(AR) جهاز لإدخال مائع في تيار عملية التشغيل
يتعلق هذا الاختراع الحالي بجهاز لإدخال مائع في تيار عملية، وبالأخص، ليس بطريقة شاملة ، يتعلق هذا الاختراع بجهاز لإدخال مائع في مفاعل اسيتات الفينيل vinyl acetate .
ويمكن إنتاج اسيتات الفينيل vinyl acetate بواسطة تفاعل حامض الخليك acetic acid ، الأكسجين oxygen والإثيلين ethylene في وجود عامل حفاز . ويمكن زيادة فاعلية الحفاز بواسطة استخدام منشط مثل اسيتات البوتاسيوم potassium acetate المائي . ومن المفضل ، أن يجري التفاعل في مفاعل ذي طبقة مهد سفلية ثابتة محتوية على العامل الحفاز . ويشحن تيار المواد المتفاعلة في العملية والمشتمل على بخار حامض الخليك acetic acid ، الإثيلين ethylene والأكسجين oxygen فى المواد خلال مدخل . ويتضمن المدخل على أنبوبة بها انثناء أو انحناء بزاوية تتراوح بين ٤٥ إلى 90 في اتجاه مضاد لاتجاه المفاعل . وحيث أن جزيئات المواد المتفاعلة تتدفق إلى ما بعد الانحناء في الأنبوبة ، فإنها تتزايد بكميات مختلفة . وهذا يعمل على تشويه توزيع السرعة الخاصة بجزيئات المواد المتفاعلة ، ونتيجة لذلك يصبح شكل أو بروفيل سرعة التيار غير متماثل .
ويدخل أيضا منشط الحفاز إلى المفاعل خلال الأنبوبة . ومن المناسب ، أن يتم ذلك باستعمال فوهة nozzle رش تركب على طرف ذراع ساند دعامي متين . ويوضع الذراع الدعامي في اتجاه الانحناء ، ويمتد عموديا في الأنبوبة من جدار الأنبوبة . ويدخل المنشط في الأنبوبة على شكل قطرات سائلة من الفوهة nozzle ، تلك التي تتبخر عندما يكون في الأنبوبة . ويحمل المنشط بواسطة تيار مواد التفاعل في المفاعل للتوزيع على مدى طبقة مهد الحفاز . وعلى أية حال ، نجد أنه بسبب الشكل المشوه لسرعة تيار مواد التفاعل ، فإن المنشط لا يترسب
بانتظام فوق العامل الحفاز . وتتفاقم المشكلة بواسطة الذراع الدعامي ، ذلك الذي عندما يشكل بزوايا قائمة
على اتجاه التدفق ، فإنه يزيد من تشويه شكل السرعة الخاصة بتيار مواد التفاعل . وقد تمكنا من القضاء على المشكلة عن طريق إعداد جهاز جديد لإدخال مائع في تيار العملية ٠
طبقا لهذا الاختراع ، يعد جهاز لإدخال مائع في تيار العملية ويتضمن هذا الجهاز على :
(أ) أنبوبة لإتمام تيار العملية ، وهذه الأنبوبة المذكورة لها انثناء أو انحناء . (ب) فوهة nozzle لإدخال المائع المذكور في تيار العملية المذكور في اتجاه الانحناء المذكور ويتميز بأن الأنبوبة المذكورة بها جهاز تصحيح التدفق في اتجاه الانحناء المذكور وتركب الفوهة nozzle المذكورة في نفس اتجاه. جهاز تصحيح التدفق إلى طرف ذراع دعامي يمتد في الأنبوبة المذكورة في اتجاه متوازي تماما على اتجاه الأنبوبة المذكورة في نفس اتجاه الانحناء المذكور .
يمكن أن يكون انحناء الأنبوبة له درجة 40 إلى 120 ويستحسن من حوالي 45 إلى 120 وفي تجسيم مفضل يكون لانحناء أو لمنحنى الأنبوبة زاوية قدرها 90 .
عند الاستعمال ، يشحن تيار العملية في الأنبوبة إلى ما بعد منحنى الأنبوبة . ويدخل المائع أيضا في الأنبوبة خلال الفوهة nozzle . ويدخل مائع الفوهة عند موقع في اتجاه الانحناء ، ويحمل على طول بواسطة تدفق تيار العملية . وتركب الفوهة على ذراع دعامي ساند يمتد في داخل الأنبوبة في اتجاه موازي تماما لاتجاه الأنبوبة في نفس اتجاه الانحناء . وعلى ذلك ، فإن الذراع الدعامي يسبب أدنى اضطراب أو تشويش في تدفق تيار العملية عندما يتدفق إلى ما بعد الانحناء . ومن المفضل ، أن يتخذ الذراع الدعامي شكل أنبوبة ، وهذا يقترن بشحنة إمداد مائع الفوهة .
ومن المستحسن لأن يكون مائع الفوهة عبارة عن سائل . وعندما يتدفق التيار إلى ما بعد الانحناء ، تتزايد عجلة الجزيئات بكميات مختلفة . وهذا يشوه من توزيع سرعة تيار الطريقة ، ونتيجة لذلك ، نجد أن الشكل الجانبي أو بروفيل سرعة التيار يكون غير متماثل بطريقة غير موحدة . ويمكن أيضا أن يسبب الانحناء في حركة دوامية (تدويم) تيار الطريقة . ويمكن التخلص من واحدة على الأقل من تلك العيوب بواسطة وضع جهاز (معدة) لتصحيح التدفق في أنبوبة هذا الاختراع .
في إحدى التجسيمات ، نجد أن جهاز تصحيح التدفق يتضمن على جسم به عديد من القنوات الطويلة . وعند الاستعمال ، يوضع الجسم في نفس اتجاه انحناء الأنبوبة ويتخذ شكل معين بحيث تكون القنوات متوازية تماما مع اتجاه (المحور الطولي) للأنبوبة . وحيث يتدفق تيار الطريقة خلال القنوات ، تقل أي دوامة في شكل التدفق . ويظل توزيع سرعة التيار غير متغير . في تجسيم مفضل لهذا الاختراع ، يشمل جهاز تصحيح التدفق على لوحة بها ثقوب . ويمكن أن تتخذ الثقوب شكل فتحات أو مسام تلك التي يستحسن أن توضع بانتظام بعيدا عن بعضها البعض. فمثلا يمكن أن تشتمل اللوحة على عديد من الفتحات التي لها أقطار من ٥ إلى 30 مم ويستحسن 8-12 مم . ويمكن وضع هذه الفتحات بعيدا عن بعضها بمقدار ٥ إلى 30 مم ويستحسن من 12 إلى 17 مم . وفي تجسيم مفضل ، يكون للوحة عديد من فتحات قطرها 10 مم متباعدة عن بعضها بمقدار 14,7 مم. وعند الاستعمال، نجد أن اللوحة تقلل من المساحة الحرة للتدفق خلال الأنبوبة بحيث أن تيار العملية المار خلال الثقوب تعمل على انخفاض في الضغط , ويمكن أن يكون الخفض في الضغط مكافئ لحوالي ٥ إلى 20 متوقفا من رؤوس السرعة متوقفا هذا على تدفق فتحة دخول الأنبوبة . وبسبب هذا الخفض في الضغط في زيادة الاضطراب وفيض مساوي قريب خلال فتحات اللوحة . ونتيجة لذلك ، تقل أو تزال التشوهات في شكل سرعة تيار العملية.
وتوضع الفوهة في اتجاه جهاز تصحيح التدفق . وبالتالي يحمل مائع الفوهة الداخل إلى الأنبوبة على طول الأنبوبة بواسطة تدفق تيار العملية الذي يصحح شكل تدفقه أما بواسطة التدويم و/أو عدم التجانس في بروفيل توزيع السرعة ٠
وعند استخدام لوحة بها ثقوب كجهاز تصحيح لتدفق ، يمكن أن تقترن الفوهة باللوحة . وفي إحدى التجسيمات ، تزود اللوحة التي بها ثقوب بفتحة . وعند الاستعمال تدخل الفوهة خلال الفتحة وتمسك في مكانها ، وذلك بواسطة وسيلة استبقاء مثلا . ويمكن لوسيلة الاستبقاء هذه أن تتخذ شكل جلبة دليلية تقترن باللوحة . ويمكن استعمال الجلبة الدليلية لضمان أن الفوهة توضع في نفس الموضع في كل وقت تستعمل فيه . ومن المفضل ، تعمل الجلبة الدليلية على ضمان أن طرف الفوهة تبرز من الجانب السفلي للوحة . وهذا يسمح بدخول مائع الفوهة إلى منطقة خلط مثلى من الأنبوبة .
ويمكن لهذا الاختراع أن يستخدم مدخل لمفاعل ذي طبقة مهد ثابتة ، فمثلا لاتصال تيار العملية ومائع الفوهة مع طبقة الحفاز السفلية الموضوعة فيه . وفي إحدى التجسيمات ، يقترن المدخل الحالي مع المفاعل ذي طبقة المهد الثابتة لإنتاج اسيتات فينيل vinyl acetate . في هذا التجسيم يشحن تيار العملية المشتمل على بخار حامض خليك acetic acid ، إثيلين ethylene وأكسجين oxygen إلى داخل المفاعل ، بينما يدخل المنشط ، كمخلوط اسيتات البوتاسيوم potassium acetate مثلا ، إلى المفاعل كمائع فوهة . ويمكن أن يتبخر المنشط عند دخوله الأنبوبة ويحمل بواسطة تدفق مواد التفاعل في المفاعل لكي يوضع فوق طبقة الحفاز المهد ، ولقد وجد أن المائع يترسب بانتظام تام فوق طبقة الحفاز على شكل بخار أكثر منه سائل. وعليه نجد في تجسيم مفضل ، تضبط المسافة بين الفوهة وطبقة الحفاز لزيادة زمن أقامة مائع الفوهة إلى أقصى حد في المدخل . وهذا يضمن أن نسبة كبيرة نسبيا من مائع الفوهة تتبخر قبل الدخول إلى المفاعل .
ويمكن أيضا أن يتضمن هذا الاختراع على موزع على شكل لوحة مثلا . ويستحسن أن تكون اللوحة دائرية ، وعند وضعها فوق جزء طبقة الحفاز تعطى سطح شديد الانحدار ، الذي يكون عموديا تماما على اتجاه الأنبوبة بنفس الاتجاه الانحناء . وتعمل اللوحة على إزالة بعض الضغط الديناميكي لمخلوط التيار الآتي/ مائع الفوهة خلال دوامات اضطرابية وتنشيط الخلط لمخلوط تيار العملية / مائع الفوهة بواسطة إيجاد إعادة دورة قي خلال المكان العلوي للمفاعل . وهذا يضمن أن مائع الفوهة ينتشر بدقة في مائع العملية ويمكن أن يوضع على طبقة الحفاز بطريقة منتظمة . ويمكن وضع اللوحة على أعضاء دعامية يمكن أن تثبت بسطح طبقة المهد الحفازة فمثلا بواسطة دفن الأعضاء إلى عمق معين تحت سطح الطبقة الحفازة . ويستحسن أن توضع اللوحة على مدى المنطقة الوسطى من طبقة الحفاز .
وطبقا لصورة أخرى من صور الاختراع، تعد طريقة لإنتاج اسيتات الفينيل vinyl acetate في مفاعل ذي طبقة مهد ثابتة ، وتشتمل الطريقة المذكورة على المراحل التالية :
- إعداد أنبوبة لها انثناء (انحناء) وجهاز تصحيح التدفق في نفس اتجاه الانحناء .
- توصيل الأنبوبة بمفاعل ذي طبقة ثابتة .
- إعداد فوهة توضع على طرف ذراع سائد دعامي .
- وضع الفوهة في الأنبوبة بحيث تقع الفوهة في اتجاه الانحناء وفي اتجاه جهاز تصحيح التدفق، ويمتد الذراع الدعامي في الأنبوبة في اتجاه متوازي تماما لاتجاه الأنبوبة في نفس اتجاه الانحناء.
- شحن أو تغذية تيار مواد التفاعل في العملية المشتملة على حامض خليك acetic acid ، إثيلين ethylene ، أكسجين oxygen في المفاعل على طول الأنبوبة .
- شحن مائع منشط للحفاز في تيار المواد المتفاعلة خلال الفوهة لوضع المنشط فوق طبقة الحفاز .
- تفاعل الإثيلين ethylene ، حامض الخليك acetic acid والغاز المحتوي على الأكسجين oxygen في المفاعل لانتاج اسيتات الفينيل vinyl acetate .
هذه الصور وغيرها من صور هذا الاختراع سوف تبين الآن ، على سبيل المثال ، بالإشارة إلى الرسم التالي:
شكل ١ منظر تخطيطي لجهاز لإدخال مائع في تيار العملية طبقا لتجسيم هذا الاختراع.
في شكل ١ ، يبين مدخل (١٠) مركب على مفاعل ذي طبقة مهد ثابتة (١٢) يحيط بطبقة حفاز (١٣) . ويشمل المدخل (١٠) على أنبوبة (١٤)، وفوهة (١٤)، وفوهة رش (١٦) ، ذرع دعامي (١٨) وجهاز تصحيح التدفق (٢٠). ويكون للأنبوبة (١٤) انحناء (١٥) بزاوية قدرها 90 في اتجاه مضاد علوي للمفاعل (١٢) وتقع الفوهة (16) أسفل الانحناء ، وتركب على طرف الذراع الدعامي (18) وهو عبارة عن أنبوبة متصلة بمصدر إمداد (٢٨) لمائع فوهة. وكما هو مبين في الرسم ، يمتد الذراع الدعامي (18) في الأنبوبة (14) في الاتجاه الذي يكون لاتجاه الأنبوبة (١٤) أسفل الانحناء (١٥).
وعند الاستعمال يدخل تيار مواد التفاعل المشتمل على بخار حامض خليك acetic acid ،
إثيلين ethylene وأكسجين oxygen في المفاعل (١٢) عن طريق الأنبوبة (١٤). وحينما يسير تيار العملية حول الانحناء (15) تزايد جزيئات المواد المتفاعلة بكميات مختلفة . وهذا يشوه شكل التيار . ويصحح شكل السرعة تباعا باستخدام جهاز تصحيح التدفق (20) ويتضمن جهاز تصحيح التدفق (٢٠) على لوحة مثقبة تركب على الأنبوبة (١٤) عند الوضع أ . وتتضمن اللوحة على عديد من الفتحات ذات قطر 10 مم (٢١) نتباعد عن بعضها بمقدار 14,7مم . وعند
الاستعمال تعمل اللوحة على خفض المساحة الحرة للتدفق خلال الأنبوبة بحيث يحدث تيار العملية المار خلال الثقوب انخفاضا في الضغط . وهذا يسبب زيادة في الاضطراب ، وفيض متساوي من خلال الثقوب . ونتيجة لذلك نخفض أو تزال التشوهات في بروفيل سرعة التيار .
ويدل منشط من محلول اسيتات البوتاسيوم Potassium acetate إلى تيار العملية في الأنبوبة (١٤) باستخدام فوهة رش (١٦) ويحمل إلى المفاعل (١٢) بواسطة التدفق "المصحح" من مواد التفاعل . وتغمر الفوهة (١٦) في فتحة اللوحة المثقبة بحيث أن طرف الفوهة يبرز بالكاد من الجانب السفلي للوحة . وتمسك الفوهة (١٦) في مواضعها بواسطة جلبة دليلية (غير مبينة) .
وعند الدخول إلى المفاعل (١٢) يصبح جزء على الأقل من المنشط / تيار مواد التفاعل على اتصال بموزع (٢٢). ويتخذ الموزع (٢٢) شكل لوحة تركب فوق طبقة الحفاز السفلية (٣ ١) على أعضاء دعامية (٢٤). وتعطى اللوحة سطح شديد الانحدار موازي تماما للاتجاه "D" وبالتالي فإنه عندما يصبح المائع على اتصال باللوحة ، فإن الضغط الديناميكي للمائع الآتي يزال خلال دوامات اضطراب ، وهذا يشجع الخلط العكسي لمخلوط المنشط مواد التفاعل في مكان عند قمة المفاعل (٢٦) وهذا يضمن أن المنشط ينتشر بالكامل في تيار مواد التفاعل . وعليه فإنه من الممكن استعمال المخلوط المتجانس من مواد التفاعل / المنشط لوضع المنشط بانتظام فوق طبقة الحفاز السفلية.