КОЖУХОТРУБНЫЙ РЕАКТОР

Предлагаемое техническое решение относится к реакторам для проведения неизотермических каталитических и некаталитических реакций и может найти применение в химической, нефтехимической, топливо-энергетической, атомной и других отраслях промышленности, связанных с выделением, поглощением и отводом тепла или его подводом в реактор.
Известен реактор с пучком труб для проведения каталитических неизотермических реакций в газовой фазе, который состоит из корпуса и трубного пучка, закрепленного в трубных решетках. Каждая труба трубного пучка выполнена цилиндрической, то есть равного диаметра по всей высоте. Для равномерного распределения теплоносителя по всему поперечному сечению межтрубного пространства в нем установлены распределительные пластины с проходным сечением, изменяющимся в радиальном направлении. (Патент ФРГ №2903582, В01J 8/06, 1980 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относятся трудности регулирования теплоотдачи реакционной массы в цилиндрических трубах трубного пучка к стенкам труб, что требует специальных внешних устройств, изменяющих расход и температуру реакционной массы на входе в зависимости от ее температуры внутри труб трубного пучка, и увеличивает сложность конструкции реактора.
Известен кожухотрубный реактор для проведения неизотермических реакций, состоящий из корпуса с пучком труб, закрепленных в трубных решетках, и патрубков для входа и выхода реакционной массы и теплоносителя, при этом каждая труба трубного пучка выполнена цилиндрической и снабжена симметрично установленными на внутренней поверхности пластинами треугольной формы с основанием у нижнего торца. (Патент на полезную модель РФ №106140, В01J 8/00, 2011 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность установки и закрепления пластин треугольной формы внутри каждой трубки трубного пучка.
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность установки и закрепления пластин треугольной формы внутри каждой трубки трубного пучка.
Наиболее близким техническим решением по совокупности общих признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является кожухотрубный реактор для проведения неизотермических реакций, состоящий из корпуса с пучком цилиндрических труб, закрепленных в трубных решетках и снабженных симметрично установленными на внутренней поверхности пластинами треугольной формы с снованием на входе реакционной массы в трубу, и патрубков для входа и выхода реакционной массы и теплоносителя, при этом каждая пластина снабжена вертикальным ребром трапецеидальной формы с большим основанием на входе потока реакционной массы в трубу и симметрично установленным на внутренней поверхности пластины. (Патент на полезную модель РФ №114425, В01J 8/00, 2012).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность установки и закрепления пластин трапецеидальной формы внутри каждой трубки трубного пучка и вертикального ребра трапецеидальной формы на каждой пластине.
Техническим результатом предлагаемой конструкции кожухотрубного реактора является упрощение изготовления и монтажа вертикальных ребер в каждой трубке трубного пучка.
Поставленный технический результат достигается тем, что в кожухотрубном реакторе для проведения неизотермических реакций, состоящем из корпуса с пучком цилиндрических труб, закрепленных в трубных решетках и снабженных симметрично установленными вертикальными ребрами, и патрубков для входа и выхода реакционной массы и теплоносителя, при этом в каждую трубу трубного пучка на входе в нее потока реакционной массы дополнительно установлена гильза с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубы, причем гильза имеет сквозную вертикальную прорезь по длине и вертикальные ребра из вырезанной и отогнутой части боковой поверхности гильзы.
Дополнительная установка в каждую трубу трубного пучка на входе в нее потока реакционной массы гильзы с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубы, позволяет плотно прилегать внешней боковой поверхности гильзы к внутренней стенке трубы, что предотвращает ее самопроизвольное перемещение по длине трубы.
Сквозная вертикальная прорезь по всей длине гильзы позволяет при установке гильзы в трубу сжимать ее и устанавливать на входе в трубу на фиксированном расстоянии от входа в нее потока реакционной массы, так как за счет пружинного эффекта после установки гильза плотно прижимается к стенкам трубы. Выполнение вертикальных ребер из вырезанной и отогнутой части боковой поверхности гильзы упрощает их изготовление и установку внутри каждой трубы трубного пучка, а также удаление вместе с гильзой при демонтаже и ремонте трубного пучка.
Таким образом, дополнительная установка в каждую трубу трубного пучка на входе в нее потока реакционной массы гильзы с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубы и изготовление гильзы со сквозной вертикальной прорезью по всей ее длине, выполнение вертикальных ребер из вырезанной и отогнутой части боковой поверхности гильзы позволяет значительно упростить как изготовление самих ребер, так и их установку, ремонт и замену в процессе эксплуатации реактора.
На фиг.1 изображен общий вид кожухотрубного реактора с цилиндрическими трубами в трубном пучке, на фиг.2 - разрез цилиндрической трубы с установленной в нем гильзы, на фиг.1 - вид гильзы в аксонометрии.
Кожухотрубный реактор состоит из кожуха 1 с патрубками входа 2 и выхода 3 теплоносителя в межтрубном пространстве, патрубков входа 4 и выхода 5 реакционной массы, трубных решеток 6, в которых закреплены цилиндрические трубы 7 трубного пучка. Внутри каждой цилиндрической трубы 7 на входе в нее реакционной массы в зоне максимального тепловыделения для экзотермической реакции или теплопоглощения для эндотермической реакции установлена гильза 8, имеющая наружный диаметр, равный внутреннему диаметру цилиндрической трубы 7.
В боковой поверхности гильзы 8 вырезаны и отогнуты вертикальные ребра 9, а сама гильза 8 по всей ее длине имеет вертикальную прорезь 10. В каждую трубу засыпаны зерна катализатора 11.
Кожухотрубный реактор работает следующим образом.
Исходный поток реакционной массы подается по патрубку 4 в цилиндрические трубы 7 трубного пучка. На входе каждой цилиндрической трубы 7, где концентрация реагирующих компонентов в сырье наибольшая, выделение тепла в экзотермической реакции или его поглощение в эндотермической реакции наибольшие.
Однако здесь же в этой зоне максимального тепловыделения или теплопоглощения установлена гильза 8 с дополнительной площадью теплопередающей поверхности, образованной вертикальными ребрами 9, а значит наибольший поток тепловой энергии будет отводиться к хладагенту или подводиться к реакционной массе от теплоносителя через стенку каждой цилиндрической трубы 7 и боковую поверхность вертикальных ребер 9.
После прохождения потока реакционной массы гильзы 8 с вертикальными ребрами 9 поверхность теплопередачи определяется только поверхностью трубы, то есть уменьшает, но и тепловыделение или теплопоглощение тоже уменьшаются, так как их максимальные значения были в зоне установки гильзы 8 с вертикальными ребрами 9. Таким образом, гильза 8 с вертикальными ребрами 9 работает только в зоне максимального тепловыделения или теплопоглощения, где наибольшая опасность перегрева или переохлаждения реакционной массы. Продукты реакции выходят из корпуса 1 через выходной патрубок 5. Теплоноситель или хладагент поступает в межтрубное пространство по патрубку 2, а выходит по патрубку 3.
Так как гильза 8 имеет вертикальную сквозную прорезь 10, а ее наружный диаметр равен внутреннему диаметру цилиндрической трубы 7, то ее несложно установить на входе в трубу реакционной массы в зоне наибольшего тепловыделения или теплопоглощения, сжимая гильзу 8. После установки гильзы 8 она за счет эффекта упругости разжимается, и ее боковая поверхность плотно прилегает к внутренней поверхности цилиндрической трубы 7.
При ремонте труб трубного пучка каждую гильзу 8 несложно удалить из трубы 7. Облегчается и эксплуатация реактора с гильзами 8, так как каждая гильза занимает только часть высоты цилиндрической трубы 7 и гильза 8 меньше мешает загрузке и выгрузке катализатора при его замене.
Таким образом, дополнительная установка в каждую трубу трубного пучка на входе в нее потока реакционной массы гильзы с наружным диаметром равным внутреннему диаметру трубы и вертикальными ребрами, образованными из части боковой поверхности гильзы, а также со сквозной вертикальной прорезью по всей длине гильзы позволяет упростить изготовление ребер и их установку в каждой трубе трубного пучка, а также упростить эксплуатацию реактора при засыпке и смене катализатора. Такое оребрение труб с помощью дополнительной установки гильзы предлагаемой конструкции позволяет ее применить как на стадии проектирования новых, так и при реконструкции действующих реакторов.