Тарілка реактора для отримання сечовини, реактор і спосіб отримання сечовини

Номер патенту: 113180

Опубліковано: 26.12.2016

Автори: Авальяно Уго, Карлессі Ліно

Є ще 5 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Тарілка (4) реактора для отримання сечовини, яка містить щонайменше одну базову пластину (10) і множину порожнистих чашоподібних елементів (11, 11А), які виступають вертикально з базової пластини (10) уздовж відповідної по суті паралельної осі (А), перпендикулярної до базової пластини (10), і мають відповідні по суті увігнуті внутрішні порожнини (17, 37), що сполучаються з відповідними отворами (15), сформованими в базовій пластині (10); причому тарілка (4) містить множину перших чашоподібних елементів (11), які виступають униз від нижнього боку (14) базової пластини (10), і кожний з яких проходить аксіально між відкритим верхнім кінцем (21), що має отвір (15), і закритим нижнім кінцем (22); причому кожний перший чашоподібний елемент (11) містить бічну стінку (23) із наскрізними циркуляційними отворами (25), розташованими по суті поперечно відносно осі (А) і призначеними для переважної наскрізної течії газоподібної фази і/або рідинної фази; і донну стінку (24), яка закриває закритий нижній кінець (22) і не має циркуляційних отворів, яка відрізняється тим, що бічна стінка (23) кожного першого чашоподібного елемента (11) має перші циркуляційні отвори (25А) переважно для наскрізного протікання газоподібної фази й другі циркуляційні отвори (25В) переважно для наскрізного протікання рідинної фази, всі по суті поперечно відносно осі (А); причому перші отвори (25А) розміщені ближче до відкритого верхнього кінця (21), ніж другі отвори (25В), і причому перші отвори (25А) є меншими, ніж другі отвори (25В).

2. Тарілка реактора за п. 1, у якій перші отвори (25А) розміщені у верхній ділянці (26) чашоподібного елемента (11), ближче до відкритого верхнього кінця (21); і другі отвори (25В) розміщені в нижній ділянці (27) чашоподібного елемента (11), поблизу закритого нижнього кінця (22).

3. Тарілкареактора за п. 1 або 2, у якій перші отвори (25А) мають діаметр (D1) приблизно 2-20 мм і переважно близько 2-4 мм; і другі отвори (25В) мають діаметр (D2) приблизно 4-30 мм і переважно близько 4-8 мм.

4. Тарілка реактора за одним із попередніх пунктів, у якій перші отвори (25А) розміщені в один або більше послідовних в осьовому напрямку рядів; і ряд, найближчий до відкритого верхнього кінця (21), розміщений на відстані приблизно 1 мм або більше й переважно близько 15-20 мм від нижнього боку (14) базової пластини (10).

5. Тарілка реактора за одним із попередніх пунктів, у якій перші отвори (25А) нахилені відносно бічної стінки (23).

6. Тарілка реактора за одним із попередніх пунктів, у якій другі отвори (25В) розміщені в один або більше послідовних в осьовому напрямку рядів; і ряд, найближчий до закритого нижнього кінця (22), розміщений на відстані 0 мм або більше від донної стінки (24).

7. Тарілка реактора за одним із попередніх пунктів, у якій розмір і кількість перших і других отворів (25А, 25В) і кількість перших чашоподібних елементів (11) є такими, що сукупна площа перших отворів (25А) знаходиться між приблизно 0 і 20 % і переважно між приблизно 0 і 4 % загальної площі тарілки (4), і сукупна площа других отворів (25В) знаходиться між приблизно 1 і 20 % і переважно між приблизно 1 і 5 % загальної площі тарілки (4).

8. Тарілка реактора за одним із попередніх пунктів, яка включає множину других чашоподібних елементів (11А), які вирівняні і суміщені із відповідними першими чашоподібними елементами (11) і виступають уверх із базової пластини (10) між відповідними закритими верхніми кінцями (31) над базовою пластиною (10) і відповідними відкритими нижніми кінцями (32), що сполучаються з відповідними отворами (15); причому кожен із других чашоподібних елементів (11А) включає бічну стінку (33) із третіми наскрізними циркуляційними отворами (25С), розташованими по суті поперечно відносно осі (А) і розміщеними над базовою пластиною (10); і верхню торцеву стінку (34), яка по суті перпендикулярна до осі (А) і закриває закритий верхній кінець (31) і не має циркуляційних отворів.

9. Тарілка реактора за п. 8, у якій кожний перший чашоподібний елемент (11) і відповідний суміщений з ним другий чашоподібний елемент (11А) визначають відповідні частини (35), які виступають нижче й вище базової пластини (10), відповідно, трубчастого корпусу (36), пропущеного через один з отворів (15) у базовій пластині (10).

10. Тарілка реактора за п. 8 або 9, у якій треті отвори (25С) у бічній стінці (33) кожного другого чашоподібного елемента (11А) подібні або ідентичні за формою й розташуванням до других отворів (25В) для наскрізного протікання переважно рідинної фази в перших чашоподібних елементах (11).

11. Тарілка реактора за одним із попередніх пунктів, у якій чашоподібні елементи (11, 11А) є по суті циліндричними.

12. Тарілка реактора за одним із попередніх пунктів, у якій перші й другі чашоподібні елементи (11, 11А) розміщені на базовій пластині (10) у конфігурації решітки, із відстанню між ними, що варіює між приблизно 2D і 5/2D, де D - діаметр перших і других чашоподібних елементів (11, 11А).

13. Реактор (1) для отримання сечовини, який включає корпус (2), що проходить по суті вздовж вертикальної осі (X) і визначає реакційну камеру (3); і множину тарілок (4) реактора, розміщених у взаємному просторовому розташуванні всередині корпусу (2); який відрізняється тим, що тарілки (4) є такими, як за одним із попередніх пунктів.

14. Реактор за п. 13, у якому кожна тарілка (4) позиціонована з базовою пластиною (10) по суті перпендикулярно до осі (X) і так, що кожний перший чашоподібний елемент (11) виступає вниз із базової пластини (10), із закритим нижнім кінцем (22), що передує відкритому верхньому кінцю (21) у вертикальному осьовому напрямку уверх, по суті відповідному напрямку нормального протікання технологічних текучих середовищ всередині реакційної камери (3).

15. Реактор за п. 13 або 14, у якому тарілки (4) на різних висотах уздовж осі (X) мають відповідні перші отвори (25А) і другі отвори (25В) переважно для наскрізного протікання газоподібної фази й рідинної фази, відповідно, сукупні площі яких, які визначають відповідні загальні прохідні перерізи для газоподібної фази й рідинної фази, є різними згідно з місцеположенням тарілки (4) всередині реактора (1); і в якому сукупна площа перших отворів (25А) скорочується уверх від однієї тарілки (4) до ще однієї тарілки, і сукупна площа других отворів (25В) зростає вгору від однієї тарілки (4) до ще однієї тарілки.

16. Спосіб отримання сечовини, що включає стадію, на якій: проводять реакцію між аміаком і діоксидом вуглецю всередині реактора (1) за рахунок подачі рідинної фази, яка містить аміак, й газоподібної фази, яка містить діоксид вуглецю, в одному й тому самому верхньому напрямку всередині реактора й через відсіки (7), розділені тарілками (4); причому газоподібна фаза й рідинна фаза перетікають з одного відсіку (7) у наступний відсік через поперечні отвори (25), сформовані крізь бічні стінки (23) множини порожнистих перших чашоподібних елементів (11), які виступають униз з кожної тарілки (4) уздовж відповідної осі (А), і між відповідними відкритими верхніми кінцями (21) і відповідними закритими нижніми кінцями (22); причому вказані перші чашоподібні елементи (11) мають відповідні нижні кінці (22), закриті донними стінками (24) без отворів таким чином, що вказані фази протікають через вказані поперечні отвори (25) у кожний перший чашоподібний елемент (11) виключно в напрямку, поперечному відносно осі (А), який відрізняється тим, що включає стадії, на яких:

подають газоподібну фазу переважно через перші отвори (25А), сформовані крізь бічні стінки (23) перших чашоподібних елементів (11);

подають рідинну фазу переважно через другі отвори (25В), також сформовані крізь бічні стінки (23) перших чашоподібних елементів (11) і розміщені нижче, ніж перші отвори (25А), через бічні стінки (23); причому перші отвори (25А) є меншими, ніж другі отвори (25В).

17. Спосіб за п. 16, у якому перші отвори (25А) мають діаметр (D1) приблизно 2-20 мм і переважно близько 2-4 мм; і другі отвори (25В) мають діаметр (D2) приблизно 4-30 мм і переважно близько 4-8 мм.

18. Спосіб за п. 16 або 17, у якому перші отвори (25А) розміщені в один або більше послідовних у осьовому напрямку рядів; і ряд, найближчий до відкритого верхнього кінця (21), розташований на відстані приблизно 1 мм або більше й переважно близько 15-20 мм від нижнього боку (14) базової пластини (10).

19. Спосіб за одним із пп. 16-18, у якому перші отвори (25А) нахилені відносно бічної стінки (23).

20. Спосіб за одним із пп. 16-19, у якому другі отвори (25В) розміщені в один або більше послідовних в осьовому напрямку рядів; і ряд, найближчий до закритого нижнього кінця (22), розташований на відстані 0 мм або більше від донної стінки (24).

21. Спосіб за одним із пп. 16-20, у якому розмір і кількість перших і других отворів (25А, 25В) і кількість перших чашоподібних елементів (11) є такими, що сукупна площа перших отворів (25А) варіює між приблизно 0 і 20 % і переважно між приблизно 0 і 4 % загальної площі тарілки (4), і сукупна площа других отворів (25В) варіює між приблизно 1 і 20 % і переважно між приблизно 1 і 5 % загальної площі тарілки (4).

22. Спосіб за п. 21, у якому тарілки (4) на різних висотах уздовж осі (X) мають різні сукупні площі перших отворів (25А) і других отворів (25В) і тому різні загальні прохідні перерізи для газоподібної фази й рідинної фази; і в якому сукупна площа перших отворів (25А) скорочується уверх від однієї тарілки (4) до ще однієї тарілки, і сукупна площа других отворів (25В) зростає уверх від однієї тарілки (4) до ще однієї тарілки.

23. Спосіб за одним із пп. 16-22, у якому, після протікання в указані перші чашоподібні елементи (11), газоподібна фаза й рідинна фаза протікають уверх у другі чашоподібні елементи (11А), розміщені на одній лінії й поєднані з відповідними першими чашоподібними елементами (11); причому вказані другі чашоподібні елементи (11А) мають відповідні верхні кінці (31), закриті торцевими стінками (34) без отворів, і мають треті наскрізні отвори (25С), розташовані по суті поперечно відносно осі (А) і розміщені вище базової пластини (10) таким чином, що вказані фази витікають із других чашоподібних елементів (11А) виключно в напрямку, поперечному відносно осі (А).

Текст

Реферат: Тарілка (4) реактора для отримання сечовини, яка має базову пластину (10) і множину порожнистих чашоподібних елементів (11, 11А), які виступають вертикально з базової пластини (10) уздовж відповідної, по суті, паралельної осі (А), перпендикулярної до базової пластини (10), і мають відповідні, по суті, увігнуті внутрішні порожнини (17, 37), які сполучаються з відповідними отворами (15), сформованими в базовій пластині (10); причому тарілка (4) має множину перших чашоподібних елементів (11), кожний із яких є протяжним аксіально між відкритим верхнім кінцем (21), який має отвір (15), і закритим нижнім кінцем (22), і має бічну стінку (23) із наскрізними циркуляційними отворами (25), розташованими по суті поперечно відносно осі (А), і донну стінку (24), яка закриває закритий нижній кінець (22) і не має отворів. UA 113180 C2 (12) UA 113180 C2 UA 113180 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ГАЛУЗЬ ТЕХНІКИ, ДО ЯКОЇ НАЛЕЖИТЬ ВИНАХІД Даний винахід стосується тарілки реактора для отримання сечовини, реактора й способу отримання сечовини. РІВЕНЬ ТЕХНІКИ Як відомо, сечовину отримують у промисловому масштабі з використанням способів, у яких діоксид вуглецю реагує з аміаком з утворенням карбамату амонію, який розкладається на сечовину й воду. Тому типовий реактор містить газоподібну фазу й рідинну фазу, які протікають у прямоточному режимі всередині реакційної камери, що знаходиться під тиском. Перетворення аміаку й діоксиду вуглецю в карбамат амонію й у кінцевому результаті в сечовину інтенсифікують, тобто для підвищення виходу сечовини, із використанням тарілчастих реакторів. Тарілчасті реактори для отримання сечовини здебільшого включають, як правило, циліндричний корпус, який проходить, по суті, уздовж вертикальної осі й оснащений всередині елементами, тобто тарілками, сформованими з відповідних металевих секцій, яким надана форма і/або які перфоровані для підрозділу реакційної камери на відсіки й утворення конкретних шляхів для руху речовин всередині реактора. Тарілки, як правило, розташовані перпендикулярно до вертикальної осі реактора й розміщені на рівних відстанях одна від одної вздовж осі по всій висоті реактора. Тарілки дуже часто є перфорованими, тобто мають отвори, по-різному розміщені й, можливо, різні за формами і/або розмірами. Тарілки переважно призначені для вставляння через горловину, яку зазвичай мають реактори, так що вони також можуть бути введені в існуючі реактори і/або видалені й замінені. Із цієї причини тарілки, як правило, виготовляють із декількох деталей, які пригнані одна до одної. Тарілки мають різноманітне призначення, зокрема: - для максимізації часу утримання легкої (швидшої) фази; - для, якщо можливо, однорідного розподілу реактантів уздовж секції реактора, щоб запобігати "протитечійному змішуванню"; - для інтенсифікації змішування газоподібної й рідинної фаз; і - для скорочення "розміру бульбашок", щоб посилити дифузію аміаку в діоксид вуглецю. Відомі різноманітні конструкції й конфігурації тарілок реакторів для отримання сечовини. Реактори для отримання сечовини з перфорованими тарілками описані, наприклад, у патентних документах ΕΡ 495418, ЕР 781164, US 6444180 і US 6165315. Інші конструкції тарілок для інших варіантів застосування описані в патентних документах US 3070360 і US 3222040. Відомі конфігурації - зокрема ті, які у вищезгаданих документах спеціально призначені для отримання сечовини, - дійсно забезпечують підвищений вихід завдяки скороченню протитечійного змішування й втрат навантаження, забезпеченню по суті однорідного розподілу легкої (газоподібної) і важкої (рідинної) фаз утворенням переважних шляхів для кожної з двох фаз і забезпеченню можливості неінтрузивного (безударного) змішування між однією тарілкою й іншою тарілкою. Однак відомі технічні рішення все ще залишають можливості для удосконалення. Загалом кажучи, відомі технічні рішення неспроможні забезпечити ретельне змішування легкої й важкої фаз (причому обидві складаються із суперкритичних текучих середовищ), які, внаслідок різниці в густині, виявляють тенденцію до протікання окремими переважними шляхами, що визначаються конструкцією й розташуванням тарілок і, зокрема, формою, місцеположенням і розміром отворів у тарілках. Цей недолік також погіршує кінцевий ступінь конверсії реактантів, тим самим знижуючи вихід сечовини. СУТЬ ВИНАХОДУ Тому задача даного винаходу полягає в утворенні тарілки реактора для отримання сечовини, реактора й способу отримання сечовини, які призначені для усунення вищезгаданих недоліків відомого прототипу і які, зокрема, забезпечують ретельне змішування газоподібної й рідинної фаз і високий вихід сечовини. Тому даний винахід стосується тарілки реактора для отримання сечовини, по суті, як визначеної в пункті 1 патентної формули. Даний винахід також стосується реактора для отримання сечовини й способу отримання сечовини, по суті, як визначених у пунктах 16 і 19 патентних формули, відповідно. Додаткові переважні характеристики винаходу вказані в залежних пунктах патентної формули. 1 UA 113180 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Геометрична форма тарілки реактора згідно з даним винаходом забезпечує ретельне змішування газоподібної й рідинної фаз у реакторі для отримання сечовини й у способі отримання сечовини, і тим самим значно підвищує вихід сечовини. Тарілка реактора згідно з даним винаходом і реактор загалом також є найбільш простими у виготовленні й монтажі. КОРОТКИЙ ОПИС КРЕСЛЕНЬ Необмежуючий варіант здійснення даного винаходу буде описаний як приклад із залученням супровідних креслень, у яких: фіг. 1 показує часткове схематичне зображення реактора для отримання сечовини згідно з першим варіантом здійснення винаходу; фіг. 2 показує збільшене зображення деталі реактора згідно з фіг. 1; фіг. З показує вигляд зверху деталі з фіг. 2; фіг. 4 і 5 схематично показують вигляди зверху двох тарілок, застосовних у реакторі згідно з фіг. 1; фіг. 6 показує часткове схематичне зображення реактора для отримання сечовини згідно з другим варіантом здійснення винаходу; фіг. 7 показує збільшене зображення деталі реактора згідно з фіг. 6. НАЙКРАЩИЙ ВАРІАНТ ЗДІЙСНЕННЯ ВИНАХОДУ Фіг. 1 показує внутрішню частину реактора 1 для отримання сечовини, зокрема, тарілчастого реактора. Реактор 1 включає корпус 2, який проходить по суті вздовж вертикальної осі X і визначає реакційну камеру 3 всередині реактора 1; і множину тарілок 4 (у фіг. 1 показана тільки одна), розміщених всередині корпусу 2. Заради простоти, інші відомі складові деталі реактора 1, які не стосуються даного винаходу, такі, як системи завантаження реактантів і виведення продукту, системи нагрівання й утворення тиску тощо, не показані. Корпус 2 має бічну, наприклад, по суті циліндричну, стінку 5; і дві кінцеві ділянки (не показані) на відповідних протилежних осьових кінцях бічної стінки 5. Тарілки 4 змонтовані на бічній стінці 5, наприклад, за допомогою кронштейнів 6 або інших опор. Хоча фіг. 1 показує тільки одну тарілку 4, реактор 1 вміщує в собі множину тарілок 4, по суті перпендикулярних до осі X і розміщених вздовж неї для підрозділу реакційної камери 3 на відсіки 7 і формування шляхів руху речовин всередині реакційної камери 3. Кожна тарілка 4 переважно, хоча не обов'язково, включає множину знімних модульних секцій 8, поєднаних одна з одною відповідними кріпильними деталями 9. Із залученням також фіг. 2 і 3, кожна тарілка 4 включає базову пластину 10, наприклад, у формі круглого диску, і множину чашоподібних елементів 11, які виступають униз із базової пластини 10. Конкретніше, базова пластина 10 має верхній бік 13 і нижній бік 14, протилежні один одному, і які, наприклад, є по суті плоскими й паралельними. Верхній бік 13 має множину отворів 15, обмежених відповідними кромками 16, переважно урівень із верхнім боком 13. Чашоподібні елементи 11 виступають униз із нижнього боку 14 базової пластини 10. Кожний чашоподібний елемент 11 є порожнистим, таким, що проходить вертикально вздовж осі А, по суті, паралельної до осі X, визначає по суті увігнуту внутрішню порожнину 17, яка сполучається з відповідним отвором 15 і протяжною аксіально між відкритим верхнім кінцем 21 з отвором 15 і закритим нижнім кінцем 22. Конкретніше, кожний чашоподібний елемент 11 включає бічну стінку 23 і донну стінку 24. У необмежуючому прикладі згідно з фіг. 1-3, хоча й необов'язково, чашоподібний елемент 11 є по суті циліндричним: бічна стінка 23 є по суті циліндричною й протяжною навколо осі А, і донна стінка 24 є по суті круглою й перпендикулярною до осі А. Однак чашоподібні елементи 11 можуть мати форму, відмінну від описаної й ілюстрованої як приклад форми. Конкретніше, вони можуть мати бічні стінки 23, похилі відносно осі А, і/або інші, аніж кругоподібні поперечні перерізи (перпендикулярно до осі А). В інших непоказаних варіантах виконання чашоподібні елементи 11 можуть мати форму по суті усіченого конуса, бути призматичними, мати форму усіченої піраміди тощо і/або мати поперечні перерізи з різними контурами, наприклад, по суті круглі або багатокутні, й або постійні, або змінні вздовж осі А. На відмінну від центральносиметричної форми, як у показаному прикладі, чашоподібні елементи 11 можуть бути навіть подовженими в подовжньому напрямку вздовж горизонтальної осі (перпендикулярно до осі А). Наприклад, вони можуть мати форму в горизонтальній проекції, 2 UA 113180 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 яка є по суті прямокутною або овальною, або в основному подовженою; і бічні стінки 23 можуть бути по суті паралельними до осі А або по-різному похилими відносно осі А для визначення, наприклад, множини паралельних або по-різному розташованих виступів під нижнім боком 14 базової пластини 10. Однак, загалом кажучи, кожний чашоподібний елемент 11 має відкритий верхній кінець 21 з отвором 15; і нижній кінець 22, закритий донною стінкою 24, по суті без отворів, як роз'яснюється нижче. Положення чашоподібних елементів 11 і, конкретніше, відкритого кінця 21 і закритого кінця 22 визначається напрямком нормальної течії технологічних текучих середовищ всередині реакційної камери 3. Як і в більшості реакторів для отримання сечовини з аміаку й діоксиду вуглецю, технологічні текучі середовища, які циркулюють у реакторі 1, по суті включають газоподібну, або так звану легку, фазу й рідинну, або так звану важку, фазу. Обидві фази протікають головним чином угору. Тому по суті в осьовому напрямку (паралельному до осей А й X), головним чином відповідному напрямку течії технологічних текучих середовищ всередині реакційної камери 3, закритий кінець 22 кожного чашоподібного елемента 11 передує відкритому кінцю 21. Незалежно від своєї форми бічна стінка 23 має наскрізні циркуляційні отвори 25, призначені для забезпечення можливості переважного наскрізного протікання рідинної і/або газоподібної фази. Тому кожний чашоподібний елемент 11 має циркуляційні отвори 25, по суті розташовані поперечно відносно осі А, і які в показаному прикладі розміщені по суті радіально відносно осі А. Кожний чашоподібний елемент 11 має отвори 25 із різними розмірами й, конкретніше, має менші отвори 25А для наскрізного протікання газоподібної (легкої) фази у верхній ділянці 26 ближче до відкритого верхнього кінця 21; і більші отвори 25В для наскрізного протікання рідинної (важкої) фази в нижній ділянці 27 поблизу закритого нижнього кінця 22. Отвори 25 можуть мати будь-яку форму, не обов'язково круглу. Наприклад, вони можуть бути круглими, багатокутними, овальними, по суті прямокутними, у формі пазів або щілин тощо. У прикладі згідно з фіг. 2 (яка показує докладніший вигляд отворів 25, ніж схематично в фіг. 1) отвори 25 є круглими, і чашоподібний елемент 11 включає першу групу отворів 25А з діаметром D1 у верхній ділянці 26 і другу групу отворів 25В з діаметром D2, більшим, ніж діаметр D1, у нижній ділянці 27. Отвори 25 в обох групах переважно розміщені на однакових відстанях один від одного на бічній стінці 23 і розташовані, наприклад, декількома послідовними рядами, рівновіддаленими один від одного в осьовому напрямку. Отвори 25 в сусідніх рядах можуть бути вирівняні за однією лінією (як показано на прикладі більших отворів 25В) або зміщені в шаховому порядку (як показано на прикладі дрібніших отворів 25А). Як приклад, отвори 25А у першій групі (дрібніші) мають діаметр D1 приблизно 2-20 мм і переважно близько 2-4 мм; і отвори 25А у верхньому ряду в групі (тобто в ряду, найближчому до відкритого верхнього кінця 21 чашоподібного елемента 11 і лицьової поверхні 14 базової пластини 10) розміщені на відстані приблизно 1 мм або більше і переважно близько 15-30 мм від нижнього боку 14 базової пластини 10. Вищезгадані розміри є суто показовими і, у разі інших, аніж круглі отвори 25, можуть мати причетність, на відміну від діаметра отворів, до еквівалентного, або гідравлічного, діаметру, тобто діаметру, який мав би круглий переріз із такою самою площею. Отвори 25А в першій групі необов'язково нахилені відносно бічної стінки 23 і, конкретніше, приблизно на 30° всередину й переважно вниз відносно перпендикуляра до бічної стінки 23. Цей нахил жодним чином не є обов'язковим, і отвори 25А можуть бути навіть нахилені уверх відносно перпендикуляра до бічної стінки 23. Нахил отворів 25А також залежить від товщини бічної стінки 23 і є забезпеченням того, щоб по суті і переважно тільки газоподібна фаза протікала через отвори 25А, і для ретельного змішування фаз всередині чашоподібного елемента 11. Отвори 25В у другій групі (більші) мають діаметр D2 приблизно 4-30 мм і переважно близько 4-8 мм; й ряд отворів 25В, найближчий до нижнього кінця 22, розміщений на відстані від 0 мм або більше від донної стінки 24 для забезпечення наскрізного протікання рідинної фази. Відстань від базової пластини 10 до верхнього ряду отворів 25А для газоподібної фази (тобто, ряду, найближчого до нижнього боку 14 базової пластини 10) є важливою для забезпечення рівномірного розподілу газоподібної фази під тарілкою 4, тобто під нижнім боком 14 базової пластини 10, внаслідок формування "шапки" з однорідної газоподібної фази. Іншими словами, у кожному відсіку 7 як газоподібна, так і рідинна фази технологічних текучих середовищ протікають угору по суті в осьовому напрямку (паралельно до осі X), і 3 UA 113180 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 газоподібна (легка) фаза накопичується впритул до нижнього боку 14 тарілки 4 з утворенням головної частини, однакової за висотою відстані між нижнім боком 14 базової пластини 10 і верхнім рядом отворів 25А. Тому через отвори 25А головним чином протікає газоподібна фаза по суті в радіальному напрямку відносно осі А чашоподібних елементів 11 або за будь-якої швидкості по суті упоперек вертикальної осі X реактора 1. Коли головна частина досягає достатньої величини, важча рідинна фаза також протікає через отвори 25В, розташовані нижче, ніж отвори 25А, у напрямку, в основному поперечному відносно вертикальної осі X реактора 1; і як рідинна, так і газоподібна фази протікають угору уздовж порожнини 17, де вони локально змішуються і течуть через отвір 15 в наступний відсік 7. Тим самим, внаслідок геометричної форми згідно з даним винаходом, технологічні текучі середовища змушені протікати примусовими шляхами, які визначаються отворами 25, радіально в кожний чашоподібний елемент 11, який тому діє як локальний змішувач для забезпечення ретельного перемішування двох фаз. У необмежуючих прикладах згідно з фіг. 4 і 5 чашоподібні елементи 11 (й отвори 15) розміщені на базовій пластині 10 у регулярному порядку, наприклад, на однакових відстанях один від одного у вигляді решітки. Конкретніше, чашоподібні елементи 11 віддалені один від одного на відстань L, що приблизно дорівнює 1,5D або більше й переважно від близько 2D до 5/2D (де D є діаметр чашоподібних елементів 11), щоб спростити виготовлення секцій 8. В інших непоказаних варіантах виконання чашоподібні елементи 11 розміщені на базовій пластині 10 в інших, навіть нерегулярних конфігураціях і/або з іншими відстанями між ними, аніж показані відстані. Як приклад, діаметр D чашоподібних елементів 11 становить приблизно 20 мм або більше й переважно близько 100-160 мм. Кількість чашоподібних елементів 11 переважно становить менше 36 на квадратний метр і переважніше варіює між 12 і 18 на квадратний метр, залежно від кількості отворів 25. Кількість отворів 25 у двох групах (тобто для двох фаз) вибирають згідно з кількістю чашоподібних елементів 11 на тарілці 4, яку, своєю чергою, вибирають відповідно до діаметра й місцеположення тарілки 4 всередині реактора 1. Загалом кажучи, геометричну форму тарілки 4 (зокрема, розмір і кількість отворів 25, і кількість чашоподібних елементів 11) вибирають таким чином, щоб загальний прохідний переріз газоподібної фази (тобто сукупна площа отворів 25А) становив приблизно 0-20 % і переважно близько 0-4 % від загальної площі тарілки 4, і загальний прохідний переріз рідинної фази (тобто сукупна площа отворів 25В) становив приблизно 1-20 % і переважно близько 1-5 % загальної площі тарілки 4, знову ж, залежно від місцеположення тарілки 4 всередині реактора 1. Загалом кажучи, загальні прохідні перерізи газоподібної й рідинної фаз (тобто сукупні площі отворів 25А й 25В) варіюють залежно від місцеположення тарілки 4 всередині реактора 1: тарілки 4 на різних висотах всередині реактора 1 можуть мати і переважно мають різні загальні прохідні перерізи газоподібної й рідинної фаз. Конкретніше, в міру переходу вгору від однієї тарілки 4 до наступної загальний прохідний переріз газоподібної фази скорочується (навіть зводиться практично до нуля на верхній тарілці 4), тоді, як загальний прохідний переріз рідинної фази зростає або залишається по суті постійним. Щоб уникнути утворення переважних шляхів для двох фаз, у поверхні тарілки 4 (тобто базової пластини 10) або в донних стінках 24 чашоподібних елементів 11 відсутні циркуляційні отвори, тобто ті, що дозволяють текучому середовищу безпосередньо перетікати з одного відсіку 7 у ще один. Поверхня тарілки 4 і/або донних стінок 24 чашоподібних елементів 11 може мати протизастійні отвори 28 для запобігання утворенню застійних газових кишень, які можуть призводити до корозії. Протизастійні отвори 28 (тільки деякі з них схематично показані у фіг. 1) є меншими в діаметрі, ніж обидва із діаметрів D1 і D2 отворів 25 для протікання газоподібної й рідинної фаз, і переважно близько 2-3 мм у діаметрі, і також є в меншій кількості, аніж отвори 25, приблизно щонайменше на один порядок величини, знову ж, щоб уникнути утворення переважних шляхів течії. Тому донна стінка 24 по суті не має отворів у тому розумінні, що не містить циркуляційних отворів 25 (через які переважно циркулюють технологічні текучі середовища) і має тільки необов'язкові протизастійні отвори 28. Термін "протизастійний отвір" передбачається таким, що означає отвір, який, за розміром і/або місцеположенням, не утворює переважного шляху для протікання рідинної або газоподібної фази, порівняно з циркуляційними отворами. Для виконання способу отримання сечовини згідно з даним винаходом реакцію між аміаком і діоксидом вуглецю проводять всередині реактора 1 у належних умовах тиску й температури. Конкретніше, рідинна фаза, яка містить аміак, і газоподібна фаза, яка містить діоксид вуглецю, 4 UA 113180 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 циркулюють угору у одному й тому самому напрямку всередині реакційної камери 3 і через наступні відсіки 7, розділені тарілками 4. Як було вказано, у кожному відсіку 7 як рідинна, так і газоподібна фази протікають угору по суті в осьовому напрямку (паралельно до осі X) і накопичуються поблизу нижнього боку 14 тарілки 4; газоподібна фаза протікає в порожнині 17 чашоподібних елементів 11 головним чином через отвори 25А, і рідинна фаза надходить у порожнини 17 головним чином через отвори 25В; і дві фази змішуються локально всередині порожнин 17 і витікають у наступний відсік 7. У показаному у фіг. 6 і 7 варіанті виконання, у якому будь-які деталі, подібні або ідентичні вже описаним, позначені з використанням тих самих кодових номерів позицій, кожна тарілка 4 включає базову пластину 10; множину нижніх перших чашоподібних елементів 11, як описаних із залученням фіг. 1-3, і які виступають вертикально вниз із базової пластини 10 (тобто від нижнього боку 14 базової пластини 10); і множину верхніх других чашоподібних елементів НА, які виступають уверх від базової пластини 10 (тобто з верхнього боку 13 базової пластини 10) і розміщені на одній лінії суміщеними з відповідними першими чашоподібними елементами 11. Чашоподібні елементи НА також є порожнистими й протяжними вертикально вздовж відповідної осі А, по суті паралельно до осі X. Конкретніше, кожний чашоподібний елемент ПА є протяжним уздовж осі А між закритим верхнім кінцем 31, розташованим над базовою пластиною 10, і відкритим нижнім кінцем 32, який сполучається з отвором 15, і включає бічну стінку 33, яка проходить навколо осі А й має наскрізні циркуляційні отвори 25С, розташовані по суті поперечно відносно осі А й розміщені вище базової пластини 10; і верхню торцеву стінку 34, по суті перпендикулярну до осі А, і таку, яка закриває закритий верхній кінець 31 і по суті не має отворів, тобто без циркуляційних отворів. Іншими словами, із базової пластини 10 виступають пари протилежних чашоподібних елементів 11, ПА, встановлених один на одного вертикально вздовж осі А; і кожний нижній чашоподібний елемент 11 і відповідний суміщений із ним верхній чашоподібний елемент ПА визначають відповідні частини 35 - такі, які виступають нижче й вище базової пластини 10, відповідно - трубчастого корпусу 36, пропущеного крізь один із отворів 15 у базовій пластині 10. Кожний чашоподібний елемент 11А має по суті увігнуту внутрішню порожнину 37, яка сполучається з отвором 15 і з однією порожниною 17 чашоподібного елемента 11 під ним. Отвори 25С у бічній стінці 33 кожного верхнього чашоподібного елемента 11А, наприклад, подібні або ідентичні за формою й розташуванням до циркуляційних отворів 25В, переважно призначених для рідинної фази у відповідному нижньому чашоподібному елементі 11. Конкретніше, отвори 25С кожного верхнього чашоподібного елемента НА мають сукупну площу (яка визначає загальний прохідний переріз для обох фаз через чашоподібний елемент НА), по суті таку, що дорівнює сукупній площі отворів 25В відповідного нижнього чашоподібного елемента 11. Наприклад, розмір отворів 25С і кількість отворів 25С і чашоподібних елементів 11А вибирають таким чином, щоб загальний прохідний переріз для обох фаз (тобто сукупна площа отворів 25С) становив приблизно 1-20 % і переважно близько 1-5 % загальної площі тарілки 4, залежно від місцеположення тарілки 4 всередині реактора 1. У цьому варіанті також реакція між аміаком і діоксидом вуглецю проходить усередині реактора 1 за належних умов тиску й температури. Конкретніше, рідинна фаза, яка містить аміак, і газоподібна фаза, яка містить діоксид вуглецю, циркулюють угору в одному й тому самому напрямку всередині реакційної камери З і через наступний відсік 7, розділені тарілками 4. Як було вказано, у кожному відсіку 7 як рідинна, так і газоподібна фази протікають угору по суті в осьовому напрямку (паралельно до осі X) і накопичуються під нижнім боком 14 кожної тарілки 4; газоподібна фаза протікає в порожнині 17 чашоподібних елементів 11 головним чином через отвори 25А, і рідинна фаза надходить у порожнини 17 головним чином через отвори 25В; і дві фази локально змішуються всередині порожнин 17. Обидві фази протікають угору по суті в осьовому (вертикальному) напрямку всередині чашоподібних елементів 11 і надходять у чашоподібні елементи ПА, розташовані на одній лінії й поєднані з відповідними чашоподібними елементами 11, і витікають із чашоподібних елементів ПА через отвори 25С, тобто виключно упоперек осі А, і входять у наступний відсік 7. У цьому варіанті також відсутні циркуляційні отвори, тобто такі, що дозволяють безпосередньо перетікати з одного відсіку 7 у ще один відсік, у поверхні тарілки 4 (тобто базовій пластині 10) або в торцевих стінках 24, 34 чашоподібних елементів 11, ПА, щоб уникнути утворення переважних шляхів для газоподібної і/або рідинної фази. 5 UA 113180 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Поверхні тарілки 4 і/або донних стінок 24 і/або стінок 34 необов'язково мають протизастійні отвори 28, як було описано вище. Додаткові характеристики, згадані вище з посиланням на фіг. 1-5 і такі, які мають відношення, наприклад, до розміру й розташування циркуляційних отворів і чашоподібних елементів, також застосовні до варіанту згідно з фіг. 6 і 7. Зрозуміло, можуть бути внесені зміни щодо реакторної тарілки, реактора й способу, як тут описаних і ілюстрованих, однак, без виходу за межі ділянки пунктів патентної формули, яка додається. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Тарілка (4) реактора для отримання сечовини, яка містить щонайменше одну базову пластину (10) і множину порожнистих чашоподібних елементів (11, 11А), які виступають вертикально з базової пластини (10) уздовж відповідної по суті паралельної осі (А), перпендикулярної до базової пластини (10), і мають відповідні по суті увігнуті внутрішні порожнини (17, 37), що сполучаються з відповідними отворами (15), сформованими в базовій пластині (10); причому тарілка (4) містить множину перших чашоподібних елементів (11), які виступають униз від нижнього боку (14) базової пластини (10), і кожний з яких проходить аксіально між відкритим верхнім кінцем (21), що має отвір (15), і закритим нижнім кінцем (22); причому кожний перший чашоподібний елемент (11) містить бічну стінку (23) із наскрізними циркуляційними отворами (25), розташованими по суті поперечно відносно осі (А) і призначеними для переважної наскрізної течії газоподібної фази і/або рідинної фази; і донну стінку (24), яка закриває закритий нижній кінець (22) і не має циркуляційних отворів, яка відрізняється тим, що бічна стінка (23) кожного першого чашоподібного елемента (11) має перші циркуляційні отвори (25А) переважно для наскрізного протікання газоподібної фази й другі циркуляційні отвори (25В) переважно для наскрізного протікання рідинної фази, всі по суті поперечно відносно осі (А); причому перші отвори (25А) розміщені ближче до відкритого верхнього кінця (21), ніж другі отвори (25В), і причому перші отвори (25А) є меншими, ніж другі отвори (25В). 2. Тарілка реактора за п. 1, у якій перші отвори (25А) розміщені у верхній ділянці (26) чашоподібного елемента (11), ближче до відкритого верхнього кінця (21); і другі отвори (25В) розміщені в нижній ділянці (27) чашоподібного елемента (11), поблизу закритого нижнього кінця (22). 3. Тарілка реактора за п. 1 або 2, у якій перші отвори (25А) мають діаметр (D1) приблизно 2-20 мм і переважно близько 2-4 мм; і другі отвори (25В) мають діаметр (D2) приблизно 4-30 мм і переважно близько 4-8 мм. 4. Тарілка реактора за одним із попередніх пунктів, у якій перші отвори (25А) розміщені в один або більше послідовних в осьовому напрямку рядів; і ряд, найближчий до відкритого верхнього кінця (21), розміщений на відстані приблизно 1 мм або більше й переважно близько 15-20 мм від нижнього боку (14) базової пластини (10). 5. Тарілка реактора за одним із попередніх пунктів, у якій перші отвори (25А) нахилені відносно бічної стінки (23). 6. Тарілка реактора за одним із попередніх пунктів, у якій другі отвори (25В) розміщені в один або більше послідовних в осьовому напрямку рядів; і ряд, найближчий до закритого нижнього кінця (22), розміщений на відстані 0 мм або більше від донної стінки (24). 7. Тарілка реактора за одним із попередніх пунктів, у якій розмір і кількість перших і других отворів (25А, 25В) і кількість перших чашоподібних елементів (11) є такими, що сукупна площа перших отворів (25А) знаходиться між приблизно 0 і 20 % і переважно між приблизно 0 і 4 % загальної площі тарілки (4), і сукупна площа других отворів (25В) знаходиться між приблизно 1 і 20 % і переважно між приблизно 1 і 5 % загальної площі тарілки (4). 8. Тарілка реактора за одним із попередніх пунктів, яка включає множину других чашоподібних елементів (11А), які вирівняні і суміщені із відповідними першими чашоподібними елементами (11) і виступають уверх із базової пластини (10) між відповідними закритими верхніми кінцями (31) над базовою пластиною (10) і відповідними відкритими нижніми кінцями (32), що сполучаються з відповідними отворами (15); причому кожен із других чашоподібних елементів (11А) включає бічну стінку (33) із третіми наскрізними циркуляційними отворами (25С), розташованими по суті поперечно відносно осі (А) і розміщеними над базовою пластиною (10); і верхню торцеву стінку (34), яка по суті перпендикулярна до осі (А) і закриває закритий верхній кінець (31) і не має циркуляційних отворів. 6 UA 113180 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 9. Тарілка реактора за п. 8, у якій кожний перший чашоподібний елемент (11) і відповідний суміщений з ним другий чашоподібний елемент (11А) визначають відповідні частини (35), які виступають нижче й вище базової пластини (10), відповідно, трубчастого корпусу (36), пропущеного через один з отворів (15) у базовій пластині (10). 10. Тарілка реактора за п. 8 або 9, у якій треті отвори (25С) у бічній стінці (33) кожного другого чашоподібного елемента (11А) подібні або ідентичні за формою й розташуванням до других отворів (25В) для наскрізного протікання переважно рідинної фази в перших чашоподібних елементах (11). 11. Тарілка реактора за одним із попередніх пунктів, у якій чашоподібні елементи (11, 11А) є по суті циліндричними. 12. Тарілка реактора за одним із попередніх пунктів, у якій перші й другі чашоподібні елементи (11, 11А) розміщені на базовій пластині (10) у конфігурації решітки, із відстанню між ними, що варіює між приблизно 2D і 5/2D, де D - діаметр перших і других чашоподібних елементів (11, 11А). 13. Реактор (1) для отримання сечовини, який включає корпус (2), що проходить по суті вздовж вертикальної осі (X) і визначає реакційну камеру (3); і множину тарілок (4) реактора, розміщених у взаємному просторовому розташуванні всередині корпусу (2); який відрізняється тим, що тарілки (4) є такими, як за одним із попередніх пунктів. 14. Реактор за п. 13, у якому кожна тарілка (4) позиціонована з базовою пластиною (10) по суті перпендикулярно до осі (X) і так, що кожний перший чашоподібний елемент (11) виступає вниз із базової пластини (10), із закритим нижнім кінцем (22), що передує відкритому верхньому кінцю (21) у вертикальному осьовому напрямку уверх, по суті відповідному напрямку нормального протікання технологічних текучих середовищ всередині реакційної камери (3). 15. Реактор за п. 13 або 14, у якому тарілки (4) на різних висотах уздовж осі (X) мають відповідні перші отвори (25А) і другі отвори (25В) переважно для наскрізного протікання газоподібної фази й рідинної фази, відповідно, сукупні площі яких, які визначають відповідні загальні прохідні перерізи для газоподібної фази й рідинної фази, є різними згідно з місцеположенням тарілки (4) всередині реактора (1); і в якому сукупна площа перших отворів (25А) скорочується уверх від однієї тарілки (4) до ще однієї тарілки, і сукупна площа других отворів (25В) зростає вгору від однієї тарілки (4) до ще однієї тарілки. 16. Спосіб отримання сечовини, що включає стадію, на якій: проводять реакцію між аміаком і діоксидом вуглецю всередині реактора (1) за рахунок подачі рідинної фази, яка містить аміак, й газоподібної фази, яка містить діоксид вуглецю, в одному й тому самому верхньому напрямку всередині реактора й через відсіки (7), розділені тарілками (4); причому газоподібна фаза й рідинна фаза перетікають з одного відсіку (7) у наступний відсік через поперечні отвори (25), сформовані крізь бічні стінки (23) множини порожнистих перших чашоподібних елементів (11), які виступають униз з кожної тарілки (4) уздовж відповідної осі (А), і між відповідними відкритими верхніми кінцями (21) і відповідними закритими нижніми кінцями (22); причому вказані перші чашоподібні елементи (11) мають відповідні нижні кінці (22), закриті донними стінками (24) без отворів таким чином, що вказані фази протікають через вказані поперечні отвори (25) у кожний перший чашоподібний елемент (11) виключно в напрямку, поперечному відносно осі (А), який відрізняється тим, що включає стадії, на яких: подають газоподібну фазу переважно через перші отвори (25А), сформовані крізь бічні стінки (23) перших чашоподібних елементів (11); подають рідинну фазу переважно через другі отвори (25В), також сформовані крізь бічні стінки (23) перших чашоподібних елементів (11) і розміщені нижче, ніж перші отвори (25А), через бічні стінки (23); причому перші отвори (25А) є меншими, ніж другі отвори (25В). 17. Спосіб за п. 16, у якому перші отвори (25А) мають діаметр (D1) приблизно 2-20 мм і переважно близько 2-4 мм; і другі отвори (25В) мають діаметр (D2) приблизно 4-30 мм і переважно близько 4-8 мм. 18. Спосіб за п. 16 або 17, у якому перші отвори (25А) розміщені в один або більше послідовних у осьовому напрямку рядів; і ряд, найближчий до відкритого верхнього кінця (21), розташований на відстані приблизно 1 мм або більше й переважно близько 15-20 мм від нижнього боку (14) базової пластини (10). 19. Спосіб за одним із пп. 16-18, у якому перші отвори (25А) нахилені відносно бічної стінки (23). 20. Спосіб за одним із пп. 16-19, у якому другі отвори (25В) розміщені в один або більше послідовних в осьовому напрямку рядів; і ряд, найближчий до закритого нижнього кінця (22), розташований на відстані 0 мм або більше від донної стінки (24). 21. Спосіб за одним із пп. 16-20, у якому розмір і кількість перших і других отворів (25А, 25В) і кількість перших чашоподібних елементів (11) є такими, що сукупна площа перших отворів (25А) 7 UA 113180 C2 5 10 15 варіює між приблизно 0 і 20 % і переважно між приблизно 0 і 4 % загальної площі тарілки (4), і сукупна площа других отворів (25В) варіює між приблизно 1 і 20 % і переважно між приблизно 1 і 5 % загальної площі тарілки (4). 22. Спосіб за п. 21, у якому тарілки (4) на різних висотах уздовж осі (X) мають різні сукупні площі перших отворів (25А) і других отворів (25В) і тому різні загальні прохідні перерізи для газоподібної фази й рідинної фази; і в якому сукупна площа перших отворів (25А) скорочується уверх від однієї тарілки (4) до ще однієї тарілки, і сукупна площа других отворів (25В) зростає уверх від однієї тарілки (4) до ще однієї тарілки. 23. Спосіб за одним із пп. 16-22, у якому, після протікання в указані перші чашоподібні елементи (11), газоподібна фаза й рідинна фаза протікають уверх у другі чашоподібні елементи (11А), розміщені на одній лінії й поєднані з відповідними першими чашоподібними елементами (11); причому вказані другі чашоподібні елементи (11А) мають відповідні верхні кінці (31), закриті торцевими стінками (34) без отворів, і мають треті наскрізні отвори (25С), розташовані по суті поперечно відносно осі (А) і розміщені вище базової пластини (10) таким чином, що вказані фази витікають із других чашоподібних елементів (11А) виключно в напрямку, поперечному відносно осі (А). 8 UA 113180 C2 9 UA 113180 C2 10 UA 113180 C2 Комп’ютерна верстка Т. Вахричева Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Urea reactor thay, reactor, and production process

Автори англійською

Avagliano, Ugo, Carlessi, Lino

Автори російською

Авальяно Уго, Карлесси Лино

МПК / Мітки

МПК: B01D 3/22, B01D 3/00

Мітки: спосіб, тарілка, реактор, реактора, отримання, сечовини

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/13-113180-tarilka-reaktora-dlya-otrimannya-sechovini-reaktor-i-sposib-otrimannya-sechovini.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Тарілка реактора для отримання сечовини, реактор і спосіб отримання сечовини</a>

Подібні патенти