Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МОЧЕВИНЫ И РЕАКТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МОЧЕВИНЫ И РЕАКТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МОЧЕВИНЫ И РЕАКТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: конструкционное оформление реактора в производстве мочевины из диоксида углерода и аммиака. Сущность изобретения: мочевину получают взаимодействием аммиака с диоксидом углерода при высоком давлении и температуре. Внутри реактора создают параллельные потоки жидкой фазы и газовой фазы за счет разделения внутреннего пространства на отделения во избежание чрезмерного перемешивания жидкой фазы. При этом обеспечивают перераспределение газа с образованием пузырьков необходимого размера с целью увеличения теплообмена и передачи вещества между двумя фазами. При прохождении газа из одного отделения в следующее жидкая фаза и газовая фаза движутся отдельно друг от друга и распределяются с образованием непрерывного, постоянного потока каждой фазы. Устройство для осуществления способа содержит цилиндрический аппарат, внутреннее пространство которого разделено поперечными перегородками на множество отделений. Перегородки между отделениями содержат тарелку и множество элементов с отверстиями первого и второго типа, имеющих прямоугольное или трапецеидальное поперечное сечение, а также две перфорированные боковые стенки. 2 с. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2078761
Класс(ы) патента: C07C273/04, B01D53/22
Номер заявки: 5010734/04
Дата подачи заявки: 14.01.1992
Дата публикации: 10.05.1997
Заявитель(и): Уриа Казале С.А. (CH)
Автор(ы): Марио Денте[IT]; Серджо Боццано[IT]
Патентообладатель(и): Уриа Казале С.А. (CH)
Описание изобретения: Изобретение относится к способу увеличения выхода продукта при одновременном увеличении производительности реакторов для синтеза мочевины, получаемой в результате взаимодействия аммиака и двуокиси углерода при высоком давлении и температуре, причем указанное взаимодействие осуществляется путем создания внутри реакторов параллельных потоков жидкой фазы и газовой фазы и разделения внутреннего пространства на отделения во избежание чрезмерного перемешивания жидкой фазы и обеспечения периодического перераспределения газа с образованием пузырьков необходимого размера с целью увеличения теплообмена и передачи вещества между двумя фазами.
Предметом настоящего изобретения также является устройство, для осуществления описанного способа которое состоит из семи перфорированных плоских перегородок или пластин, расположенных в поперечном направлении внутри цилиндрического корпуса реактора с образованием отделений, через которые проходят потоки газа и жидкости, содержащей мочевину.
В современных реакторах, предназначенных для синтеза мочевины, цилиндрический корпус реактора, находящегося под давлением, внутри которого осуществляется параллельный ток двух фаз, газовой и жидкой, делится на отделения семью перфорированными пластинами. Цель указанной конструкции заключается в том, чтобы избежать чрезмерного перемешивания жидкой фазы внутри реактора, в результате чего этот реактор мог бы превратиться в реактор с полным перемешиванием, что привело бы к снижению выхода мочевины. Перемешивание уменьшается за счет деления реактора на несколько ступеней при помощи семи пластин и поведение жидкой фазы приближается к режиму работы реактора с поршневым потоком, который является наиболее благоприятным для сохранения выхода мочевины на относительно высоком уровне.
В результате деления реактор на семь ступеней при помощи перфорированных пластин также можно обеспечить перераспределение газа, движущегося в виде восходящего потока внутри колонны, с периодическим образованием пузырьков меньшего размера, которые способствуют увеличению теплообмена и передачи вещества между двумя фазами. Как правило, восходящие потоки пузырьков подвергаются коалесцепции, в результате чего постепенно увеличивается размер пузырьков, уменьшая таким образом поверхность обмена между фазами, причем это отрицательное явление частично компенсируется перераспределением пузырьков газа, достигаемым с помощью перфорированных плоских пластин.
Однако, параллельный поток газа и жидкости, проходящий через перфорированные пластины, оказывает вредное влияние на теплообмен и передачу вещества, а также на выход мочевины (последнее связано с уменьшением поступления потока реагентов в жидкую фазу, а также со снижением температуры из-за осуществления экзотермической реакции меньшей интенсивности и сокращением показателя удержания жидкости в реакторе). Пар и жидкость не могут одновременно проходить через отверстия в плоских перегородках, поэтому этот процесс приходится производить поочередно путем создания потоков пузырьков пара, отделенных друг от друга жидкими поршнями, движущимися в непрерывной фазе. Такое устройство по сравнению с равномерным распределением пузырьков при наличии такого же количества пара приводит к созданию более высокой концентрации пузырьков внутри потоков, чередуясь с жидкими поршнями. В результате этого происходит значительное увеличение коалесценции пузырьков при переходе от одной пластины к следующей с увеличением их среднего размера, уменьшение поверхности соприкосновения между паром и жидкостью и ухудшение обмена между газовой и жидкой фазами; поскольку меньшее количество пара обменивается с жидкой фазой, объем, занимаемый этой фазой, также уменьшается (и достигаемая температура также снижается). Кроме того между пластинами и цилиндром обычно создается кольцевая щель, через которую часть пара может проходить с меньшей эффективностью обмена. Вместе взятые, эти причины уменьшают выход мочевины по сравнению с выходом, достигаемым в случае равномерного распределения вместо поочередного распределения пузырьков газа после каждой перфорированной пластины.
Другой органический аспект прототипов относится к возможности увеличения производительности реакторов, действующих на современных предприятиях. Обычно реактор в зависимости от пропускной способности в отношении жидкой фазы имеет очень большие размеры по сравнению с требуемым номинальным производством мочевины, и этот факт имеет непосредственное отношение к возможному увеличению производства при почти постоянном выходе мочевины. Однако, такие показатели, как распределение газа, размер пузырьков вследствие коалесценции, теплообмен и передача вещества между фазами, эффективный объем, занимаемый жидкой фазой (в котором происходит реакция, ведущая к образованию мочевины), выход мочевины, значительно ухудшается по мере увеличения пропускной способности в отношении газа и жидкости, так что производство мочевины не возрастает пропорционально увеличению общей пропускной способности в отношении жидкости и газа.
Основной целью настоящего изобретения является создание способа, позволяющего устранить вышеуказанные недостатки, увеличить выход продукта в результате реакции синтеза и производительности реакторов для синтеза мочевины.
Другой целью настоящего изобретения является создание простого и эффективного устройства для реализации на практике рассматриваемого способа. Указанный способ характеризуется тем, что при каждом переходе из одного отделения в другое газовая жидкая фазы текут отдельно друг от друга в виде непрерывного, постоянного и равномерного потока, каждой фазы.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения рабочее устройство отличается тем, что отверстия в пластинах имеют размеры и/или профильные градиенты, создавая участки, где поток жидкости при достаточном полном отсутствии пузырьков газа по отношению к участкам, где имеет место прохождение и равномерно распределенная концентрация пузырьков газа и куда затруднен доступ жидкости.
Поэтому в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения перфорированные пластины реактора изготовлены таким образом, что их конструкция делает возможным более равномерное распределение, при наличии постоянного потока, пузырьков газа, позволяя избежать коалесценции при прохождении от одной пластины к другой, а также неблагоприятных результатов движения двух фаз при чередующейся подаче потоков пузырьков по отношению к непрерывному потоку жидкости. Это ведет к увеличению выхода мочевины и производственного потенциала реактора.
В соответствии с наиболее простым и эффективным, а следовательно и предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения пластины по разному перфорируются и профилируются, позволяя создать непрерывные и постоянные потоки газа и жидкости, которые движутся по своим маршрутам, которые взаимно разделяются и распределяются каждой пластиной. Размер отверстий является различным для участков пластины, соответственно предназначенных для пропускания потоков жидкости и потока газа; размер отверстий в зонах, предназначенных для пропускания потока жидкости, препятствует прохождению через них пузырьков газа вместе с жидкостью, заставляя их следовать к зонам, предназначенным для прохождения газового потока. Участки профилированных зон, обеспечивающих прохождение потока двух фаз, распределены таким образом, чтобы гарантировать равномерное распределение пузырьков воздуха, образуемых благодаря профилированным перфорированным пластинам.
Различные аспекты и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из неограничивающего описания предпочтительного варианта, который проиллюстрирован фиг.1-8.
На фиг. 1 представлено в частичном продольном разрезе схематическое изображение многосекционного реактора в соответствии с настоящим изобретением; на фиг.2 в увеличенном масштабе вид элементов, образующих перегородки, которые делят реактор, представленный на фиг.1, на отделения; на фиг.3 вид сверху верхней части элементов, представленных на фиг.2; на фиг.4 сечение А-А прямоугольного элемента, образующего перегородки; на фиг.5 вид спереди перегородки, образованной прямоугольными элементами; на фиг.6 в увеличенном масштабе вид элементов, образующих перегородки, представленные на фиг.5; на фиг. 7 и 8 в увеличенном масштабе вид перфорированных участков перегородки, представленных на фиг.5.
Что касается вышеупомянутых рисунков, то позицией 1 обозначен реактор для получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода при высоких давлении и температуре в соответствии с настоящим изобретением.
В реакторе 1 предусмотрено внутреннее пространство 2 для прямоточного истечения снизу вверх потока неправильной жидкой фазы и диспергированной газовой фазы, которое разделено на множество отделений 3, 4, 5, 6 посредством множество перегородок, некоторые из которых, обозначенные позициями 7, 8, 9, показаны на фиг.1.
В соответствии с настоящим изобретением перегородки 7, 8, 9 выполняют важную функцию, предотвращая чрезмерное перемешивание жидкой фазы и прерывисто перераспределяя газовую фазу в форме пузырьков с размерами, которые приемлемы для увеличения тепло- и массопереноса между жидкой фазой и газовой фазой.
Более конкретно перегородки 7, 8, 9 включают в себя соответствующие пластины 10, 11, 12 и множество элементов 13, 14, 15, предпочтительный поперечный разрез которых характеризуется либо трапецеидальной, либо прямоугольной формой.
Элементы 13, 14, 15 проходят вверх от соответствующей пластины 10, 11, 12 и открыты снизу.
Как лучше видно на фиг.2, где все упомянутые элементы 13, 14, 15 выполнены в форме, напоминающей греческий ключ, и характеризуются трапецеидальным поперечным разрезом, каждый предпочтительный элемент включает в себя:
две перфорированные боковые стенки 16, 17 определяющие первую зону, где предусмотрены отверстия 18 заданного размера для истечения жидкой фазы, практически свободной от газовых пузырьков, и
перфорированную верхнюю стенку 19, определяющую вторую зону, где предусмотрены отверстия 20 заданного размера для истечения газовой фазы, практически свободной от жидкой фазы.
Важно, чтобы по размерам все отверстия 18 в боковых стенках 16, 17 превосходили отверстия 20 в верхней стенке 19
В предпочтительном варианте диаметр отверстий 20 в верхней стенке 19 составляет от 1 до 3,5 мм, еще лучше приблизительно от 2 до 3 мм, тогда как диаметр отверстий 18 в боковых стенках 16, 17 должен почти вдвое превышать диаметр отверстий 20, то есть должен быть равным от 2 до 7 мм, предпочтительнее от 3 до 6 мм.
В предпочтительном варианте, который представлен на фиг.7 и 8, отверстия 18 в боковых стенках 16, 17 характеризуются овальной формой, а отверстия 20 в верхней стенке 19 круглой.
Дополнительные конструкционные особенности перегородок, установленных в реакторе 1, приведены в нижеследующем описании.
В нижеприведенных абзацах линейные размеры перегородок 7, 8, 9 и каналов для прохода жидкостей являются иллюстрированными: и в самом деле, при необходимости в конструктивных целях их можно варьировать в пределах приблизительно 5 10%
То же самое касается числа отверстий на квадратный метр для прохода как жидкой фазы, так и газовой фазы. В этом отношении размеры отверстий 20 для газовой фазы следует рассматривать как неизменные, тогда как размеры отверстий для жидкой фазы фактически такие.
Более того, отмечено, что число отверстий на квадратный метр для газовой фазы и для жидкой фазы следует воспринимать как ссылку на зоны для газовой фазы и жидкой фазы, а не на всю зону (газовую + жидкостную).
Нумерация пластин (предполагаемая или существующая в действительности для той части, которая не была заменена, начинается на уровне нижней тангенциальной линии (Т.1.) реактора (не показана).
Точно также при установке пластин их следует поочередно поворачивать (относительно директрисы купола) на 60 90o в зависимости от того, насколько это позволяют точки крепления.
Было установлено, что в целом при изготовлении отражательных перегородок 7, 8, 9 необходимо соблюдать нижеследующие инструкции:
чтобы обеспечить возможность штамповки отверстий толщина металла не должна превышать 3,5 4 мм,
перегородки должны быть сориентированы в различных направлениях, например путем их фиксации под прямыми углами или под углом 60o,
отверстия для монтажа (то есть отверстия 21 под болты 22 в перегородке 9, показанной на фиг.2) должны быть предусмотрены в том участке листового металла, который оставлен для прохода жидкости,
когда речь идет об отверстиях 20 на квадратный метр поверхности 19, предназначенной для прохождения газа, их следует воспринимать как относящиеся ко всей поверхности листового металла, даже и той, которая после сгибания становится боковой (вертикальной),
отверстия 20 для газа должны быть размещены в конфигурации равносторонних треугольников с шагом в 24 мм,
после формирования пластины существенное значение имеет то, чтобы перегородки 7, 8, 9 были закрыты по концам, вертикальными стенками, приваренными к крайним секциям, создающими уплотнение с целью избежать улетучивания газа по бокам,
для уменьшения толщины конструкционных элементов после перфорирования и формования листового металла для него необходимо предусмотреть соответствующие опорные элементы или элементы жесткости.
В предпочтительном варианте перегородки 7, 8, 9 устанавливают на расстоянии приблизительно 2, 4 и друг от друга.
Отверстия 20 для газа в принципе могут варьироваться от одной пластины к другой с уменьшением перфорированной зоны в направлении снизу вверх, однако в том, что касается пластин, размещенных в соответствии с настоящим изобретением, возможно сохранение равномерных перфораций, равных максимальным перфорациям, которые требуются для нижней пластины.
Достоинством такого технического приема является упрощение процедур строительства и монтажа.
В верхних пластинах, где количество паров (газа) постепенно уменьшается, это означает регулирование всегда увеличивающегося уровня жидкостей внутри куполов и напора газа, который становится все меньше и меньше (часть отверстий), предназначенных для прохождения газа, используется, следовательно, жидкостью).
В предпочтительном варианте:
число отверстий 20 для газа (в данном случае) составляет 2000/м2. (относительно площади) при диаметре, равном приблизительно 3 мм, причем эти отверстия размещены в конфигурации "равностороннего треугольника" (предпочтительное размещение), это означает, что расстояние между отверстиями 20 составляет, например, 24 мм (а доля перфорированной поверхности в зоне, предназначенной для прохода газа, составляет 1,4%) (см. фиг.4),
число отверстий 18 для прохода жидкости (в данном случае) составляет 600 /м2 (относительной площади) при диаметре, равном приблизительно 8 мм, причем эти отверстия размещены в конфигурации равностороннего треугольника на расстоянии 43 мм друг от друга.
В случае использования овальных отверстий (см. фиг.7) их оси составляют 4 6 мм, причем они размещены аналогично вышеуказанному (при доле перфорированной поверхности приблизительно 3% площади участка для прохода жидкости).
Совершенно очевидно, что металлические полоски, в которых предусмотрены отверстия, после сгибания и установки следует скреплять между собой болтами, оставляя кромку для поочередного нахлеста от одного купола до следующего.
Реактор 1 в соответствии с настоящим изобретением дополнительно включает в себя средства, которые сами по себе известны и поэтому на рисунках не представлены, для подачи аммиака и двуокиси углерода в нижнюю часть внутреннего пространства 2, а также средства (не показаны) для отвода получаемого продукта, содержащего мочевину, из верхней части внутреннего пространства 2.
В предпочтительном варианте газовую фазу вводят в нижнюю часть внутреннего пространства 2 по горизонтальной трубке с множеством отверстий, выполненных под прямыми углами к перегородкам самой нижней пластины. В случае, если бы это оказалось невозможным, было бы необходимо предусмотреть наличие двух пластин с перегородками под прямыми углами между ними и близко друг к другу (300 500 мм), что позволило бы достичь того же самого результата (поскольку нижняя пластина могла бы выполнять функции распределителя для верхней пластины).
В соответствии с настоящим изобретением способ получения мочевины с помощью реактора для синтеза, описанного выше, осуществляют следующим образом.
На первой стадии способа аммиак и двуокись углерода вводят в нижнюю часть внутреннего пространства 2 и затем направляют для истечения вверх по принципу прямотока.
Благодаря наличию перегородок 7, 8, 9 как жидкая фаза, так и газовая фаза истекает отдельным от другой путем между секциями 3, 4, 5, 6 реактора 1 и распределяется в реакторе в виде практически равномерного, непрерывного и постоянного потока.
Более конкретной жидкая и газовая фаза отделяются друг от друга каждый раз, когда они пересекают перегородку, вследствие чего:
жидкая фаза истекает преимущественно через отверстия 18 в боковых стенках 16, 17 перегородки, а
Газовая фаза истекает преимущественно через отверстие 20 в верхней стенке 19 перегородки.
Важное значение имеет то, что перераспределение жидкой и газовой фаз обеспечивает вхождение обеих фаз в хороший контакт между собой с улучшенным массопереносом между ними.
Такое перераспределение происходит во всех тех случаях, когда две прямоточно движущиеся фазы проходят через каждую из отражательных перегородок 7, 8, 9 и до средств, предусмотренных в верхней части внутреннего пространства 2, которые позволяют удалять реакционную смесь из реактора 1.
На фиг. 5, 6, проиллюстрированы некоторые особенности дополнительного варианта исполнения реактора 1 соответствии с настоящим изобретением.
Более конкретно на фиг. 5 показан вид спереди другого варианта исполнения перегородки 9, перфорированной и образуемой прямоугольными элементами 15, то есть с боковыми стенками 16, 17, проходящими параллельно оси реактора.
Отверстия 20 в верхней стенке 19 в общем являются круглыми, как это показано на фиг. 7, с другой стороны, отверстия 18 в боковых стенках 16 и 17 могут быть практически элипсоидальными, как это показано на фиг. 8.
Другие отличительные особенности настоящего изобретения более очевидны из нижеследующего примера, приведенного с целью иллюстрации, а не ограничения его рамок.
Пример 1. Процессы проводят путем моделирования реактора, который был рассчитан на производительность в нормальных условиях, предусмотренных конструкцией, приблизительно 1800 т/день с выходом продукта 64% в пересчете на общий поток сырья (жидкость + газ), если выход (неверно) определять в пересчете только на жидкую фазу, он мог бы составлять примерно 65,5%
При увеличении производительности приблизительно до 2300 т/день наблюдали уменьшение выхода продукта.
Это косвенно подтверждает, а) что реактор оказывается слишком большим b) что улучшение процесса переноса внутри реактора могло бы вызвать не только увеличение выхода продукта в сравнении с достигаемым в номинальных условиях, но также сохранение этого улучшенного выхода во всем значительном диапазоне увеличения производственной мощности реактора.
Затем процессы продолжали путем воспроизведения точной математической модели условий для ежедневной производительности 2300 т в немодифицированном реакторе.
Был достигнут выход (моделированный) продукта 61,3% который, если его определять (неверно) в пересчете только на жидкую фазу, мог бы составлять (fintitiosly 7) 63,5%
Отсутствие ряда данных для таких условий не позволяет немедленно подтвердить, но, по-видимому, эффективный выход, предсказанный моделью в условия увеличенной производительности, довольно близок к реальному.
После этого воспроизводили (с помощью модели) ситуацию с введением в реактор новых пластин также и главным образом в секцию, в которой их не было ( то есть в 16 м от нижней T. L.).
Модель в соответствии с настоящим изобретением продемонстрировала (для уже достигнутой производительности 2300 т/день) выход продукта 65,8% (абсолютный прирост 4,5% ) в пересчете на общий поток сырья (при неверном определении в пересчете на жидкую фазу, но с резким уменьшением водяного пара, равен 66,7%).
Было также подтверждено, что такой выход продукта можно сохранить при дальнейшем увеличении производственной мощности для 2700 т/день (если это позволяло другое оборудование установки). В этом состоит еще одно достоинство вышеизложенного нового технического решения.
Таким образом, в рассматриваемых условиях теоретически можно было достичь абсолютного увеличения выхода (воспроизводимого) продукта на 4,5% и было вполне допустимым дополнительное увеличение производительности.
Пример 2. Рассматриваемый способ осуществлялся в модели реактора, рассчитанного на производство 1800 т/день при выходе 64% продукта в пересчете на общий поток (жидкость плюс газ) если оценивать выход продукта в пересчете только на жидкую фазу (что является неправильным), то он состоит 65,5% При увеличении производства до 2300 т/день наблюдалось уменьшение выхода продукта. Это косвенно подтверждает, а) что реактор является слишком большим, b) улучшение перемещения потока внутри реактора не только увеличивает выход по сравнению с номинальными условиями, но и улучшает указанный выход, который сохраняется на данном уровне при значительном увеличении производственного потенциала реактора.
Испытания продолжали путем моделирования с помощью точной математической модели условий производства 2300 т продукта в немодифицированном реакторе. Был получен 61,3% выход (моделированный), а при пересчете только на жидкую фазу (что является неправильным) выход продукта составит 63,5% Отсутствие ряда данных для этих условий не позволяет сделать немедленного подтверждения, но кажется весьма вероятным, что эффективный выход, прогнозируемый моделью при увеличении производства, близок к реальным результатам.
Затем производили моделирования ( с использованием модели) операции введения в реактор новых пластин прежде всего в ту секцию, в которой они отсутствовали (то есть на расстоянии 16 метров от нижней касательной линии). Модель, соответствующая настоящему изобретению позволила получить (для уже достигнутого производственного потенциала, равного 2300 т/день) выход продукта в размере 65,8% (+ 4,5% абсолютного значения) по отношению к общему потоку ( что равняется при неправильной практике измерения 66,7% в пересчете на жидкую фазу, но со значительным уменьшением газовой фазы).
Также было подтверждено, что такой выход может сохраняться при дальнейшем увеличении производственного потенциала до 2700 т в день (если это допускало другое оборудование в установке). Ниже рассматривается еще одно преимущество нового решения.
В соответствии с теоретическими выкладками на основании рассматриваемых условий увеличение выхода продукта (моделированное) на 4,5% абсолютного значения является вполне достижимым, при этом возможно дальнейшее увеличение производственного потенциала.
Ниже приводятся некоторые величины, полученные в результате экспериментов.
В приводимом ниже описании линейные размеры для перегородок и прохода для жидкостей являются иллюстративными. При необходимости в случае проектирования реактора они могут изменяться на 5-10%
Это также относится к числу отверстий на участках прохождения жидкой фазы и газовой фазы.
С другой, стороны, размер отверстий для газовой фазы должен быть неизменным, так же как и размер отверстий для жидкой фазы.
И наконец, следует указать, что число отверстий для газовой фазы и жидкой фазы должно учитываться по отношению к участкам прохождения газовой фазы и жидкой фазы, а не ко всей площади (газ плюс жидкость).
Отсчет пластин (предлагаемых или действительно имеющих место для той части, которая не была заменена) начинается от нижней касательной линии (T. L.) реактора (не показана на чертежах).
Аналогичным образом после установки пластин их необходимо поочередно поворачивать (по отношению к директрисе свода) на 60-90o в зависимости от того, насколько это позволяет точки крепления.
Было установлено, что при изготовлении пластин должны выполняться следующие общие инструкции:
толщина металла не должна превышать 3,5-4 мм, что необходимо для пробивки отверстий,
пластины должны быть ориентированы поочередно, например, путем их установки под прямым углами или под углом 60o,
установочные отверстия должны пробиваться на участках листового металла, предназначенных для прохождения жидкости,
отверстия на квадратном метре поверхности, предназначенной для прохождения газа, необходимо рассматривать как относящиеся ко всей поверхности листового металла даже к той, которая после сгибания металла окажется на боковой стороне (вертикальной стороне),
отверстия для газа должны пробиваться у вершин равносторонних треугольников с длиной шага, равной 24 мм.
после профилирования пластины необходимо загородить перегородки у концов вертикальными стенками, приваренными к концевым секция, с целью создания уплотнения, препятствующего прохождению газа с боковых сторон,
для компенсации недостаточной толщина листового металла к нему после перфорирования и профилирования прикрепляются соответствующие опоры или элементы жесткости,
газ должен вводиться в нижнюю часть через горизонтальную трубу с многочисленными отверстиями, расположенными под прямым углами к перегородкам самой нижней пластины; если это невозможно, то необходимо установить два пластины с перегородками, расположенными между ними под прямыми углами на близком расстоянии друг от друга (300 500 мм), что позволит достичь аналогичных результатов (так как нижняя пластина будет служить в качестве распределителя для верхней пластины).
Пластины должны располагаться на расстоянии примерно 2,4м.
Отверстия для газа могут быть различными в разных пластинах, при этом перфорированный участок может уменьшаться от основания к верхней части; однако, при расположении пластин в соответствии с настоящим изобретением можно сохранить одинаковое число отверстий, равное максимальному числу отверстий, необходимому для нижней пластины. Это упрощает процессы изготовления и установки. На верхних пластинах, где количество паров (газов) постепенно уменьшается, это означает регулирование постоянно возрастающего уровня жидкости внутри сводов и постоянно уменьшающегося напора газа (поэтому часть отверстий, предназначенных для прохождения газа, будет использоваться жидкостью).
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения:
число отверстий для газа ( в данном случае) составляет 2000 отверстий на м2 относительной площади с диаметром 3 мм, расположенных в виде равностороннего треугольника (предпочтительное расположение), это означает, что расстояние между отверстиями равно, например, 24 мм (а доля перфорированной части на участке, предназначенном для прохождения газа, составляет 1,4%) (фиг. 7),
число отверстий для жидкости ( в данном случае) составляет 600 отверстий на м2 относительной площади с диаметром 8 мм, расположенных в виде равностороннего треугольника на расстоянии в 43 мм. При использовании овальных отверстий (фиг. 8) их оси равняются 4 6 мм и имеют одинаковое направление (причем доля перфорированной части составляет около 3% от участка, предназначенного для прохождения жидкости.
Очевидно, что металлические полосы с отверстиями после придания им необходимой формы и установки на место необходимо привинтить друг к другу так, чтобы край одного свода поочередно налагался на край следующего свода.
Для ясности и иллюстративной простоты изложения это изобретение описывалось со ссылкой на варианты его осуществления, изображенные на чертежах. Однако, это изобретение может включать все изменения, замены, модификации и т. д. очевидные для специалиста в этой области, которые естественно входят в более широкий объем притязаний настоящего изобретения.
Формула изобретения: 1. Способ производства мочевины из аммиака и диоксида углерода при повышенных температуре и давлении в реакторе с параллельными потоками жидкой фазы и газовой фазы, внутреннее пространство которого разделено на ряд отделений для предотвращения чрезмерного перемешивания жидкой фазы и для обеспечения перераспределения газа в жидкую фазу в виде пузырьков соответствующего размера, обеспечивающих необходимый тепло- и массообмен между фазами, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода продукта при повышении производительности реактора, жидкую фазу отделяют от газовой фазы и направляют из одного отделения реактора в другое через разделительные устройства отдельными потоками, причем поток преимущественно жидкой фазы направляют через множество отверстий первого типа с заданным размером и формой в разделительных устройствах, а поток преимущественно газовой фазы направляют через множество отверстий второго типа также с определенными размерами и формой в разделительных устройствах, в результате жидкую фазу и газовую фазу подают через отделения реактора раздельными путями и распределяют в реакторе с образованием по существу равномерного, непрерывного и постоянного потока каждой фазы.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкую и газовую фазы распределяют в реакторе в виде равномерного, непрерывного и постоянного потока каждой фазы, для чего используют реактор с множеством перегородок, образующих ряд отделений, причем каждая перегородка включает множество элементов, имеющих прямоугольное или трапецеидальное поперечное сечение, выступающих вверх от указанной тарелки и открытых снизу, при этом каждый указанный элемент содержит: две перфорированные боковые стенки, определяющие первый участок с отверстиями заданного размера для потока жидкой фазы, свободной от пузырьков газа, и перфорированную верхнюю стенку, определяющую второй участок с отверстиями заданного размера для потока газовой фазы, свободной от жидкой фазы, при этом все указанные отверстия в боковой стенке больше по размеру, чем отверстия в верхней стенке.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют реактор, в котором каждая перегородка содержит множество элементов с прямоугольным поперечным сечением.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что используют реактор, в котором отверстия в боковых стенках имеют диаметр 2 6 мм и отверстия в верхней стенке диаметр 1,5 3,5 мм.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что используют реактор, в котором отверстия в боковых стенках имеют диаметр около 4,5 мм и отверстия в верхней стенке имеют диаметр около 2,5 мм.
6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что используют реактор, в котором отверстия в боковых стенках являются овальными и отверстия в верхней стенке круглыми.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют реактор, в котором каждая перегородка содержит множество элементов с трапецеидальным поперечным сечением.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что используют реактор, в котором отверстия в боковых стенках имеют диаметр 2 6 мм и отверстия в верхней стенке имеют диаметр 1,5 3,5 мм.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что используют реактор, в котором отверстия в боковых стенках имеют диаметр около 4,5 мм и отверстия в верхней стенке имеют диаметр около 2,5 мм.
10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что используют реактор, в котором отверстия в боковых стенках являются овальными и отверстия в верхней стенке
круглыми.
11. Реактор для производства мочевины из аммиака и диоксида углерода при повышенных давлении и температуре, содержащий цилиндрический корпус для параллельного прохождения восходящего потока сплошной жидкой и диспергированной газовой фазы, внутренняя часть которого разделена на множество отделений для предотвращения чрезмерного перемешивания жидкой фазы и для перераспределения газовой фазы в пузырьки с размером, подходящим для увеличения тепло- и массообмена между жидкой фазой и газовой фазой, а также устройства для ввода аммиака и диоксида углерода в нижнюю часть корпуса и устройства для удаления мочевиносодержащего продукта из верхней части корпуса, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по меньшей мере перегородку, включающую множество элементов с прямоугольным или трапецеидальным поперечным сечением, причем указанные элементы выступают вверх от указанной перегородки и открыты снизу, при этом каждый элемент имеет две перфорированные боковые стенки, определяющие первый участок с отверстиями заданного размера для потока жидкой фазы, по существу свободной от пузырьков газа, и перфорированную верхнюю стенку, определяющую второй участок с отверстиями заданного размера для потока газовой фазы, по существу свободной от жидкой фазы, при этом все указанные отверстия в боковой стенке больше по размеру, чем отверстия в верхней стенке.
12. Реактор по п. 11, отличающийся тем, что отверстия в боковых стенках прямоугольных элементов имеют диаметр 2 6 мм и отверстия в верхней стенке диаметр 1,5 3,5 мм.
13. Реактор по п. 12, отличающийся тем, что отверстия в боковых стенках имеют диаметр около 4,5 мм и отверстия в верхней стенке имеют диаметр около 2,5 мм.
14. Реактор по п. 11, отличающийся тем, что отверстия в боковых стенках являются овальными и отверстия в верхней стенке круглыми.
15. Реактор по п. 11, отличающийся тем, что отверстия в боковых стенках трапецеидальных элементов имеют диаметр 2 6 мм и отверстия в верхней стенке диаметр 1,5 3,5 мм.
16. Реактор по п. 11, отличающийся тем, что отверстия в боковых стенках имеют диаметр около 4,5 мм и отверстия в верхней стенке имеют диаметр около 2,5 мм.
17. Реактор по п. 15, отличающийся тем, что отверстия в боковых стенках трапецеидальных элементов являются овальными и отверстия в верхней стенке - круглыми.