CS212250B2 - Appliance for executing the exothermic and endothermic processes - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení pro provádění exotermoích a eodotermoícO procesů nepříoým chlazením nebo ohřevem pomocí chladicího nebo ohřívacího média, sestávající z reaktoru opatřeného turbulentními prvky,- · - ve kterém je uspořádáno mmoholopatkové míchadlo a na jehož vnitřní stěně jsou uspořádány teplosměnné konstrukce.

K přivádění a odvádění tepla a případně k současnému promíchávání chemicky navzájem reagujících kapalin nebo pevných Částeček se používají reaktory s kontrolovanou teplotou, které jsou zvlášť výhodné z hlediska odstraňování vznOkajícícO nánosů. Rektory mohou být chlazeny nebo ohřívány pomocí vnějěího pláště, přičemž přestup tepla lze několikanásobně zlepšit tím, íe se reaktor opaaří míchačiem. Plášť reaktoru může být tvořen navařenou šroubovicí z trubice s půlkrihiovým- profilem nebo z úhelníkových profilů - viz Ulmanns Enzyklopádie der techoischeo Chemie, 4. vydóní, svazek 2, 1972, str. 439 a 440.

K provádění polymerací, například suspenzních nebo blokových polymerací ve velkém, se poi^2^^\^í^;^:í autoklávy, přičemž teplota v autoklávu se odváděním polymeračního tepla udržuje konotantoí na optimální hodnotě. Teplo se přitom odvádí stěnou autoklávu, který je opatřen dvojitým pláštěm, kterým protéká cOLadicí médium - viz NSR vyloženou patentovou přihlášku 2038363 a NSR patentový spis 2032700.

V brisském patentovém spisu 1 453 614 je popsán válcový reaktor vhodný pro provádění chemických procesů, který je uzavřen doem a opatřen víkem, kterým prochází hřídel

Na vnitřní stěoě reaktoru je uspořádána teplosměnné konstrukce, která sestává ze řady axiálně orientovaných dutých žeber, která jsou na malých ploškách svařena s vnitřní stěnou reaktoru. Horní a spodní konce dutých žeber jsou vůči vnitřnímu prostoru reaktoru uzavřeny, jsou však spojeny s horní a spodní prstencovou komorou, které jsou opatřeny přívodem a vývodem, - které slouží pro přívod a odvod ohřívacího oebo chladicího mmdia do vnitřního prostoru dutých žeber.

V NSR zveřejněné patentové přihlášce 2,326.704 je popsán tepelný výrnmník pro ohřev tekutého mdla, který sestává z válcového pouzdra s nálevkovUým doem a kuželovitým poklopem, přičemž uvnitř pouzdra je uspořádána soustava trubek, v jejímž vnitřním prostoru se nachází spalovací konmoa. Soustava trubek je tvořena dlouhou trubkou svinutou do těsoé spirály. Těsoě navzájem oa sebe doseeaaící závity přiOm tvoří stěnu, která · v celé výšce pokrývá vnitřní stěnu pouzdra a navíc i část doa a poklopu. Mezi stěnou a vnitřní stranou pouzdra jsou přiom uspořádány distanční rozpěry. Ve dou pouzdra je vytvořen středový otvor pro zasunutí hořáku. V soustavě svinutých trubek je uspořádána oejméoě jedna kouřová trubka, která je vždy po půl·závitu trubky propojena jednak se spalovací komorou, jednak s odtahovou komorou, která je uspořádána oa vnější straně pouzdra.

Nevýhoda těchto řešení je ohřev a chlazení velkého reaktoru přes jeho stěnu, protože v tomto případě je zvláště nepříznivý poměr plochy stěoy k objemu reaktoru, což má za následek malý měrný výkon reaktoru oa jednotku času a objemu. K tomu přistupuje ještě skutečnost, že při zvětšování reaktorů, zejména tikových reaktorů, se musí nadměrně zvětšovat síla stěoy reaktoru, což dále · snižuje měrný přestup tepla ·na jednotku plochy. Teplostanou plochu lze sice zvěěšit zabudováním chladicích hadů, chladicích! výstupků oebo chladicích desek, avšak tyto vestavné konstrukce, které jsou z technického hlediska obvykle složité, jednak nepříznivě ovlivňují účiooost míchání a proudění v reaktoru, jedoak čištění reaktoru opatřeného takovými vestavrými konstrukcemi, které je často nutné při procesech vytvářejících v reaktoru nánosy, například při polyme^^ch, je obvykle možné až po v/jmU^ těchto vestavných konotrUkcí. Daaší nedostatek spočívá v tom, že vestavné konstrukce vždy vytvářejí m?tvé rohy bez proudění, ve kterých se zvláště intenzivně vytvářejí nánosy, které zOoošují přestup tepla a zejména při polymerát se z oicO uvolňuuí úlomky, které sniž^í jakost vyráběného produktu.

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro provádění exotermoích a endi^teT^m^ícO procesů nepříným chlazením nebo ohřevem pomocí chladicího nebo ohřívacího média, sestávající z reaktoru opatřeného turbulentními prvky, ve kterém je utpořVdVno mnoóolopatkovd míchadlo a na jehož . vnótřní tténV jsou utpořVdVny tepltsměnné konstrukce, jehož podstata spočívV podle vynVlezu v tom, že teplssměnné konstrukce jjtou tvořeny rad^lními těsně vinutými prdily, které jtou tvVry připevněny na vnntřní stěně reaktoru.

Teplosměnné konstrukce jtou ' · tvořeny trubicemi o půlkruhovém průřezu nebo vlnitým ple-? chem, případně úhelníkovými prooily.

Z (řízení je dVle opatřeno regulačním ústrojím, které umooňuje plynulé přizpůsobení tlaku ch.adicího nebo ohřívacího mmciia v prostoru mezi vnitřní stěnou reaktoru s teplosměnnými konstrukcemi podle tlaku uvnňtř reá^t^ru.

Nový a vyšší účinek vynálezu spočívV v tom, že řešením podle vynálezu se dosVhne zvětšení přestupové plochy mezi chladicím nebo ohřívacím médiem a obsahem reaktoru.

Tlak chladicího nebo ohřívacího mmélia v prostoru mezi stěnou reaktoru a na ní uspořádanou teplomměnnou konstrukcí lze průběžně přizpůsobovat tlaku uwótř reaktoru. Síla teplosměnné konstrukce může být proto v tomto případě i při vysokých tlacích uvvó-tř reaktoru malV, což umožňuje zachování nízkého průchozího tepelného odporu.,

Teplosměnné plocha reaktoru použitého při provVdění způsobu podle vynálezu je až o 57 % větší než v případě hladké stěny reaktoru. Navíc v důsledku příznivého průběhu proudění v reaktoru dále zlepšuje přestup tepla stěnou a potlačuje se případné vytvVření pevných nVnosů na stěně.

V zařízení podle vynVlezu se může použít malV síla stěny teplssměnných konstrukcí, protože meehanickV pevnost je zajištěna stěnou reaktoru. MalV síla stěny podstatně zlepšuje průchod tepla. V této ^^vesces! je třeba poukázat na to, že reaktor, který mV snášet tlak například 1^,7 musí mít ^při vzrůstajícím objemu silnější stěnu takte objemu ²⁵ m³ od^povídV síla stěny 17 mm, objemu 100 m ³ síla 25 mm a objemu 200 m³ síla 38 tam, zatímco sila stěny te^csn^né konstrukce v zařízení podle vynálezu činí ve všech případech pouze 3 mni. Na připoenném obr. 2 je zoVzonoěoa závvslost přeoVšeodhl tepelného výkonu na objemu reaktoru. Křivka £ zde platí pro reaktory znVmé konstrukce, zatímco křivka a platí pro zařízení podle vynálezu.

V zařízení podle vynálezu se oevyySyУuží žVíoC mrtvé rohy bez proudění a lze ho snadno ručně nebo pomocí tlakévé vody vyyisstt, o^iž by se předem muuela provést demontVž teplosměnných konstrukcí uvvntř reaktoru.

Pi používVní zařízení podle vynálezu k polymeraci monomerů může být při stejné teplotě ohřívacího mmáia podstatně zkrVcena doba oJhřívVní, případně při stejnV době ohřevu lze pouužt ohřívací médium o nižší teplotě. Při ' přerušované suspenzní polymeeaci, například při výrobě polyvinylchloridu, tím lze omeezt ulříaVoí polymerátu na stěně a tím zváýit jakost produktu, protože se sníží ssoožsví neCčstot v tomto produktu.

Vynález je dále objasněn na příkladu jeho provedení, který je popsVn pomocí připoenýceh výkresů, které znáVzrruuí: obr. 1 zařízení podle vynVlezu v řezu a obr. 2 závvslost předčeného tepelného výkonu na objemu reaktoru.

V reaktoru £ zoVzorněndm na obr. 1 jsou na vVlcových stěnVch usp^^VdV^ turbulenční prvky 3· Ve spodní čássi reaktoru £ je uloženo mnnoolopatkové míchadlo .2, jehož hřídel prochází dnem reaktoru £. Na vVlcové stěně reaktoru £ je usřořVdVoa teplosměnné konstrukce £ tvořenV těsně vinutou šnuboovcí z trubice o průřezu, kterV je navařena na válcovou stěnu reaktoru £. Teplosměnné konstrukce £ je opatřena přívodní přípojkou £ a · ldvViěčí přípojkou 6, pro přívod a odvod ohřívacího, případně chladicího

Výhodnos-t zařízení podle vynálezu vyplývá z dále uvedených příkladů jeho využití.

Příklad 1 _ Svisle ^postavený válcový reaktor o objemu ²⁵ rn^U instruovaný na tlak 1,7 WPa a opatřený míchadlem a Sroubcove! z trubice o půlkruhovém průřezu navařené na jeho vnější stěnu—viz Ullmanns Enzyklopadie der technischen Ctiemie’*, 4. vydání, svazek 2, str, 439, obr. 16D - byl naplněn 24 m^J vody o teplotě 20 °C. Po zapnutí míchadla byla do šroubovnice přiváděna horká voda o teplotě 95 °C. Doba oJhábí vody v reaktoru na 55 °C činila 36 Mnooitví tepl^{a p}řivád^ěného za jednoti č^asu . činilo )63 x W^P kW.

Příklad 2

Reaktor z ^př^íkladu ^{1 b}yl naplní ²⁴ m^P vod^y o tepite ⁵⁵ °C. ^po zapnutí míchadla ^byla do šroubovice priváděna^zvoda o teplotě 20 °C a do reaktoru byla přiváděna nasycená·pára o teplotě 120 °C v mnoitví 1 400 kg/h, čími byla voda v reaktoru trvale udržována na teplo^tě 55 °C. Mnn^ttfí ^tep^la o^áděného za časovou jednotku činilo ^0,9⁶² x 10^P k^W·

Příklad 3 , ^Svisle pos^tavený v^álcový reaktor o objemu ²5 m^P konstruovaný na tlak 1,7 MPa a opatřený míchadlem a Sroubooicí z trubice o půlkruhovém průřezu o síle stěny 3 mm navařené na jeho vetřn:! s^těnu ^byl naplní ²⁴ m^P vo^dy o ^te^^o^tě 20 °C. ^po zapnutí míchadla byla do ^šroubovice přiváděna horká voda o teplotě 95 °C. Doba olhřátí vody v reaktoru na teplotu 55 °C činila 20 minut. Mnnoití t^epla ^při^váděⁿého za j^edmstk^u čas^u činilo 2,97 ^χ 10^P kW, tj. 182 % mnoitví tepla přiváděného ve známém zařízení podle příkladu 1.

Příkladě foedctor z ^př^íkladu 3 ^byl naplní ²⁴ m^P vod^y o teplotě 55 °C. ^po zapiutí míchiadla ^byla do šroubovice přiváděna voda o teplotě 20 °C a do reaktoru byla přiváděna nasycená pára o teplotě 120 °C v mnoitví 2 480 kg/h, čími byla voda v reaktoru trvale udržována na teplotě 55 °C. Mnn^tví tepla odvá^n^o na časovou jednotku činilo 1,7° x 10^P kW^, tj. 177 % ííooísví tepla odváděného známým zařízením podle příkladu 2.

Píklad 5

Rektor z příkladu 1 byl po zapnutí míchadla naplněn následujícími látkami:

sdmirloralizovaoá voda částečně znýdelměný polyviiny-acetát hydro:xy?r opyllmtylc eluoza sc^itan - ionoSlaπ'át

800 kg

3J

2,6 kg kg

Po oddátí vzduchu bylo přidáno 8 300 kg vLn^^lch^Lori^du a 5 kg bit-(2-ethlyheχll)peroxodicarbonátu o ksnoctOraci 65 %· Průchodem horké vody o teplotě 95 °C se obsah .reaktoru za 29 minut oltfál na 55 °C. Po dosažní reakční teploty byla Sroubcove! proháněna voda o teplotě 20 °C, aby se reakční teplota udriovala konstantní.

Po skončení pollierizact byl sníien tlak v reaktoru, suspenze byla stepováním s vodní párou zbavena zbytků vioylchlsridu a psllvimУlc]lhlsrid byl ze suspenze odstředěn. Kaidou hodinu se získalo 995 kg psllvimllchlsridu.

zjišťování jakosti vyrobeného polyvinylchloridu byly provedeny následující testy:

a) Stanovení hodnoty K (podle DIN 53 726, vydáno červen 1961), výsledek K = 70.

^b) Zjištění sypné tonotnosto: ^{470 g}/dm³

c) Test na nečistoty. Válcováním při teplotě )40 °C po dobu )5 mio byla vyrobena folie o síle 0,2 mm. bylo vyšetřeno ^{4 5} vzorků folie o ploše ¹⁰⁰ cm², průměrný ^po^čet nečistot o

z těchto pěti mSěení je 12 nečistot na' )00 cm .

Reaator byl nakonec vyčištěn vodou o tlaku 25 mPa. čisticí voda byla přefiltovvánl a bylo zjištёnt přibližně 0,5 kg pevného odpadu vzniklého z nánosu na stěnách reaktoru.

Příklad 6

Do reaktoru z příkladu 3 byly za stálého míchání zavedeny všechny čtyři, látky z příkladu 5. Po s^5^t^t^:í vzduchu bylo přidáno 8 300 kg vinylchloridu a 7,1 kg bis-(2-etylhe:xrl)peroxodicarbonátu o kenceeitoaci ⁶⁵ %. Obsah reaktoru byl prňchocdem vody o teplotě 95 °^C ěroubootoí oltátát za ¹⁴ minut na rea^ní teplotu ⁵⁵ °C. ^po ^utte:ⁱen:^í reakční teploty byla ^oubooi.cí prosněna vo^ua o te^otě ²⁰ ab^y se reakční 'teploto uchovala ^konstahtní.

Po skončení polymerace se dál postupovalo jako v příkladu 5. Každou hodinu se získalo 1 250 kg polyvinylchloridu, tj. 126 % m^n^oist^rí vyrobeného známým zařízením pádle příkladu 5. 7 čisticí vodě bylo 0,2 kg pevného odpadu vzniklého z nánosu na stěnách reaktoru.

Pro ověření kvality vyrobeného polyvinylchltridu byly provedeny stejné testy jako v příkladu 5, s následujícími výsledky:

a) hodnota K = 70, ^b) s^ypná hmstoost 475 g/d^a³, c⁾ 5 nečtotot na ¹⁰⁰ cm^{2 f}olie.

Claims (5)

1. PŘEDMĚT ' VYNÁLEZU

   1. Zařízení pro provádění exoternních a endotermních procesů neprOným chlazením nebo ohřevem pom^í^c' chladicího nebo ohřívacího m0dUa, sessáávaící z reaktoru opatřeného turbulentními prvky, ve kterém je uspořádáno опо^^рatkové míchačlo a na jehož ' vnitřní stěně Jsou uspořádány teplosměnné konstrukce, v^yznnlující se tín, že tepossměnné konstrukce (4) jsou tvořeny radiálními těsně vinutými protoly, které jsou sváry připevněny na vnitřní stěně reaktoru (1). _k.
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyzna^ící se tín, že tepossměnné konstrukce (4) jsou tvořeny trubicemi o půlkruhovém průřezu.
3. 3. Zařízení podle bodu 1, vyznnlυjící se tín, že teplosměnné konstrukce (4) jsou tvořeny vlnitým plechem.
4. 4. Zařízení podle bodu 1, vyznэlující se tím, že teplssměnné konstrukce (4) jsou tvořeny úhelníkovými profily.
5. 5· Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že je opatřeno regulačním ústrojím, které umooňuje plynulé přizpůsobení tlaku chladicího nebo ohřívacího média v prostoru mezi vnitřní stěnou reaktoru (1) a teplosměnrými konstrukcemi (4) podle tlaku uvnitř reaktoru (1).