(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Transkrypt

1 R Z E C Z P O S P O L IT A POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) N um er zgłoszenia: (22) D ata zgłoszenia: (51) IntCl6: B01J 10/00 (54) Reaktor barbotażowy Zgłoszenie ogłoszono: BUP 22/95 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/98 (73)Uprawniony z patentu: Zakłady Azotowe "PUŁAWY" S.A., Puławy, PL "PROZAP" Sp. z o.o. Przedsiębiorstwo Projektowania Modernizacji i Rozwoju Zakładów Azotowych "PUŁAWY", Puławy, PL (72) Twórcy wynalazku: Józef Grzegorzewicz, Puławy, PL Zenon Gruszecki, Puławy, PL Henryk Scierzyński, Puławy, PL Robert Cieślak, Puławy, PL Mieczysław Smaga, Puławy, PL Albin Jurkowski, Puławy, PL Kazimierz Matyja, Góra Puławska, PL Władysław Papuga, Puławy, PL (74) Pełnomocnik: Stopka Józef, Zakłady Azotowe PUŁAWY" S.A. PL B1 (57) 1. Reaktor barbotażowy do prowadzenia procesów chemicznych w środowisku w ielofazowym gaz-ciecz, zwłaszcza w układzie kaskadowym, składający się ze zbiornika cylindrycznego z dnam i górnym i dolnym dystrybutora cieczy, um ieszczonego w górnej części zbiornika oraz dystrybutora gazu um ieszczonego w dolnej części zbiornika, a także z króćców doprowadzających i odprowadzających ciecz i gaz, znam ienny tym, że w osi pionowej zbiornika (14) umieszczony jest centrycznie element spiętrzający-syfon (6), którego dolna krawędź znajduje się poniżej dystrybutora gazu (4), a zamknięta górna część znajduje się poniżej dystrybutora cieczy (2), przy czym syfon (6) zaopatrzony jest w boczny króciec (7) odprowadzający ciecz oraz króciec gazów odlotowych - rurę odgazowującą (10) wyprowadzony powyżej dystrybutora cieczy (2). Fig. 1

2 R eaktor barbotażow y Zastrzeżenia patentowe 1. Reaktor barbotażowy do prowadzenia procesów chemicznych w środowisku wielofazowym gaz-ciecz, zwłaszcza w układzie kaskadowym, składający się ze zbiornika cylindrycznego z dnami górnym i dolnym dystrybutora cieczy, umieszczonego w górnej części zbiornika oraz dystrybutora gazu umieszczonego w dolnej części zbiornika, a także z króćców doprowadzających i odprowadzających ciecz i gaz, znamienny tym, że w osi pionowej zbiornika (14) umieszczony jest centrycznie element spiętrzający-syfon (6), którego dolna krawędź znajduje się poniżej dystrybutora gazu (4), a zamknięta górna część znajduje się poniżej dystrybutora cieczy (2), przy czym syfon (6) zaopatrzony jest w boczny króciec (7) odprowadzający ciecz oraz króciec gazów odlotowych - rurę odgazowującą (10) wyprowadzony powyżej dystrybutora cieczy (2). 2. Reaktor barbotażowy według zastrz. 1, znamienny tym, że dolna krawędź syfonu (6) usytuowana jest nad dolnym dnem (16) zbiornika (14) w odległości nie większej niż 0,1, a nie mniejszej niż 0,09 średnicy zbiornika (14). 3. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że rury dystrybutora cieczy (2) posiadają wycięcia (11) i odgazowania (13), przy czym wycięcia (11) usytuowane są w górnej części rury (17) doprowadzającej ciecz, a głębokość wycięć (11) wynosi 1/6 średnicy rury (17), a odpowietrzenia (13) usytuowane są w górnej części rur bocznych (12) i zaopatrzone są w króćce, których górne krawędzie znajdują się w jednej linii z krawędziami wycięć - otworów (11). * * * Przedmiotem wynalazku jest reaktor barbotażowy stosowany w przemyśle chemicznym do procesów syntezy, zwłaszcza w układach kaskadowych. W przemyśle chemicznym szereg procesów w tym zwłaszcza procesów syntezy w układzie gaz-ciecz prowadzonych jest w przeciwprądowych reaktorach barbotażowych ustawionych w kaskadę. Ciecz zasila najwyżej położony reaktor i grawitacyjnie spływa przez zewnętrzne połączenia syfonowe do następnego reaktora położonego niżej, przepływając w ten sposób przez całą kaskadę. Reaktory, przeważnie każdy oddzielnie zasilane są gazem procesowym, który barbotując przez spływającą ciecz ulega pożądanym procesom chemicznym. Z literatury technicznej i patentowej, znane są reaktory barbotażowe wyposażone w różne elementy wymuszające pożądany kierunek przepływu mediów reakcyjnych, a także zwiększające powierzchnię kontaktową reagentów. Przykładem takiego reaktora jest opisany w polskim opisie patentowym Nr , który to reaktor posiada stosowne kierownice i elementy kierujące, które dodatkowo zwiększają kontakt mediów reakcyjnych, a więc i szybkość reakcji. Jednak stosowane w technice i opisane w literaturze technicznej i patentowej reaktory barbotażowe, pracujące w kaskadzie nie rozwiązują w pełni problemów, które w tych procesach występują. A takim problemem jest między innymi i to, że silnie nagazowana ciecz wpływa do rury przelewowej syfonu reaktora, poprzez który przepływa ona do następnego reaktora położonego niżej. Geometria stosowanych syfonów nie stwarza warunków do pełnego odgazowania cieczy. Ponadto gaz z przestrzeni reaktora przepływa do przestrzeni syfonu i jest tam zasysany przez strumień cieczy spływającej swobodnie z rury przelewowej do przestrzeni dystrybutora cieczy reaktora położonego niżej. Konstrukcja stosowanych

3 aktualnie dystrybutorów nie pozwala na pełne odgazowanie cieczy podczas przepływu pomiędzy reaktorami. Konsekwencją braku odgazowania w tych obszarach całej kaskady reaktorów jest tworzenie się w rurociągach dystrybutora takich obszarów, gdzie ciecz z dużą zawartością gazu wypełnia części rurociągów, co zaburza swobodny jej wypływ z dystrybutora. Wynikiem tego jest spiętrzenie zagazowanej cieczy w syfonie i jej akumulacja w układzie syfon-dystrybutor cieczy. Po całkowitym wypełnieniu rurociągów dystrybutora cieczy przez ciecz z dużą zawartością gazu - pianą, następuje gwałtowne odgazowanie dystrybutora i gwałtowny odpływ nagromadzonej cieczy, co łączy się ze wzrostem poziomu w konkretnym reaktorze. Zjawisko to przenosi się na całą kaskadę reaktorów na kolejne niżej położone. I wówczas to zamiast swobodnego i regularnego przepływu reagentów, następuje przepływ pulsacyjny, co pogarsza stabilność pracy procesu, ma negatywny wpływ na stopień przereagowania substratów, powoduje też inne niedogodności, w tym między innymi ogranicza zdolność produkcyjną całej instalacji. Stosowanie syfonów zewnętrznych, zwłaszcza przy dużych wielkościach przepływu reagentów - dużych instalacjach, powoduje niekorzystne zwiększenie powierzchni zabudowy instalacji, bowiem rurociągi odprowadzające ciecz muszą mieć duże średnice. Podobnie syfony łączące poszczególne reaktory w kaskadzie mają duże promienie łuków. Wszystko to wymusza rozstawienie reaktorów w odpowiednio dużej odległości, zarówno w pionie, jak też i w poziomie, zwiększa koszty budowy instalacji, utrudnia zabudowę zwartą i niską całej kaskady. Konsekwencjami tego są zwiększone koszty zarówno inwestycyjne jak i eksploatacyjne, a także podane wyżej utrudnienia eksploatacyjne. Celem wynalazku jest opracowanie- konstrukcja reaktora barbotażowego, która w stopniu maksymalnym te problemy rozwiązuje. Reaktor według wynalazku charakteryzuje się tym, że w osi pionowej wewnątrz zbiornika umieszczony jest centrycznie element spiętrzający-syfon, którego dolna krawędź znajduje się poniżej dystrybutora gazu, a zamknięta górna część znajduje się poniżej dystrybutora cieczy. Element spiętrzaj ący-syfon zaopatrzony jest w boczny króciec odprowadzający medium reakcyjne do kolejnego reaktora oraz króciec gazów odlotowych, wyprowadzony powyżej dystrybutora cieczy. Dolna krawędź elementu spiętrzającego syfon usytuowana jest nad dolnym dnem zbiornika-reaktora w odległości nie większej niż 0,1 a nie mniejszej niż 0,09 jego średnicy. Rura dystrybutora cieczy posiada wycięcia i odgazowania, przy czym wycięcia usytuowane są w górnej części rury doprowadzającej ciecz do reaktora, a głębokość tych wycięć wynosi 1/6 średnicy rury doprowadzającej. Odgazowania usytuowane są w górnej części rur bocznych i zaopatrzone w króćce, których górne krawędzie znajdują się w jednej linii z krawędziami wycięć otworów. Reaktor według wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia reaktor barbotażowy w przekroju, fig. 2 - uproszczony układ reaktorów w kaskadzie, fig. 3 - przekrój górnej części reaktora - przekrój dystrybutora cieczy wraz z rurami bocznymi i ich odpowietrznieniem, fig. 4 - przekrój dystrybutora cieczy. Reaktor, cylindryczny pionowy zbiornik 14 posiada dna-dennice górne 15 i dolne 16, korzystnie elipsoidalne. Reaktor 14 zawiera także wewnętrzny element spiętrzający cieczsyfon 6 z bocznym króćcem 7 odprowadzającym ciecz. Dolna krawędź elementu spiętrzającego-syfonu 6 znajduje się poniżej dystrybutora gazu 4, a zamknięta górna jego część znajduje się poniżej dystrybutora cieczy 2. Ponadto syfon 6 zaopatrzony jest w króciec gazów odlotowych - rurę odgazowującą 10, wyprowadzoną powyżej dystrybutora cieczy 2. Dolna krawędź elementu spiętrzającego-syfonu 6 usytuowana jest nad dolnym dnem 16 zbiornika-reaktora 14 w odległości nie większej niż 0,1, a nie mniejszej niż 0,09 średnicy zbiornika 14. Rury dystrybutora cieczy 2 posiadają wycięcia 11 i odgazowania 13. Wycięcia 11 usytuowane są w górnej części rury doprowadzającej ciecz 17, a ich głębokość wycięć wynosi 1/6 średnicy rury 17. Odgazowania 13 usytuowane są

4 w górnej części rur bocznych 12 i zaopatrzone w króćce, których górne krawędzie znajdują się w jednej linii z krawędziami wycięć otworów 11. Taka konstrukcja reaktora według wynalazku pozwala na zwartą ich konstrukcję, na eliminację niepożądanych zjawisk, takich jak spiętrzenia zagazowanej cieczy i gwałtowne jej odgazowanie w dystrybutorze, pienienie masy reakcyjnej i inne niepożądane zjawiska.

5 Fig. 3 Fig. 4

6 Fig. 1 Fig. 2 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł