Реактор

 

Сущность изобретения: реактор, содержащий цилиндрический корпус, снабженный верхней и нижней сферическими частями, размещенное в нижней части корпуса для приема по меньшей мере одного сорбционного слоя или каталитического слоя, по меньшей мере две ограничивающие слой внутри и наружу, снабженные отверстиями и соединенные с днищем клети и патрубки для разгрузки и выгрузки материала слоя, и имеющий центральную внутреннюю полость. При этом по меньшей мере одна из клетей выполнена жесткой в радиальном направлении и со способностью к аксиальному растяжению и нижней стороной жестко связана с днищем, а ограничивающая слой с наружной стороны клеть установлена с образованием кольцевого пространства между собой и внутренней стенкой корпуса, причем центральная внутренняя полость и кольцевое пространство соединены с впуском или выпуском, а верхняя сторона, имеющая способность к аксиальному растяжению клети, жестко соединена с внутренней стенкой верхней сферической части. 7 з, п. ф-лы, 7 ил. ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 01 J 8/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4830134/26 (22) 15.06.90 (31) P 3919750. 6 (32) 16,06,89 (33) DE . (46) 15.04.93. Бюл. М 14 (71) Линде АГ (DE) (72) Клаус Либал, Вальтер Фирлбек Ульрих фон Гемминген (DE) (56) Патент Австрии М 19595, кл. В 01 0 53/04, 1986. (54) РЕАКТОР (57) Сущность изобретения: реактор, содержащий цилиндрический корпус, снабженный верхней и нижней сферическими . частями, размещенное в нижней части корпуса для приема по меньшей мере одного сорбционного слоя или каталитического слоя, по меньшей мере две ограничиваюИзобретение относится к химической технологии, в частности к реакторам..

Целью изобретения является продление срока службы слоя..

Это достигается в реакторе, содержащем цилиндрический корпус; снабженный верхней и нижней сферическими крышками, коаксиально установленными перфорированными клетями с размещенными между ними сорбционным или катализаторным слоями; жестко соединенными с днищем vi образующими кольцевую полость с корпусом и центральную полость, соединенную с впуском или выпуском газа, причем по меньшей мере одна из клетей выполнена жесткой в радиальном направлении за счет того, что верхняя часть клети, обладающей способностью растяжения в аксиальном на„„5U „„1809778 А3 щие слой внутри и наружу, снабженные отверстиями и соединенные с днищем клети и патрубки для разгрузки и выгрузки материала слоя, и имеющий центральную внутреннюю полость, При этом по меньшей мере одна из клетей выполнена жесткой в радиальном направлении и со способностью к . аксиальному растяжению и нижней стороной жестко связана с днищем, а ограничивающая слой с наружной стороны клеть установлена с образованием кольцевого

; пространства между собой и внутренней стенкой корпуса, причем центральная внутренняя полость и кольцевое пространство соединены с впуском или выпуском, а верхняя сторона, имеющая способность к аксиальному растя>кению клети, жестко соединена с внутренней стенкой верхней. сферической части. 7 з, и, ф-лы, 7 ил.

Ь» правлении, жестко соединена с внутренней стенкой верхней сферической крышки, При этом понятия "жестко" и "со способ- а ностью к растяжению" относятся не к собст- Ср венным свойствам материала. например, к упругости или к коэффициенту термического расширения, а к способности к изменению размера в силу внешней формы тела, в данном случае клети. Таким образом, жест- 4 кое в определенном направлении тело все- СО таки способно к расширению, например, в случае изменения температуры. Например, волнистый лист является жестким в направ- 4 лении волн, но он может расширяться в вертикальном волнам направлении, Выполненный из волнистого листа цилиндрический корпус, в котором волны располо>кены вокруг оси цилиндра, имеет . способность к растяжению в аксиальном на1809778

20

55 правлении и является жестким в тангенциальном и тем самым и в радиальном направлении, B основе изобретения лежит намерение насколько возможно избегать смещений в аксиальном направлении между сыпучим материалом слоя и по меньшей мере одной клетью, Это достигается между прочим тем, что благодаря жесткому закреплению клети с обеих сторон геометрическая длина клети предопределена практически независимо от температурных условий в реакторе, Она определена высотой корпуса, который практически не подвергается изменению температуры. В силу упомянутого жесткого соединения концы не могут перемещаться вследствие изменения температуры. Кроме того, способность к аксиальному растяжению клети выравнивает расширение материала при повышении температуры по всей длине клети, так что нигде не могут возникать смещения, обусловленные изменением температуры.

Избежанием смещений клетей практи" чески вполне предотвращается и смещение между слоем и клетью даже и в случае высоких колебаний температуры. Это обеспечивает особенную надежность реактора; число нарушений эксплуатационного процесса сокращается до минимума, что также значительно повышает экономичность реактора, Предлагаемый реактор позволяет компенсировать возникшее при осуществлении каталитических и адсорбционных оеакций колебание температуры без происхождения нежелательных смещений, При этом конечно необходимо, чтобы клети, были выполнены иэ подходящего материала с коэффициентом расширения, находящимся в определенном соотношении с коэффициентом расширения сыпучего материала, и из листа соответствующей конфигурации, например, в описанном ниже виде.

В то время как в известном реакторе осуществлены сложные технические меры для превращения термического расширения материала, из которого выполнены клети, а расширение всей клети и таким образом даже для усиления смещения клети относительно слоя, в предлагаемом реакторе с помощью намного менее сложной конструкции предотвращается нежелательное смещение, Обстоятельные испытания и расчеты показывали, что с помощью предлагаемого реактора возможно справиться с перепадами температуры примерно до 300

К без возникновения повреждений реактора и слоя, Согласно предпочтительной форме выполнения изобретения жестко соединенная с верхней сферической крышкой клеть установлена с предварительным натяжением в аксиальном направлении. В том случае. если все клети с обеих сторон жестко закреплены, предпочтительно все клети установлены с предварительным натяжением в аксиальном направлении, т. е. при монтаже реактора, проводимом при комнатной температуре, клеть или клети можно устанавливать с натя>кением в аксиальном на-. правлении. Усилие предварительного натя>кения зависит от ожидаемых разниц температуры в разных участках слоя, В случае повышения температуры, например, вследствие воздействия нагретого регенерэтивного газа, термическое расширение материала сперва компенсируется уменьшением предварительного натяжения, Только при дальше повышающейся температуре предварительное натяжение полностью исчезает и термическое расширение материала должно компенсироваться путем обжима из-за способности к аксиальному расширению клетей, обусловленной их выполнением. Таким образом действующая в аксиальном направлении сила сжатия значительно уменьшается, и обеспечена надежная работа реактора и при высокой температуре.

Как указано выше, в известном реакторе длина клетей подлежит изменению. Изменение длины происходит не только за счет термического расширения самих клетей, но и изменения упругости днища, на котором установлены клети, При воздействии тепла днище становится "мягче" и под весом слоя более или менее прогибается, что также вызывает истирание материала слоя, срок службы которого вследствие этого сокращается, Поэтому в предлагаемом реакторе осуществлена новая конструкция днища, согласно которой последнее жестко соединено с нижней сферической частью корпуса. Для этого между днищем и нижней сферической частью звездообразно установлены ребра, непосредственно передающие вес слоя нижней сферической части. В частности днище выполнено выпуклым вверх, что обеспечивает особенную прочность данной конструкции., На фиг. 1 показан разрез через одну форму выполнения предлагаемого реактора по оси симметрии в значительно упрощенном виде; на фиг. 2 — деталь А с фиг, 1; на фиг. 3 — часть клети согласно одной форме выполнения; на фиг. 4 — часть клети согласно другой форме выполнения; на фиг. 5—

1809778 разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг, 6 — часть клети пусом 2 и наружной клетью 10. Из данного согласно третьей форме выполнения; на пространства 17 подлежац ий очистке газ фиг. 7 — разрез В-В на фиг, 6, радиально проходит через адсорбционный

Фиг. 1 показывает принципиальную слой 9 во внутреннюю кольцевую полость конструкцию одной формы выполнения 5 18. Внутренняя кольцевая полость 18 ограпредлагаемого реактора с его главными зле- ничивается внутренней клетью 11. В данной ментами. Реактор представлен в значитель- полости 18 размещено выполненное из усено упрощенном виде, в частности ченных конусов направляющее тело 19, соотношения между наружными габарита- уменьшающее поперечное сечение внутми реактора и толщиной отдельных элемен- 10 ренней кольцевой полости 18. Таким обратов не соответствуют действительным эом достигается равномерный поток соотношениям. подлежащего очистке газа в слое 9. Между

Реактор в основном имеет форму ци- внутренней клетью 11 и направляющим телиндра с осью симметрии 1. Он содержит лом 19 в данном случае установлено сито 20 корпус 2, снабженный цилиндрической час- 15 для улавливания пыли. тью 3, верхней 4 и нижней 5 сферическими В этом случае, если необходимо осущекрышками, впуском 6 и выпуском 7 для под- ствлять регенерацию, во время регенераачи и отвода подлежащего очистке газа, ции регенеративный газ, например азот, Кроме того, верхняя сферическая крышка 4 подается в противоположном направлении снабжена патрубками 8 для загрузки и вы- 20 (см. стрелки 21 на фиг. 1). груэки материала слоя 9. На фиг. 2 показывает деталь А с фиг. 1, В корпусе 2 размещен кольцевой ад- а именно соединение верхней стороны насорбционный слой 9, ограниченный наруж- ружной клети l0 с верхней сферической ной 10 и внутренней 11 цилиндрическими крышкой 4 корпуса 2, Верхний концевой клетями. Внизу слой 9 ограничивается дни- 25 участок 22 наружной клети 10, выполненный щем 12, с помощью звездообразно установ- из неперфорированного листа, с помощью ленных ребер 13 жесткости закрепленным двух кольцевых сварных швов 23 жестко сона нижней сферической части 5 корпуса 2. единен с верхней сферической крышкой 4.

Внутренняя клеть 11 нижней стороной жес- В данной форме выполнения изобретения тко соединена с днищем 12. Она также че- 30 внутренняя клеть 11 таким же образом сварез ребра 13 опирается на нижнюю рена с верхней сферической крышкой 4 корсферическую крышку5 корпуса 2. Наружная, пуса 2. Соединение нижней стороны клеть 10 жестко соединена, например сва- наружной клети 10 с нижней сферической рена, с нижней сферической крышкой 5, т. частью 5 выполнено аналогичным образом. е. она жестко соединена с корпусом 2. 35 Выполненные в листе 14 длинные отКлети10, 11 в основном выполнены из верстия 15 расположены равномерно по перфорированного листа 14. Отверстия 15, кругам вокруг оси симметрии 1. Их размеры выполненные в листе 14, изображеньг на и конфигурация определяются в зависимо-. фиг.1горизонтальнымилиниями(непомас- сти от ожидаемых разниц температуры в штабу). Лишь концевые участки клетей 10, 40 разных участках слоя 9, В данном случае

11 выполнены из неперфорированного лис- ширина отверстий 15 составляет 3 мм, дли. та. Подробности разных форм выполнения на 30 мм и ширина перемычек 24, т. е. расклетей10, 11 показаны на фиг.2 — 7и описы- стояние между расположенными по двум ваются ниже. соседним кругам отверстиями 15,6 мм (см.

Слой ц состоит из сыпучего материала. 45 фиг. 3), В том случае, если величина частиц

В конкретном случае эксплуатации реакто- сыпучего материала меньше ширины отверра в качестве материала слоя берут адсорб- стий ",5. ro клети 10, 11 на обращенной к ционный материал или же сыпучий слою 9 стороне снабжены проволочной сеткатализатор. кой 25, показанной на фиг. 3.

Направление потока подлежащего очи- 50 Конфигурация перфорированного листа стке газа(фиг. 1) изображено стрелками 16 14, из которого выполнены клети 10, 11, (сплошные линии) (в данном случае речь имеет важное значение, что в нижеследуюидет об осуществлении реакции, т. е, адсор- щем поясняется со ссылкой на фиг. 3. Горибции). При этом подлежащий очистке газ, зонталь на этой фигуре соответствует например воздух, через впуск 6 вступает в 55 тангенциальному направлению вокруг оси реактор, направляется нижней поверхно- симметрии 1 реактора, а вертикаль — аксистью днища 12, при этом выделяется ка- альному направлению. Между двумя соседпельножидкая вода. Затем подлежащий ними рядами отверстий 15 очистке газ.подается в йаружное кольцевое перфорированный лист 14 снабжен распопространство 17, находящееся между кор- ложенными в тангенциальном направлении

1809778 сплошными перемычками 24 и поэтому по направлению перемычек 24 он имеет поведение, похожее на поведение неперфорированного листа, т, е, в этом смысле лист 14 является жестким в тангенциальном направлении, Таким образом, выполненные в основном иэ цилиндрического перфорированного листа 14 клети 10, 11 являются жесткими в радиальном направлении. В аксиальном направлении перфорированный лист 14 не снабжен расположенными на прямых сплошными перемычками, т. к. отверстия 15 сдвинуты относительно друг друга. Таким образом, лист 14 в аксиальном направлении имеет способность к обжиму и растяжению. Действующие в аксиальном направлении силы могут быть восприняты не только благодаря упругости материала, иэ которого выполнен лист 14, но и за счет изменения формы листа 14, например, за счет искажения отверстий 15.

На фиг, 4 и 5 изображена другая форма выполнения клети, представленной на фиг, 3. На фиг, 4 и 5 ось симметрии 1 реактора проходит вертикально изображенной части клети, Согласно описанной выше и согласно данной формам выполнения клетей последние выполнены иэ перфорированного листа

14 иэ металла толщиной d 2-10 мм, предпочтительно 2,5 — 6,0 мм, В обоих случаях отверстия 15 имеют длинную форму и длинной стороной расположены по горизонтали по кругам вокруг оси симметрии 1 реактора с образованием между двумя соседними кругами сплошных горизонтальных перемычек

24, причем в силу того, что расположенные по двум горизонтальным кругам отверстия

15 смещены друг относительно друга, нет сплошных перемычек в аксиальном направлении, т. е. по направлении стрелок 26. Поэтому клети согласно первой и второй формам выполнения являются жесткими в радиальном направлении и имеют способность к компенсированию аксиального изменения длины путем изгиба отверстий, т. е. имеют способность к аксиальному расширению, по использованной в данном описании дефиниции, Однако представленные на фиг, 3 и 4 формы выполнения клетей отличаются друг от друга размерами отверстий 15, Клеть согласно фиг. 3 имеет длину отверстий а 20-50 мм, предпочтительно 25 — 35 мм, ширину отверстий b 2 — 5 мм, предпочтительно 2,5-3,5 мм, ширину перемычек с 4-8 мм, предпочтительно 5,0--7,0 мм. горизонтальное расстояние между отверстиями е 5-20 мм, предпочтительно

8,0 — 12,0 мм.

Клеть согласно фиг. 4 и 5 имеет

5 длину отверстий а 10-40 мм, предпочтительно 20-30 мм, ширину отверстий b 0,8-2,0 мм, предпочтительно 1,0 — l,5 мм, ширину перемычек с 3,0 — 10 мм, пред10 почтительно 4,0-6,0 мм, Горизонтальное расстояние между отверстиями е 3,0-12 мм. предпочтительно

5,0-7,0 мм.

Согласно фиг. 4 и 5, отверстия имеют

15 следующие размеры: а 25мм

b 1,2мм с 5 0мм е 60мм

20 d 4,0 мм.

Меньшие размеры отверстий согласно второй форме выполнения клетей обычно приводят к тому, что можно отказаться от установления мелкоячеистой проволочной

25 сетки, т. к. частицы адсорбционного или каталитического материала не выпадают через отверстия клетей.

На фиг, 6 и 7 представлена третья форма выполнения клетей, которую можно исполь30 зовать в рамках изобретения. В этом случае клети выполнены совсем по-другому, а именно в качестве проволочной сетки.

При этом горизонтальные проволоки 27, имеющие круговое сечение, сплетены с вер35 тикальными (аксиальными) проволоками

28, Горизонтальные проволоки 27 не снабжены никакими существенными изгибами, чем обусловлена радиальная жесткость выполненных из такой проволочной сетки кле40 тей, т, е. горизонтальные проволоки 27 в данном случае выполняют функцию перемычек 24 в предыдугцих случаях. Вертикальные проволоки 28. однако, на равномерном расстоянии, а именно через ширину ячеек, 45 снабжены изгибами 29. В случае напряжения при растяжении в вертикальном (аксиальном) направлении данные изгибы 29 могут изменить свою форму и тем самым компенсировать термическое изменение

50 длины. Выполненная в виде проволочной сетки клеть благодаря использованному методу сплетения обладает радиальной жесткостью и способностью к аксиальному расширению согласно использованным в

55 данном тексте дефинициям. Эти свойства можно еще усилить тем, что выбирают соответствующий материал, Например, для вы- полнения горизонтальных проволок 27 предпочтительно используют инвар, а для выполнения вертикальных (горизонталь1809778 ных) проволок 28 - хромоникелевую сталь, Обычно толщину проволок 28, 29 выбирают

1,0-10 мм, предпочтительно 1,0 — 5,0 мм, в частности 2,0-3,0 мм, Размеры ячеек выбирают 3,0--20 мм, предпочтительно 6-12 мм. 5

Т. к, во многих случаях ячейки слишком широки для удержания частиц адсорбционного или каталитического материала, с внутренней стороны выполненной в качестве проволочной сетки клети можно устанавли- 10 вать дополнительную мелкоячеистую проволочную сетку, не представленную на фиг, 6 и 7, которая имеет примерно ту же высоту, как и слой 9. С верхней и нижней сторон выполненная в качестве проволочной сетки 15 клеть аналогично фиг. 1 через неперфорированный лист жестко соединена с корпусом

2, Формула изобретения

1. Реактор, содержащий цилиндриче- 20 ский корпус, снабженный верхней и нижней сферическими крышками, коаксиально установленные перфорированные клети с размещенным между ними сорбционным или катализаторным слоем, жестко соединен- 25 ные с днищем и образующие кольцевую полость с корпусом и центральную полость, соединенную с впуском или выпуском газа, причем по меньшей мере одна из клетей выполнена жесткой в радиальном направ- 30 лении и обладающей способностью растяжения в аксиальном направлении, о т л и ча ю шийся тем, что, с целью продления срока службы слоя, верхняя часть клети, обладающей способностью растяжения R аксиальном направлении, жестко соединена с внутренней стенкой верхней сферической крышки.

2. Реактор по и. 1, отличающийся тем, что одна из клетей непосредственно жестко соединена с внутренней стенкой нижней сферической крышки.

3. Реактор по п. 2, о т л и ч à ю шийся тем, что жестко соединенная с верхней сферической крышкой клеть установлена с предварительным натяжением в аксиальном направлении.

4. Реэкторпопп,1и2,отлич ающий с я тем, что клети установлены с предварительным натяжением в аксиальном направлении.

5. Реактор по пп. 1-4, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что он снабжен размещенным в центральной полости направляющим теплом, установленным на днище.

6. Реактор по пп. 1-5, о т л и ч à ю щ и йс я тем, что днище жестко закреплено на нижней сферической крышке, 7. Реактор по и. 6, отличающийся тем, что днище жестко соединено с нижней сферической крышкой посредством ребер.

8. Реактор по пп, 1 — 7, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что днище выполнено выпуклым вверх.

1809778,

20 иг.

1809778

Фиг. У

14

26

26

Фиг. 4 14

24

Фиг. 5

1809778

Фиг. 7

Составитель Н.Кацовская

Техред M.Mîðãåíòàë

Редактор Т,Иванова

Корректор Н.Гереши

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

Заказ .1293 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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