РЕАКТОР С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ

Изобретение относится к аппаратам химических производств, а именно, к конструкциям тепломассообменных реакторов с псевдоожиженным слоем, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для проведения процессов с использованием режима кипящего слоя, в частности, в кремнийорганической промышленности для прямого синтеза органохлорсиланов из кремнесодержащей контактной массы в кипящем слое.
В процессе синтеза контактная масса вступает во взаимодействие с газообразным компонентом в условиях высокотемпературного кипящего (псевдоожиженного) слоя. В процессе прямого синтеза органохлорсиланов происходит взаимодействие мелкодисперсной кремнийсодержащей контактной массы с газообразным компонентом - хлоралкилом в кипящем слое при нагревании.
Выход готового продукта (качественно и количественно) зависит от условий проведения тепломассообменных процессов. Совершенствование аппаратурного оформления этих процессов приводит к выравниванию температурных, газодинамических и концентрационных полей по всему объему реактора, что позволяет повысить надежность работы реактора и интенсифицировать процесс за счет полноты использования контактной массы.
Известен реактор с псевдоожиженным слоем для прямого синтеза органохлорсиланов, содержащий цилиндрический корпус с расширяющейся верхней частью, встроенный теплообменник, трубные элементы которого выполнены в виде петель с циркулирующим в них теплоносителем, узлы загрузки и выгрузки контактной массы, подвода газообразного компонента и отвода готового продукта и газораспределительную решетку, в отверстия которой помещены сквозные газораспределительные патрубки с барботажными колпачками в надрешетчатой части патрубка и съемной дозирующей диафрагмой на его нижнем конце. Наличие установленных на газораспределительной решетке газораспределительных патрубков с барботажными колпачками обеспечивает равномерное распределение газообразного компонента и исключает забивку элементов устройства частицами мелкодисперсной контактной массы, что повышает производительность реактора. /Патент RU №2205683, B 01 J 8/18, 2003 г./.
Недостатком этого реактора является использование теплообменников в виде петлевых труб, что обуславливает неравномерность температурного поля по объему реактора, возникает необходимость прокачки большого количества теплоносителя и равномерного его распределения по трубкам теплообменника, что приводит к большим энергетическим затратам и увеличению стоимости проведения процесса. Кроме того, повышенная вероятность спекания и забивки реакционной массы внутри пространства петлевого теплообменника, особенно в U-образной части и в верхних горизонтальных участках входа и выхода теплоносителя, приводит к выходу теплообменника из строя. Своевременное обнаружение, отсечка дефектного теплообменного элемента и его демонтаж в рабочей зоне реактора достаточно сложны.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является реактор с псевдоожиженным слоем, содержащий снабженный внешним теплообменным устройством цилиндрический корпус с расширяющейся верхней частью, узлы загрузки и выгрузки контактной массы, подвода газообразного компонента и отвода готового продукта, газораспределительную решетку и встроенный теплообменник, элементы которого выполнены в виде трубок Фильде (труба в трубе). /Авторское свидетельство SU №990071, B 01 J 8/18, 1983 г./.
Недостатками этого реактора являются большая масса труб, затраты энергии на прокачку большого количества теплоносителя, трудности его равномерного распределения по трубным элементам, а также неэффективное использование теплоты из-за потери тепла при встречном движении теплоносителя в трубках. Указанные недостатки приводят к снижению конверсии газообразного компонента реакции, увеличению неравномерности температурного поля и снижению полноты использования контактной массы.
Задачей настоящего изобретения является повышение полноты использования контактной массы, конверсии и селективности газообразного компонента реакции, за счет выравнивания температурного поля в объеме реактора.
Технический результат от использования предложенного реактора заключается в повышении выхода готового продукта при одновременном снижении энергозатрат.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в реакторе с псевдоожиженным слоем, содержащем снабженный внешним теплообменным устройством цилиндрический корпус с расширяющейся верхней частью, узлы загрузки контактной массы и выгрузки отработанной контактной массы, подвода газообразного компонента и отвода готового продукта,
газораспределительную решетку и встроенный теплообменник, встроенный теплообменник выполнен, по меньшей мере, из одной тепловой трубы, зона испарения которой расположена в корпусе реактора, а зона конденсации снабжена теплообменной охлаждающей камерой, расположенной снаружи реактора над его расширяющейся частью, при этом, встроенный теплообменник может быть выполнен из двух и более тепловых труб, соединенных между собой мостиками.
На чертеже представлен общий вид предложенного реактора.
Для большей наглядности соотношение размеров отдельных элементов на чертеже изменено.
Реактор с псевдоожиженным слоем содержит цилиндрический корпус 1 с расширяющейся верхней частью 2 и снабжен внешним теплообменным устройством 3 с патрубками подачи теплоносителя 4 и отвода теплоносителя 5, узлами загрузки контактной массы 6 и выгрузки отработанной контактной массы 7, узлами ввода газообразного компонента 8 и выхода готового продукта 9, газораспределительной решеткой 10 и встроенным теплообменником, выполненным, по меньшей мере, из одной тепловой трубы 11, зона испарения которой расположена в корпусе 1 реактора, а зона конденсации снабжена теплообменной охлаждающей камерой 12 с патрубками подачи охлаждающего агента 13 и отвода пара 14.
При выполнении встроенного теплообменника из двух и более тепловых труб последние соединены между собой мостиками 15. Количество тепловых труб, а также расстояние между отдельньми тепловыми трубами зависят от диаметра реактора и необходимой поверхности охлаждения.
Реактор может дополнительно содержать другие конструктивные элементы, приспособления и особенности, которые не меняют технической сущности предложенного технического решения.
Реактор с псевдоожиженным слоем работает следующим образом.
В корпус 1 реактора загружают контактную массу через узел загрузки контактной массы 6, реактор разогревают путем пропускания теплоносителя, подаваемого через патрубок 4 подачи теплоносителя во внешний теплообменник 3, с последующим отводом теплоносителя через патрубок 5. Затем через узел ввода газообразного компонента 8 вводят газообразный компонент, который, проходя через газораспределительную решетку 10, превращается в пары, проходящие через весь слой контактной массы, в результате чего слой контактной массы переходит в псевдоожиженное состояние. Эффективный и устойчивый отвод теплоты,
выделяющейся в процессе реакции, обеспечивают тепловые трубы 11. Тепловая труба состоит из герметизированной трубы, частично заполненной жидким теплоносителем, который, испаряясь у одного конца тепловой трубы (зона испарения), расположенного в корпусе 1, поглощает теплоту, выделяющуюся в процессе реакции синтеза, а затем, конденсируясь у другого конца трубы (зона конденсации), расположенного внутри теплообменной охлаждающей камеры 12, отдает ее. Охлаждающий агент, который вводят в камеру 12, расположенную снаружи расширяющейся части 2 корпуса 1 реактора, через патрубок 13, в процессе прохождения через теплообменную охлаждающую камеру 12 превращается в пар и отводится через патрубок 14. Пары теплоносителя в зоне конденсации тепловой трубы 11, расположенной внутри камеры 12, конденсируются и стекают по внутренней поверхности тепловой трубы, при этом происходит охлаждение контактной массы. Трубы 11 соединены между собой мостиками 15. Отработанную контактную массу выводят из реактора через узел выгрузки отработанной контактной массы 7, а готовый продукт - через узел выхода готового продукта 9.
Использование тепловых труб известно в энергетике, космической технике и т.д. (См. Новый политехнический словарь, Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», М., 2000 г., с.531).
Однако, из известного уровня техники авторам не известно использование тепловых труб с зоной испарения, встроенной в тепломассообменный аппарат, и зоной конденсации, расположенной снаружи последнего.
Наличие в предложенном реакторе встроенного теплообменника, выполненного в виде тепловых труб, позволяет обеспечить выравнивание теплового поля контактной массы, увеличить конверсию газообразного компонента реакции и полноту использования контактной массы, что приводит к повышению выхода готового продукта при одновременном сокращении энергетических затрат.