ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Способы усовершенствования простых трубчатых аппаратов из "Катализ в производстве серной кислоты" На указанные недостатки, повидимому, натолкнулись уже конструкторы первых простых трубчатых аппаратов, так как даже в старых патентных описаниях имеются конструктивные варианты, ставящие своей целью регулирование интенсивности теплоотвода по высоте слоя катализатора. [c.304] Оригинальное решение вопроса дали конструкторы Тентелевского химического завода, предложившие подавать весь холодный газ сверху. Таким образом, принужденное движение газа в межтрубном пространстве заменяется свободными конвекционными токами. Уравнения (VIII, 21) или (VIII, 24) в этом случае неприменимы, и процесс охлаждения труб не поддается точному расчету. Однако и без количественного расчета очевидно, что максимальная интенсивность теплоотвода достигается в этом случае в верхней части труб, а минимальная, и притом очень невысокая, в нижней части, в качественном соответствии с требованиями оптимального температурного режима. К сожалению, это перераспределение интенсивностей теплоотвода сопровождается резким снижением средней величины теплоотдачи, в результате чего снижается температура газа, входящего в катализатор, и приходится увеличивать поверхность труб на единицу производительности. [c.304] Часть катализатора, служащая для завершения процесса окисления двуокиси серы (повышение степени превращения с 91— 92 до 96—97%), помещается не в трубках, а в виде отдельного неохлаждаемого слоя. [c.305] Основным преимуществом этого мероприятия является повышение максимально допустимой интенсивности теплоотвода от значения 4 /0=200 (отвечающего максимально достижимой степени превращения 96%) до значения 4 /0=1172 (отвечающего максимально достижимой степени превращения 91%). Соответственно этому сокращается необходимая поверхность внутреннего теплообмена. Кроме того, выделение около 60% всего катализатора в неохлаждаемый слой значительно снижает гидравлическое сопротивление, так как эта часть катализатора располагается слоем большего сечения и меньшей высоты. [c.305] В соответствии с увеличением необходимого теплоотвода соотношение между высотой охладительных поясов и высотой слоев катализатора в верхних частях труб значительно больше, чем в нижней. [c.306] На рис. 72 показано наиболее выгодное распределение ванадиевого катализатора по высоте трубы при работе с газовой смесью, содержащей 7% двуокиси серы и 11% кислорода. Степень использования катализатора (кривая 4 рис. 71) составляет при этом 0,9. Чтобы уменьшить высоты охладительных поясов, внутри них целесообразно располагать какие-либо завихрители, увеличивающие коэффициент теплопередачи. [c.306] Послойная загрузка катализатора в трубы позволяет резко сократить общую высоту слоя катализатора без снижения конечной степени превращения, исключительно за счет повышения степени использования катализатора. Помимо сокращения расхода катализатора при этом достигается снижение гидравлического сопротивления. [c.306] Оптимальное расположение охладительных поясов по длине труб. [c.306] В контактных аппаратах, построенных на основе изложенных принципов, достигается высокая степень превращения и хорошее использование катализатора. Необходимым условием их удовлетворительной работы является, однако, равномерное распределение газа по сечению аппарата. [c.307] В средней части аппарата расположены трубы переменного сечепкя, развальцованные в нкжкей трубной решетке I. Верхняя часть труб (длина 850 мм) имеет диаметр 76/68,5, средняя (длина 1500 мм)—102/94,5 и нижняя (длина 990 мм)—57/49,5. К трубам приварены направляющие пластинки, обеспечивающие строго параллельное их расположение. [c.309] Катализатор располагается тремя слоями. Первый слой (/) помещен между трубами на решетке 2, находящейся немного выше начала верхней суженной части труб. Второй слой катализатора (//) расположен в нижней половине широкой части труб. Третий слой катализатора (III) находится под трубчатой частью аппарата на решетке 3 и занимает все сечение аппарата. [c.309] Свежая газовая смесь подогрев ается в выносном теплообменнике газами, выходящими из контактного аппарата. Температура предварительного подогрева определяется тепловым балансом и зависит от концентрации двуокиси серы в перерабатываемой газовой смеси. Из выносного теплообменника газовая смесь поступает в нижнюю часть межтрубного пространства и, поднимаясь по нему, нагревается до 470—490°. Нагретая газовая смесь входит в верхний слой катализатора и проходит через него снизу вверх. Степень превращения в первом слое составляет 75—80%, а температура достигает 550—600° (в зависимости от концентрации двуокиси серы). По выходе из первого слоя газовая смесь входит в трубки, охлаждается в верхней, не заполненной катализатором широкой части трубок до 450° и проходит сверху вниз в средний слой катализатора, расположенный в трубках. Здесь степень превращения возрастает до 93—95%. После прохождения среднего слоя катализатора газ охлаждается в нижней узкой части трубок до 430—435° и входит в третий слой катализатора, где процесс протекает без теплоотвода и степень превращения возрастает до 97—97,5%, а температура повышается соответственно до 440—445°. [c.309] Особенно большое внимание в данной конструкции уделено равномерному распределению газа по сечению межтруб1Юго пространства. Это- достигается с помощью кольцевого коллектора, расположенного в средней части аппарата. [c.309] Данная система распределения газа позволяет поддерживать постоянную температуру (в пределах 20°) в самом горячем сечении первого слоя катализатора. Однако эта конструкция чрезвычайно громоздка. На основе метода моделирования задача равномерного распределения газа в межтрубном пространстве может быть решена более простыми средствами. [c.310] Поскольку площади сечения первого и второго слоев катализатора, занимающих лишь часть сечения аппарата, меньше, чем третьего, и линейная скорость газа в них соответственно больше, в эти слои целесообразно загружать крупнозернистый катализатор. [c.310] Для регулирования температуры газа, входящего в первый слой катализатора, часть газа после выносного теплообменника может подаваться через верхние штуцеры 10 непосредственно в трубки, минуя межтрубное пространство и первый слой катализатора. Благодаря этому снижается температура газа, входящего в трубки, осуществляется некоторый теплоотвод от катализатора в первом слое и уменьшается подогрев газа, поднимающегося в межтрубном пространстве. Добавление холодного газа после первого слоя катализатора обеспечивает достаточно тонкое регулирование температуры, так как холодный газ добавляется к наиболее горячему газу, разогретому за счет тепла реакции в верхнем слое. [c.310] С точки зрения повышения степени использования катализатора добавление свежего газа к частично проконтактированному нерационально, так как при этом снижается скорость реакции (см. стр. 148). Однако если эта добавка осуществляется при невысоких степеня с превращения, как это имеет место в рассматриваемом случае, то отрицательный эффект невелик. [c.310] При равном числе ступеней аппараты с внутренним теплообменом дают более высокую степень превращения, чем аппараты с промежуточным теплообменом. Так, в трехслойном трубчатом аппарате рассмотренной конструкции легко достигается степень превращения 97—97,5%. Для дальнейшего увеличения степени превращения целесообразно разделить последний слой катализатора на две части с промежуточным теплоотводом (рис. 74). Перед последним слоем катализатора газ омывает боковые стенки, охлаждаемые с наружной стороны воздухом. Это позволяет повысить степень превращения до 98% и выше. [c.311] Вернуться к основной статье