стали марки

12?:18Í10Ò по ГОСТ 7350-77 были изготовлены 8 образцов контактного аппарата с одинаковым внутренним диаметром D = 200 мм и слоем каталитической íà" àäêè 1. = 60 мм. Образец для испытаний устанавливали с зазором внутри футеровки электропечи, выполненной в виде цилиндра шамотной кладки, на внутренней стенке футеровки было размещено 4 нихромовых спирали, и г1одводимая к ним электрическая мощность регулировалась так, что температура, измеряемая на внешней стенке реактора в середине высоты каталитической насадки хромельалюмелевой термопарой, составляла 940-960 С. Во всех опытах расход природного газа составлял 2,9 м /ч, воздуха

7,. и /ч, т.е, n(-0,28. При объеме катализатора около 1,9 дм и указанном расходе природного газа объемная скорость пс метану составляла приблизительно 1500 ч, т.е. была выбрана

1 заведомо выше обычных величин, применяемых в прамьгшленности. Это позволило в одинаковой мере для всех опытов несколько снизить полноту конверсии, чта дала возможность наблюдать положительный эффект от прорезей в основных кольцах, а также влияние ширины колец и проходного сечения прорезей на полноту конверсии. Процент конверсии рассчитывали по составу конвертированного газа как отношение

1524914

0,4 S (аппараты табл.2 дополнены ту 4, взятьсчи из

7 и 8), данные данными по аппаратабл.!.

Т а б л и ц а 1

Аппарат

Ь,мм Н,мм Состав, об.%, на сухой гаэ Ь,/О ь1,м

П„, X! 1

Со Со Н СН

1 6

2 8

3 12

4 16

5 20

6 (прототип) 8

3 6 4,1

4 8 2,3

6 12 2,6

81623

10 20 3,9

4 8 3,3

14,0 29,8 4,0

15,5 33,0 2,8

15,3 32,6 3,0

15 2 32 5 2 7

14,0 30,1 4,1

14,6 31,3 3,6

49, 1 0,03

46,4 0,04

46,5 0,06

47,3 0,08

47,9 0,10

47,2 0,04

81,9

86,4

85,7

86,7

81,4

83,3

Аппарат *S у S

Ь /D П„, 7.

Состав, об.7, на сухой газ (I 1

СО н, сн+ х, СО

7

0,99

0,6

0,4

2,3

2,5

3,8!

52 325 2 7 473 008 86 7

154 327 30 464 008 856

140 309 38 475 008 824 $, — суммарная площадь прорезей (проходное сечение) основного кольца.

Во второй серии (табл.2) испытаны 2 аппарата с Ь, = 16 мм (0,08 0) и с проходными сечениями 0,6 S u

Как видно из табл.1, при величине

b /D в пределах 0,04-0,08 глубина превращения (процент конверсии) составляет приблизительно 86+0,5Х, т.е. значительно выре, чем при отношениях, находящихся вне предлагаемых пределов, а также при значении равном

b,/D = 0,04, существенно превышает

Таким образом, применение предлагаемого изобретения при величине Ь, = (0,04-0,08) D u S 1 = (1-l) S позволяет обеспечить максимально достижимую глубину превращения, а конкретный выбор величин b,/D и с зависит от конструктивных особенностей аппарата, а также реализуемого в нем технологического процесса.

Формула изобретения

1. Контактный аппарат для проведения эндотермических процессов, содержащий корпус с днищем, штуцеры для ввода и вывода газового потока, опорную колосниковую решетку с расположенным на ней слоем зернистого катализатора и закрепленные на внутренней поверхности корпуса основные и дополнительные горизонтальные кольца, установленные с чередованием по процент конверсии в аппарате б, выполненном с кольцами без прорезей (аналогично прототипу).

Данные табл.2 показывают, что при значениях S,/S более низких чем предлагаемые, процент конверсии также существенно ниже, чем максимально достижимый согласно изобретению.

Т а б л и ц а высоте, отличающийся тем, что, с целью увеличения глубины

4О превращения путем улучшения переноса тепла от обогреваемой извне стенки к внутренним слоям газового потока и повышения технологичности изготовления аппарата путем уменьшения коли45 чества горизонтальных колец, ширина основных колец составляет (0,040,08) D, где D — внутренний диаметр контактного аппарата, при этом основные кольца выполнены с прорезями

50 на ширине полукольца °

2. Аппарат по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что суммарная площадь прорезей составляет от 0,6 S до (1-I) S где d — минимально допустимая по конструктивным соображениям из условий прочности величина, S — площадь полукольца между диаметрами D и (D-Ъ,), где Ь, — ширина ос. новных горизонтальных колец.

1524914

Фиа.1

Фиг 1

Составитель А. Телесницкий

Редактор Т. Лазоренко Техред A.Êðàâ÷óê Корректор И. муска

Заказ 7168/5 Тираж 486 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101