CS215263B1 - Appliance for executing the exothermic reactions particularly suspension.emulsion,solution or blocking polymerations - Google Patents

Description

Předmětem vynálezu je zařízení к provádění exotermních reakcí, zejména suspenzních, emulzních, roztokových nebo blokových polymerací, provázených vesměs silným vývojem reakčního tepla.

Polymerační reakce, jako např. suspenzní polymerace vinylchlorldu, se provádějí při tlacích 0,8 až • 1,2 MPa a teplotách, 40 až 80 °C (v závislosti na požadovaném typu a charakteru polymeru) v tlakových reaktorech, opatřených chladicím pláštěm, resp. duplikátorem. Duplikátor, Jímž' protéká technologická chladicí voda, slouží к odvodu přebytečného polymeračního tepla. Účinnost chlazení pomocí duplikátoru je však závislá na geometrických rozměrech reaktorů, zejména na poměru jeho průměru a výšky. Obecně je možno konstatovat, Že odvod reakčního tepla pomocí duplikátoru postačí do objemu reaktorů 15 až 20 m³. Přitom neustále vzrůstající spotřeba polymerů typu suspenzního PVC, emulzního PVC, kaučuku, atp., tj. polymerů tzv. masové spotřeby, spolu s ekonomickými důvody přinášejí sebou požadavek na soústavné zvyšování objemu polymeračních reaktorů. Ve světě jsou v současné době provozovány reaktory až do objemu 200 m³. Při soustavném zvětšování geometrických rozměrů reaktorů překročí nicméně poměr těchto rozměrů hranici, kdy již chlazení pomocí duplikátů přestává být účinné.

Odvod tepla pláštěm reaktoru Je kromě toho sám o sobě limitován i hydrodynamickými podmínkami v samotném reaktoru, tj. režimem míchání, tloušťkou plátované stěny reaktoru a součinitelem přestupu tepla v duplikátoru. Omezujícím faktorem Je rovněž teplotní rozdíl chladicí vody, který bývá často limitován možnostmi účinného chlazení vody a dostupným chladicím zařízením.

Moderní technologie, polymerace vinylchlorldu i jiných monomerů Jsou nadto založeny na použití kombinací iniciátorů reakce, které umožňují zkrátit podstatně polymerační cyklus. Tím dochází opět к intenzivnějšímu vývoji reakčního tepla a ke zvýšení nároků na Jeho odvod, resp. na velikost teplosměnných ploch.

U nových typů velkoobjemových reaktorů se naznačený problém řeší tím, že kromě odvodu tepla stěnou reaktoru se odvod dalšího reakčního tepla, které JIŽ není možno odvést stěnou reaktoru, docílí varem monomeru a' následující kondenzací Jeho par ve zpětném chladiči, Tento princip Je již dobře znám a využíván v průmyslovém měřítku.

Kromě toho Je* zde další faktor, který Je třeba brát v úvahu, a to Je okolnost, že vývoj reakčního. tepla není zcela rovnoměrný, v určité, fázi procesu nabývá maxima a chlazení se v tomto úseku pak převážně odbývá prostřednictvím odpařování a kondenzace par monomeru ve zpětném chladiči.

Zkušenosti získané pří provozu velkoobjemových reaktorů, opatřených zpětným chladičem však prokázaly, že i použití zpětných chladičů přináší sebou řadu nových problémů, spojených zejména se zanášením chladiče polymerem, který zde narůstá v důsledku vynášení pěny reagujících složek, těkání iniciátoru a následné polymerace. Zapolymerováním chladiče se přitom nejen sníží účinnost odvodu reak čního tepla, což má přímý vliv na kvalitu produktu, i ale současně sé vyvolávají 1 potíže s čistěním chladiče. Jako Ideální by se tedy Jevil stav, kdy by bylo možno uchladit celý objem reaktoru bez nutnosti použití zpětného chladiče vůbec. To však při současných nárocích na výtěžnost reaktorů; dosahujících řádově stovky tun/m³ za rok, není reálné. Proto se věnuje stále větší úsilí další optimalizaci odvodu tepla z velkoobjemového reaktoru, zejména zlepšení přestupu tepla stěnou reaktoru.

Podstatný pokrok v tomto směru přináší zařízení pro provádění exotermíních reakcí, zejména suspenzních, emulzních, roztokových či'blokových polymerácí, které tvoří míchaný válcový reaktor, opatřený chladicím duplikátorem a popřípadě i zpětným chladičem. Duplikátor reaktoru Je vytvořen z půltrubký, která je na vnitřní plá^ť reaktoru šroubovité navinuta а к němu přlvařena. Zařízení se vyznačuje tím, že duplikátor Jé vytvořen Jako vícechódá šroubovice, nejlépe Jako šroubovice dvouchodá, anebo obecně šroubovice se sudým počtem chodů. Půltrubký lichých Chodů jsou přivařeny к vnějšímu obvodu pláště reaktoru, zatímco půltrubký sudých chodů Jsou při vařeny v mezerném uspořádání к bočním plochám půltrubek lichých chodů.

Průtokové průřezy půltrubek všech chodů Srouboviče Jsqu stejné, tak Jako 1 stoupání všech chodů šroubovice.

Jednotlivé Chody šroubovice mohou být napojeny za sebou nebo vedle sebe na zdroj Jednoho nebo více chladicích nebo topných médií.

Jedno i vícechodé šroubovice mohou být nadto rozděleny do více sekcí se samostatným přívodem a odvo-. dem chladicího nebo topného prostředí, přičemž tyto sekce Jsou zapojeny buď za sebou anebo vedle sebe, popřípadě zčásti za sebou a zčásti vedle sebe na zdroj Jednoho nebo více .chladicích prostředí. Tímto způsobem je možno docílit řady dalších konstrukčních obměn, jež umožňují řídit citlivě a podle místní potřeby prostup tepla stěnou reaktoru a zajistit tak optimální podmínky pro průběh procesu a pro rovnoměrné rozdělení teploty podél stěny reaktoru v axiálním směru. Zejména se takto umožní uskutečnit intenzivnější odvod tepla v těch oblastech, které to vyžadují, např. v prostoru styku kapalné a plynné fáze u hladiny reakční směsi, Čímž se opět sníží tvorba pěny a nánosů na zpětném chladiči.

Příkladné uspořádání zařízení к provádění- éxotermních reakcí podle vynálezu Je dále schematicky znázorněno na připojeném výkresu, kde obr. 1 představuje zčásti v podélném svislém řezu a zčásti v bočním pohledu celkové vytvoření polymeračního reaktoru opatřeného zpětným chladičem a duplikáťorem ve tvaru Jednoduché, Jednoduché šroubovlce, a obr. 2 v příčném řezu, v detailu část stěny reaktoru s duplikátorem vytvořeným z dvouchodé šroubovice.

Polymerační reaktor podle obr. 1 sestává z vlast, ního válcového tělesa 1, opatřeného duplikátorem 2, který Je vytvořen z půltrubký vinuté do Jednoduché šroubovice. Reaktor je ve spodní části opatřen vrtulovým > míchadlem 3, jehož hřídel prochází dnem

1 5 2 6 3 reaktoru. Na bočních stěnách válcového tělesa 1 reaktoru jsou umístěny nad sebou otočné stavitelné narážky 4, které slouží k usměrnění toku reakční směsi a rozrážení středového víru. V horní části reaktoru, v jeho svislé ose je · umístěn zpětný chladič 5, na · nějž bezprostředně navazuje hydrodynamické čistící zařízení 6.

Obr. 2 znázorňuje v detailu provedení pláště 7 reaktoru 1 k němu přivařeného duplikátoru 2. Duplikátor 2 ve znázorněném uspořádání tvoří dvouchodé šroubovice, vzniklá navinutím půltrubek 9 a 10 o stejném průtočném průřezu. Půltrubka 9 je přitom svými podélnými okraji · přivařena k plášti 7 reaktoru, zatímco půltrubka 10 druhého chodu k bočním · plochám půltrubky · 9 v · poloze · překrývající mezery mezi stoupáním půltrubky 9. Reaktor je na vnitřní stěně opatřen plátováním 8 z nerezového · materiálu.

Použití půltrubek navinutých do jedno— nebo ví; cechodé šroubovice k vytvoření ' duplikátoru . přináší řadu výhod:

— navinutá půltrubková šroubovice umožňuje snížit tloušťku stěny reaktoru, neboť materiálová pevnost a nosný účinek navinuté půltrubky je možno započítat u válcové části reaktoru do pevnosti vůči · obvodovému namáhání.

— Důsledkem tohoto · opatření je úspora materiálu a celkové snížení hjnotnosti reaktoru včetně zpětného chladiče.

— V důsledku snížení tloušťky stěny · reaktoru se sníží i odpor stěny vůči přestupu tepla . a koeficient prostupu tepla se zvýší až · o 10 %, což umožní ·snížit výšku zpětného chladiče a zvýšit tepelné zatížení na jednotku plochy.

— Navařená šroubovice z · půltrubky působí současně jako ožebrování válcové části reaktoru, což opět · přispívá ke zlepšení přestupu tepla.

— Obecně je možno shrnout, · že použití · půltrubko- vého duplikátoru navařeného na plášť reaktoru umožní zvýšit v maximální míře součinitel přestupu tepla v chladícím okruhu. - — Podstatnou výhodu představuje rovněž okolnost, že pro docílení optimální lineární rychlosti . chladící vody v půltrubkovém· duplikátoru není třeba tak velkého objemu chladicí vody jako je tomu u tradičních duplikátorů.

— Tím, že · se · v maximální’ míře využívá chladicího účinku půltrubkového duplikátoru, omezí se kromě toho i · zanášení zpětného chladiče a s ním oo^u^is^ej^ící potíže. ,

Claims (7)

1. Zařízení k provádění exotermních reakcí, · zejména suspenzních, emulzních, · roztokových neb blokových polymerací, které tvoří míchaný válcový reaktor, opatřený chladicím duplikátorem a popřípadě zpětným chladičem, přičemž duplikátor reaktoru · je · vytvořen z půltrubky, která je na vnitřní plášť šroubovité navinuta a k němu přivařena, vyznačené tím, že duplikátor (2) . · je vytvořen jako vícechodá šroubovice, s výhodou jako šroubovice dvouchodé, · kde půltrubky · (9) lichých chodů jsou přivařeny k vnějšímu obvodu pláště (7) reaktoru (1), zatímco půltrubky · (10) sudých chodů jsou přivařeny v mezerném · uspořádání k bočním · plochám půltrubek (9) lichých chodů.

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že · průtokové průřezy půltrubek (9, 10) všech chodů šroubovice jsou stejné.

YNÁLEZU .

3. Zařízení podle bodů 1 a 2, vyznaččné t ím, že stoupání všech chodů šroubovice jsou stejné.

4. Zařízení podle bodů 1 ·ζ ·, vyznaččné aím, že alespoň jjden chod šrrubovícc · j · rozHee do nejméně' dvou sekcí se samostatným přívodem a odvodem chladícího, popřípadě topného média.

5. Zařízení podle bodů 1 až 4, vyznačené tím, .že jednotlivé. · sekce · jsou zapojeny za · sebou na zdroj jednoho chladicího, popřípadě topného média

6. Zařízení podle bodů · 1 až . 5, vyznačené tím, že jednotlivé sekce jsou zapojeny vedle sebe na zdroj jednoho nebo více · chladicích, popřípadě topných médií.

7. Zařízení · podle bodů 1 až 6, vyznačené tím, že jednotlivé sekce jsou zapojeny zčásti za sebou · a zčásti vedle sebe na zdroj jednoho nebo více chladicích, popřípadě topných médií.