Что понимают под изотермическим реактором

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ

Основным элементом технологической схемы является реактор, от совер-

шенства которого зависит качество выпускаемой продукции. Для всех реакторов существуют общие принципы, на основе которых можно найти связь между конструкцией аппарата и основными закономерностями протекающего в нем химического процесса.

Критериями, по которым классифицируют реакционную аппаратуру, являются периодичность или непрерывность процесса, его гидродинамический и тепловой режимы, физические свойства взаимодействующих веществ.

По принципу организации процесса химическая реакционная аппаратура может быть разделена на три группы:

— реактор непрерывного действия;

— реактор периодического действия;

— реактор полунепрерывного (полупериодического) действия.

По гидродинамическому режиму различают следующие типы:

— реактор вытеснения непрерывного действия (РВНД);

— реактор смешения непрерывного действия (РСНД);

— реактор промежуточного типа (с промежуточным гидродинамическим режимом).

По тепловому режиму работы реакторы подразделяют на следующие типы:

Реактор непрерывного действия. В таком реакторе (рис. 6.1) все отдель-

ные стадии процесса химического превращения вещества (подача реагирующих веществ, химическая реакция, вывод готового продукта) осуществляются парал-

лельно и одновременно. Характер изменения концентраций реагирующих веществ в реакционном объеме различен в разных точках объема аппарата, но постоянен во времени для одной и той же точки объема.

вещество тель

Рис. 6.1. Установка для непрерывного процесса:

Рис. 6.2. Аппарат периодического действия

Рис. 6.3. Аппарат промежуточного типа

В реакторе периодического действия (рис. 6.2) все отдельные стадии процесса протекают последовательно в разное время. Характер изменения концентраций реагирующих веществ одинаков во всех точках реакционного объема, но различен во времени для одной и той же точки объема.

Реактор полунепрерывного действия (рис. 6.3) работает в неустановившихся условиях. Такой реактор можно рассматривать как непрерывно действующий аппарат, в котором потоки входящего и выходящего из реактора вещества не равны (вследствие чего изменяется общая масса реагирующих веществ в объеме), и, кроме того, как периодически действующий аппарат, в котором ввод одного из реагирующих веществ или вывод продукта реакции осуществляется периодически.

Реактор полного вытеснения (рис. 6.4) характеризуется переменной концентрацией реагирующих веществ по длине аппарата, наибольшей разницей концентраций на входе и выходе из реактора и, следовательно, наибольшей средней движущей силой процесса.

а

б

Изменение концентрации в реакционном объеме (рис. 6.5, а) носит плавный характер, так как последующие реакционные объемы реагирующих веществ не смешиваются с предыдущими, а полностью ими вытесняются.

Практически к режиму полного вытеснения можно приблизиться в реакторе с ма-

лым диаметром и большой длиною при относительно высоких скоростях движения реагирующих веществ.

Реакторы вытеснения находят широкое применение для проведения как гомогенных, так и гетерогенных каталитических процессов (например, окисления NO в NO₂ и SO₂ в SO₃, синтеза аммиака и метилового спирта, хлорирования этилена, сульфирования пропилена и бутилена и т.д.).

Реактор полного смешения (рис. 6.6) обычно снабжен каким-либо перемешивающим устройством и характеризуется постоянством концентрации реагирующих веществ во всем объеме реакторов в данный момент времени (рис. 6.5, б) вследствие практически мгновенного смешения реагирующих веществ в реакционном объеме.

Поэтому изменение концентрации реагирующих веществ на входе в реактор носит скачкообразный характер. Средняя движущая сила процесса в таком аппарате будет меньше, чем в аппарате полного вытеснения. Реакторы этого типа наиболее широко применяются для проведения таких процессов как нитрование, сульфирование, полимеризация и др.

В некоторых случаях процесс химического превращения вещества проводится не в одном аппарате смешения, а в нескольких таких аппаратах, соединенных последовательно (рис. 6.6, г). Такая система, состоящая в некоторых случаях из 20 и более аппаратов, получила название каскада реакторов (батареи реакторов). В каскаде реакторов изменение концентрации реагирующих веществ носит ступенчатый характер (рис. 6.5, в), так как продукт реакции предыдущего аппарата является исходным реагирующим веществом в последующем аппарате.

В каскаде увеличивается время пребывания реагирующих веществ по сравнению с одним реактором смешения, а также растет выход продуктов реакции по сравнению с реактором вытеснения.

В реакторе промежуточного типа (с промежуточным гидродинамическим режимом) нельзя осуществить полностью ни один из перечисленных выше гидродинамических режимов движения реагирующих веществ. Средняя движущая сила процесса в таком аппарате больше, чем в аппарате полного смешения, но меньше, чем в аппарате полного вытеснения (рис. 6.5, г). Следует отметить, что значительная часть реакционной химической аппаратуры работает именно в этом гидродинамическом режиме.

Реакторы промежуточного типа применяют в тех случаях, когда процесс химического превращения вещества сопровождается большим тепловым эффектом или протекает при высоких концентрациях реа­гирующих веществ, а также в случае, когда одно из реагирующих ве­ществ имеет низкую скорость растворения в реакционной смеси.

Изотермический реактор характеризуется постоянством температуры во всем реакционном объеме. В таком реакторе скорость подвода или отвода тепла должна быть строго пропорциональна количеству тепла, выделенного или поглощенного в процессе химического превращения вещества. На практике такой тепловой режим может быть достигнут лишь в условиях полного перемешивания реагирующих веществ. В качестве примера можно назвать реактор с кипящим слоем катализатора для получения изооктана.

Примером реакторов, работающих в адиабатическом тепловом режиме, могут служить реакторы для проведения процессов прямой гидратации этилена и дегидрирования бутиленов.

В политропическом реакторе тепловой режим (изменение температуры в реакционном объеме) будет определяться не только собственно тепловым эффектом процесса химического превращения вещества, но и теплотехническими, и конструктивными факторами реакционной аппаратуры.

Источник

Что понимают под изотермическим реактором

5.3.3. Изотермические реакторы

Анализ характеристического уравнения адиабаты показывает, что кроме принципиально изотермического реактора смешения к изотермическим реакторам могут быть отнесены приблизительно реакторы с весьма малыми и значительным ` .

Характеристическое уравнение изотермического реактора имеет вид:

.

При моделировании промышленных реакторов к полностью изотермическим относятся все жидкостные (Ж-Ж, Ж-Т) реакторы с механическими, пневматическими и струйно-циркуляционными перемешивающими устройствами. Изотермический режим также наблюдается на полке (тарелке) пенного и барботажного аппаратов небольших размеров, а также в свободно взвешенном (“кипящем”) слое твердого зернистого материала. Близок к изотермическому режим в адсорбционных и абсорбционных аппаратах для очистки не горящих газов от вредных примесей малой концентрации. Можно также рассчитывать по изотермическому режиму контактные аппараты с неподвижным катализатором, используемые для превращения опасных токсичных примесей малых концентраций в безвредные вещества.

Источник

Изотермический реактор

Изотермический реактор Linde является реактором с неподвижным слоем и с непрямым теплообменом, предназначенным для каталитических реакций эндо- и экзотермического типа.

Этот реактор обладает преимуществами трубчатого реактора, при одновременном отсутствии проблем теплового расширения, свойственных реактору с прямолинейными трубами.

Могут выполняться следующие реакции: газ/газ, газ/жидкость и жидкость/жидкость.

Осязаемая теплота газов и жидкостей, а также скрытая теплота испарения могут быть использованы для операций охлаждения и нагрева.

Пучок охлаждающих или нагревательных труб, утопленный в слой катализатора, передает теплоту реакции таким образом, чтобы катализатор работал при оптимальной температуре.

Результатом является больший выход продукции, увеличение срока службы катализатора, снижение числа побочных продуктов, а также эффективное использование теплоты реакции при меньших затратах на эксплуатацию реактора.

При разработке реактора Linde особое внимание было уделено экзотермической реакции и выработке пара.

В основу конструкции реактора положены специальные спиральные теплообменники, в отношении которых компания Linde сумела в течение нескольких десятилетий накопить опыт производства в своих собственных цехах. Изотермический реактор Linde эксплуатируется во всем мире на более чем 19 заводах, в том числе на восьми установках по производству метанола.

Реактор проявляет свои преимущества, например, при использовании в следующих процессах химической промышленности:

Источник

II. Изотермический реактор

Анализ уравнения адиабаты

ΔT° = T°_кон.— T°_нач=

показывает, что к изотермическим реакторам

ΔT°

могут приближаться реакторы с малыми значениями:

— q_х.р.— удельного теплового эффекта (на единицу вещества);

— — начальной концентрации реагента;

— X_А — степени превращения

при больших значениях

— — теплопроводностиреакционной смеси.

Применение

Практически изотермичны реакторы :

— для переработки низко концентрированных(↓ С_А) газов ( → 0),и

— реакторы, в которых экзо- и эндотермическиеэффекты практически

уравновешиваются (q_х.р →0). Т.е. изотермический режим наблюдается в том случае, когда тепловой эффект основного процесса компенсируется равным по величине, но противоположным по знаку тепловыми эффектами побочных реакций, либо физических процессов (испарение, растворение)

При моделировании к полностью изотермическимреакторам отно­сят жидкостные реакторы

смеханическими, пневматическими и струйно-циркуляционными перемеши­вающими устройствами.

Изотермический режим наблюдается на полках пенного и барботажного аппаратов не больших размеров, в некоторых контактных аппаратах с неподвижным катализатором.

Близким к изотермическому может быть режим аДсорбционных и аБсорбционных аппаратов, в которых тепло, выделяемое при аДсорбции или аБсорбции, расходуется на испарение воды или другого растворителя.

Изотермического режима можно достичь за счет теплообменных устройств подводя или отводя тепло из реактора. Отвод тепла для экзотермической реакции пропорционален тому сколько должно выделится. Подвод для эндо – поглотиться.

Дата добавления: 2016-06-02 ; просмотров: 1328 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Изотермический реактор

Владельцы патента RU 2435639:

Изобретение относится к изотермическому реактору для проведения экзотермических или эндотермических гетерогенных реакций. Изотермический реактор содержит цилиндрический наружный корпус, имеющий продольную ось, слой катализатора, размещенный в корпусе и снабженный противолежащими перфорированными боковыми стенками для ввода газового потока реагентов и вывода газового потока продуктов реакции и теплообменный блок, погруженный в слой катализатора и предназначенный для пропуска через него теплоносителя. Слой катализатора ограничен по краям противолежащими перфорированными боковыми стенками, причем между корпусом и этими боковыми стенками образованы первый и второй промежутки. Теплообменный блок содержит ряд теплообменников, расположенных параллельно друг другу и параллельно направлению, в котором слой катализатора пересекается газовым потоком реагентов. Преимущество изобретения состоит в простоте и эффективности создания изотермического реактора с высоким коэффициентом теплообмена, что обеспечивает высокие показатели продуктивности химической реакции и затрат энергии. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

В общем, изобретение относится к изотермическому реактору для проведения экзотермических или эндотермических гетерогенных реакций, содержащему:

— по существу цилиндрический наружный корпус (обечайку), имеющий продольную ось,

— по меньшей мере один слой катализатора, размещенный в корпусе и снабженный противолежащими перфорированными боковыми стенками, соответственно, для ввода газового потока реагентов и вывода газового потока, содержащего продукты реакции,

— теплообменный блок, который погружен в слой катализатора и через который проходит теплоноситель.

Реактор такого типа особенно подходит для проведения экзотермических или эндотермических химических реакций, проходящих, по существу, при постоянной температуре, то есть в условиях, когда температура реакции поддерживается в достаточно узком интервале вокруг заранее заданной величины.

В приведенном ниже описании и следующей далее формуле реактор этого типа описывается в терминах: псевдоизотермический реактор, или кратко, изотермический реактор.

Известно, что в технологии проведения экзотермического или эндотермического гетерогенного синтеза существует все возрастающая потребность в создании высокопроизводительных изотермических реакторов, которые, с одной стороны, просты в изготовлении, надежны и не требуют больших капитальных и эксплуатационных затрат, а с другой стороны, обеспечивают работу с малыми нагрузочными потерями, малым энергопотреблением и высокой эффективностью теплообмена между реагентами и теплоносителем.

Для того чтобы удовлетворить эту потребность, в промышленности были предложены изотермические реакторы с радиальным слоем катализатора, содержащие, в качестве теплообменного блока для подвода или отвода тепла, большое число теплообменников пластинчатой или трубчатой конструкции, расположенных по радиусу относительно оси корпуса реактора, в один или более коаксиальных рядов.

Несмотря на определенные преимущества, упомянутые изотермические реакторы с радиальной конфигурацией обладают рядом недостатков, включая и то, что площадь катализатора между теплообменниками оказывается неоднородной из-за их радиального расположения.

В результате обмен теплом между газовым потоком, пересекающим слой катализатора, и теплоносителем в теплообменниках, не всегда оказывается оптимальным, особенно в той области слоя катализатора, где расстояние между смежными теплообменниками больше, а скорость пересечения слоя катализатора газовым потоком также оказывается неоднородной, поскольку скорость этого потока меняется в зависимости от того, меньше или больше сечение, по которому поток проходит сквозь слой катализатора.

Кроме того, в известных изотермических реакторах радиальная конфигурация теплообменников отличается сложностью конструкции и сборки.

Краткое изложение сущности изобретения

Таким образом, в основу настоящего изобретения положена задача создания изотермического реактора для проведения экзотермической или эндотермической гетерогенных реакций, в котором преодолены упомянутые выше недостатки известных изотермических реакторов с радиальной конфигурацией.

Эта задача решается изотермическим реактором, предназначенным для проведения экзотермических или эндотермических гетерогенных реакций, содержащим:

— по существу цилиндрический наружный корпус, имеющий продольную ось,

— по меньшей мере один слой катализатора, размещенный в корпусе и снабженный противолежащиими перфорированными боковыми стенками, соответственно, для ввода газового потока реагентов и вывода газового потока, содержащего продукты реакции, и

— теплообменный блок, который погружен в по меньшей мере один слой катализатора и через который проходит теплоноситель,

отличающийся тем, что теплообменный блок содержит по меньшей мере один ряд теплообменников, расположенных по существу параллельно друг другу и по существу параллельно направлению, в котором по меньшей мере один слой катализатора пересекается газовым потоком реагентов.

В предпочтительном варианте каждый теплообменник из по меньшей мере одного ряда теплообменников проходит в по меньшей мере одном слое катализатора вдоль направления, по существу параллельного оси корпуса.

В соответствии с одной особенностью настоящего изобретения теплообменники имеют по существу коробчатую конструкцию в основном удлиненной и плоской прямоугольной формы, у которой противолежащие длинные стенки параллельны оси корпуса, а противолежащие короткие стенки расположены перпендикулярно этой оси, при этом теплообменники также включают внутреннюю камеру, через которую должен проходить рабочий теплоноситель.

В соответствии с другой особенностью настоящего изобретения каждый теплообменник имеет по существу трубчатую конструкцию, причем каждая трубка вытянута в направлении, по существу перпендикулярном оси корпуса.

Преимущество настоящего изобретения состоит в простоте и эффективности создания изотермического реактора с высоким коэффициентом теплообмена, что обеспечивает высокие показатели в отношении продуктивности химической реакции и затрат энергии.

Действительно, в отличие от радиальной конфигурации известных изотермических реакторов в настоящем изобретении теплообменники расположены по существу параллельно друг другу, а это обеспечивает возможность создания однородных каталитических областей (т.е. с по существу постоянным сечением) между смежными теплообменниками для пересечения их газовым потоком с реагентами и с продуктами реакции в направлении, перпендикулярном оси корпуса, и частями, по существу параллельными друг другу.

Благодаря этому каждая часть газового потока, содержащего реагенты и продукты реакции, может осуществлять эффективный обмен теплом с соответствующим теплообменником по всему соответствующему сечению катализатора при пересечении слоя катализатора, что обеспечивает оптимальное распределение температуры внутри слоя катализатора даже в случае реакций с высоким выделением или поглощением тепла, в результате чего достигаются высокие показатели продуктивности химической реакции в слое катализатора и относительного энергопотребления.

Следует отметить, что параллельное расположение теплообменников, вместо радиального, позволяет частям упомянутого выше газового потока пересекать слой катализатора с практически одинаковой скоростью.

Более того, сечения, через которые в слое катализатора проходит газовый поток, содержащий реагенты и продукты реакции, могут быть сделаны меньше, чем в случае аналогичных радиальных конфигураций. В результате этот газовый поток пересекает слой катализатора с большей скоростью и с меньшими нагрузочными потерями, что позволяет сократить число и/или размер слоев катализатора, что упрощает конструкцию и процесс сборки изотермических реакторов, предложенных в изобретении, а также снижает стоимость обслуживания по сравнению с известными изотермическими реакторами.

Таким образом, благодаря настоящему изобретению возможно, например, вырабатывать аммиак, используя только один слой катализатора и не имея проблем, обусловленных слишком низкой скоростью прохождения слоя катализатора газами-реагентами, в то время как в известных изотермических реакторах с радиальной конфигурацией необходимо использовать несколько перекрывающихся слоев катализатора с тем, чтобы не допустить слишком низкой скорости пересечения газом-реагентом слоя катализатора с соответствующим низким коэффициентом теплообмена между газами-реагентами и теплообменниками. Таким образом, изотермический реактор для производства аммиака, предложенный в изобретении, имеет значительно более простую конструкцию по сравнению с аналогичным известным реактором, поскольку имеется возможность значительно сократить число соединений (например, с коллектором, с распределителем, и др.), необходимых для соединения различных слоев катализатора, а также для распределения теплоносителя по разным теплообменникам, погруженным в эти слои катализатора.

Другие свойства и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из приведенного ниже, со ссылками на приложенные чертежи, описания некоторых вариантов осуществления реактора, предложенного в изобретении, которые представлены для иллюстрации изобретения, не ограничивая его.

Краткое описание чертежей

на фиг.1 представлено схематическое изображение продольного сечения изотермического реактора для проведения экзотермических или эндотермических гетерогенных реакций в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг.2 представлено схематическое изображение продольного сечения по линиям II-II изотермического реактора, показанного на фиг.1, и

на фиг.3 представлено схематическое изображение поперечного сечения по линиям III-III изотермического реактора, показанного на фиг.1.

Подробное описание изобретения

На упомянутых выше чертежах обозначение 1 относится в целом к предложенному в настоящем изобретении псевдоизотермическому химическому реактору, предназначенному для синтеза химических веществ, в частности аммиака.

Реактор 1 содержит цилиндрический корпус (обечайку) 2, имеющий продольную ось X, определенную с противоположных концов нижним и верхним днищами 3, 4. В приведенном на чертежах примере продольная ось Х расположена вертикально.

Внутри цилиндрического корпуса 2 расположен слой катализатора, имеющий, в целом, обозначение 6, закрепленный обычным способом, причем слой 6 катализатора ограничен с боков противолежащими перфорированными стенками 7 и 8, предназначенными для подведения газового потока реагентов и для отведения газового потока, содержащего реагенты и продукты реакции. Слой 6 катализатора также открыт сверху, то есть оборудован решетками, удерживающими катализатор и проницаемыми для газа, которые имеют обычную конструкцию и здесь не описываются. Уровень заполнения катализатором (не показан) слоя 6 катализатора условно обозначен линией 32.

В реакторе 1 также предусмотрены первый промежуток 9 между наружным корпусом 2 и перфорированной боковой стенкой 7 для распределения реагентов внутри слоя 6 катализатора, и второй промежуток 10 между цилиндрическим корпусом 2 и перфорированной боковой стенкой 8, выполняющий роль коллектора для смеси реагентов/продуктов реакции, выходящей из слоя 6 катализатора. Второй промежуток 10 также сообщается с выпускным каналом 25, а в верхнем основании 4 предусмотрен соответствующий проход (выходной патрубок 26) для отведения из реактора 1 смеси реагентов/продуктов реакции.

В соответствии с приведенным вариантом осуществления изобретения внутри слоя 6 катализатора предусмотрено размещение теплообменного блока, обозначенного в целом цифрой 12, содержащего большое число теплообменников 13, распределенных по трем последовательно установленным рядам, причем теплообменники каждого ряда в основном параллельны друг другу и расположены по существу параллельно направлению, в котором слой 6 катализатора пересекается газовым потоком реагентов.

В частности, в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, теплообменники 13 имеют по существу коробчатую конструкцию в основном удлиненной и плоской прямоугольной формы (форму пластин), у которой противолежащие длинные стенки 13а параллельны оси Х корпуса, а противолежащие короткие стенки 13b и 13с, соответственно верхняя и нижняя, расположены перпендикулярно оси X.

Хотя это и не показано, однако очевидно, что теплообменники 13 могут иметь и трубчатую конструкцию, вместо описанной выше пластинчатой конструкции, для удовлетворения конкретным условиям и требованиям.

В этом случае каждая трубка, образующая теплообменник 13, в предпочтительном варианте проходит в направлении, по существу перпендикулярном оси Х корпуса 2.

Более того, число рядов теплообменников 13, при необходимости, может быть изменено в соответствии с конкретными условиями и требованиями.

Возвращаясь к описанным выше теплообменникам 13 пластинчатой конструкции, следует отметить, что каждый из них включает внутреннюю камеру, предназначенную для прохождения сквозь нее рабочего теплоносителя, а также впускной штуцер 15 и выпускной штуцер 16 для рабочего теплоносителя, причем эти штуцеры расположены, в приведенном на чертеже примере, на одной короткой стороне (верхняя короткая сторона 13b) теплообменников 13.

Более конкретно, каждый коллектор-распределитель 20 через посредство соответствующих штуцеров 16 собирает теплоноситель от теплообменников 13 какого-либо ряда с тем, чтобы ввести его через соответствующие штуцеры 15 в теплообменники 13 следующего ряда.

Распределитель 19, коллекторы-распределители 20 и коллектор 21, каждый в свою очередь, сообщаются с соответствующими каналами 22, 23 и 24 для введения в них потока газов-реагентов, вводимых в реактор 1 через соответствующие проходы (патрубки 27, 28 и 29 соответственно), предусмотренные в верхнем днище 4. Кроме того, коллектор 21 сообщается со слоем 6 катализатора посредством выпускного канала 30.

В представленном варианте осуществления эти потоки газов-реагентов выполняют функцию рабочего теплоносителя внутри теплообменников 13.

Также следует отметить, что в настоящем изобретении можно выделить область 26 в слое 6 катализатора без теплообменников 13, расположенную вблизи перфорированной стенки 7 для впуска газов-реагентов. Наличие вблизи перфорированной стенки 7 адиабатической области 26 без теплообмена, в которой реакция между газами-реагентами по существу возникает при их входе в слой 6 катализатора, может оказаться важным в некоторых ситуациях, например, когда теплообмен между газами-реагентами, между которыми начинается реакция в слое катализатора, и теплоносителем в теплообменниках может нарушить правильное развитие начавшейся реакции.

Газовые потоки, протекающие внутри реактора 1 на фиг.1-3, имеет общее обозначение fg.

Что касается работы изотермического реактора 1, то поток газов-реагентов непрерывно подается в реактор 1 через патрубок 27 в верхнем днище 4, откуда он поступает к теплообменникам 13 ряда, ближайшего к перфорированной впускной стенке 7 слоя 6 катализатора по подводящему каналу 22, распределителю 19 и штуцерам 15 теплообменников 13.

Поток газов-реагентов далее пересекает теплообменники 13 ряда, ближайшего к перфорированной впускной стенке 7 слоя 6 катализатора, где он выполняет роль теплоносителя для потока газов-реагентов, входящих в слой 6 катализатора, и далее подлежит сбору через штуцеры 16 теплообменников 13 и отведению в коллектор-распределитель 20.

В коллекторе-распределителе 20 поток газов-реагентов, собранных теплообменниками 13 ряда, ближайшего к перфорированной впускной стенке 7, смешивается с новым «свежим» потоком газов-реагентов, поступающим из подводящего канала 23, причем этот «свежий» поток реагентов непрерывно вводится в реактор 1 через входной патрубок 28 в верхнем днище 4.

Полученная в результате смесь газов-реагентов далее подается в теплообменники 13 следующего ряда (промежуточный ряд) сквозь соответствующие штуцеры 15 для осуществления обмена теплом, а оттуда, тем же способом, что был описан выше, в следующий ряд теплообменников 13, то есть в ряд, ближайший к перфорированной выпускной стенке 8 слоя 6 катализатора.

Как показано в на фиг.1, представляющей предпочтительный вариант осуществления, в каждом проходе от ряда теплообменников 13 к следующему ряду поток газов-реагентов, выходящий из ряда теплообменников 13, смешивается (охлаждается в случае экзотермической реакции или нагревается в случае эндотермической реакции) в соответствующем коллекторе-распределителе 20 со «свежим» потоком газов-реагентов, подаваемых в этот коллектор-распределитель 20 по подводящему каналу 23.

Поток газов-реагентов, выходящий из последнего ряда теплообменников 13 через соответствующие штуцеры 16, собирается коллектором 21, где он, в предпочтительном варианте, дополнительно смешивается со «свежим» потоком газов-реагентов, поступающих из подводящего канала 24, причем этот дополнительный «свежий» поток реагентов вводится в реактор 1 через входной патрубок 29, предусмотренный в верхнем днище 4,

Полученная таким образом смесь выходит из коллектора 21 через выпускной канал 30 (стрелки fg) и вводится в пространство 31 внутри реактора 1, расположенное над слоем 6 катализатора, и отсюда диффундирует (меньшая часть) непосредственно в слой 6 катализатора или поднимается (большая часть) по промежутку 9 и, проходя сквозь перфорированную стенку 7, диффундирует в слой 6 катализатора. Учитывая это, согласно показанному на чертежах примеру, слой 6 катализатора открыт сверху, а у перфорированных боковых стенок 7 и 8 верхние части непроницаемы для газа с тем, чтобы газы-реагенты пересекали слой 6 катализатора, двигаясь по существу в осевом-радиальном направлении.

В соответствии с настоящим изобретением благодаря по существу параллельному расположению теплообменников 13 в соответствующих рядах газовый поток газов-реагентов пересекает слой 6 катализатора в направлении, перпендикулярном продольной оси Х корпуса 2, и, частично, по существу параллельными друг другу. Иллюстрацией служит траектория движения газов-реагентов внутри слоя 6 катализатора, показанная на фиг.1 и 3.

В частности, каждая параллельная часть газового потока газов-реагентов, после того, как она пересекла область 26 начала реакции в по существу адиабатических условиях, продолжает движение в слое 6 катализатора вдоль каталитического слоя с неизменной площадью сечения между смежными теплообменниками соответствующего ряда, что обеспечивает высокую эффективность теплообмена с теплоносителем (поток газов-реагентов), находящимся внутри теплообменников 13 без излишних нагрузочных потерь. В результате достигается более высокая продуктивность преобразования реагентов в продукты реакции, а также снижение относительного энергопотребления.

Таким образом, образуется газовая смесь, содержащая реагенты и продукты реакции, которая, выходя из слоя 6 катализатора сквозь перфорированную стенку 8, собирается в зазоре 10, выполняющем функцию коллектора, а отсюда отводится из реактора 1 через выпускной канал 25 и соответствующий выходной патрубок 26 на верхнем днище 4.

В представленном таким образом изобретении специалистом могут быть без труда сделаны модификации и изменения, которые охватываются областью притязаний, определяемой приложенной формулой изобретения.

1. Изотермический реактор (1) для проведения экзотермических или эндотермических гетерогенных реакций, содержащий, по существу, цилиндрический наружный корпус (2), имеющий продольную ось (X), по меньшей мере один слой (6) катализатора, размещенный в корпусе (2) и снабженный противолежащими перфорированными боковыми стенками (7, 8), соответственно для ввода газового потока реагентов и вывода газового потока, содержащего продукты реакции, и теплообменный блок (12), погруженный в указанный по меньшей мере один слой (6) катализатора и предназначенный для пропуска через него теплоносителя, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один слой (6) катализатора ограничен по краям противолежащими перфорированными боковыми стенками (7, 8), причем между корпусом (2) и этими перфорированными боковыми стенками (7, 8) образованы первый и второй промежутки (9, 10), а теплообменный блок (12) содержит по меньшей мере один ряд теплообменников (13), расположенных, по существу, параллельно друг другу и, по существу, параллельно направлению, в котором указанный по меньшей мере один слой (6) катализатора пересекается газовым потоком реагентов.

2. Изотермический реактор (1) по п.1, отличающийся тем, что каждый из указанного по меньшей мере одного ряда теплообменников (13) проходит в по меньшей мере одном слое (6) катализатора вдоль направления, по существу параллельного продольной оси (X) корпуса.

3. Изотермический реактор по п.1 или 2, отличающийся тем, что теплообменники (13) имеют, по существу, коробчатую конструкцию в основном удлиненной и плоской прямоугольной формы, у которой противолежащие длинные стенки (13а) параллельны продольной оси (X) корпуса, а противолежащие короткие стенки (13b, 13с) расположены перпендикулярно этой оси, при этом теплообменники (13) также имеют внутреннюю камеру, предназначенную для направления через нее рабочего теплоносителя.

4. Изотермический реактор по п.1 или 2, отличающийся тем, что теплообменники (13) имеют, по существу, трубчатую конструкцию, причем каждая трубка вытянута в направлении, по существу, перпендикулярном продольной оси (X) корпуса.

Источник