HU183039B - Equipment for the realization of exothermic reactions, particularly of polymerization in suspension, emulsion, solvent or block - Google Patents

Description

A találmány berendezés exoterm reakciók, különösen szuszpenziós, emulziós, oldószeres vagy tömbpolimerizációk megvalósítására, amelyek során nagy reakcióhő keletkezik.

A polimerizációs reakciók, mint például a vinilklorid szuszpenziós polimerizációja, 0,8 és 1,2 MPa közötti nyomáson 40 °C és 80 °C közötti hőmérsékleten (a polimer kívánt típusától és jellemzőjétől függően) egy hűtőköpennyel, ill. duplikátorral ellátott nyomásreaktorban mennek végbe. A duplikátoron átfolyó technológiai hűtőfolyadék a polimerizáció során keletkezett többlethő elvezetésére szolgál. A duplikátorral történő hűtés hatásfoka azonban a reaktor geometriai méreteitől, különösen átmérőjének és magasságának arányától függ. Általában a polimerizáció során keletkezett többlethő elvezetése a duplikátor segítségével a reaktorok 15-20 m³-es térfogatáig elegendő. A polimerek, mint például szuszpenziós és emulziós vinilkloridok, nyersgumi stb. ún. tömeges felhasználása és a gazdasági okok következtében megnőtt a polimerizációs tér szisztematikus növelésének igénye. A világon jelenleg max. 200 m³-es térfogatú reaktorokat helyeznek üzembe. A reaktorok geometriai méreteinek szisztematikus növelésekor ezen méretek aránya mindig meghaladja azt a határt, amelynél a duplikátorral történő hűtés már nem hatásos.

A reaktor köpenyével történő hőelvezetést magát is korlátozzák a reaktoron belüli hidrodinamikus feltételek, azaz a keverés, a plattírozott reaktorfal vastagsága és a duplikátor hőátadási tényezője. További korlátozó tényezőt jelent a hűtőfolyadék hőmérsékleti különbsége is, amit gyakran a hatékony vízhűtés lehetőségei és hűtőberendezései is korlátoznak.

A vinilklorid és más monomerek polimerizációjának modem technológiája olyan reakció, indítók kombinációjának alkalmazására épül, amelyek lehetővé teszik a polimerizációs ciklus lényeges megrövidítését. Ez ismét a reakció során fellépő hő intenzív fejlesztését okozza és növeli a reakció során fellépő hő elvezetésének, ill. a hőcserélő felületek nagyságának igényét.

A nagy belső terű reaktorok új típusainál az említett problémát a reaktorfalon keresztül történő hőelvezetésen kívül a reaktorfalon keresztül nem elvezethető reakciós hő további elvezetésével oldják meg a monomer forralásával és gőzének a viszszafolyó hűtőben történő kondenzálásával. Ez az elv közismert és iparilag hasznosított.

Fennáll itt még egy másik, meggondolandó tényező is, éspedig az a körülmény, hogy a reakció során keletkező hő nem teljesen egyenletes, vagyis ez a hő a folyamat egy bizonyos fázisában egy maximális értéket ér el és a hűtés ebben a fázisban túlnyomórészt a monomergőzök elpárologtatásával és a visszafolyó hűtőben történő kondenzálásával történik.

A visszafolyó hűtővel ellátott nagy terű reaktorok üzemeltetésekor nyert tapasztalatok azonban arra utaltak, hogy a visszafolyó hűtők alkalmazása is egy sor új problémát vet fel, amelyek különösen a hűtőnek a polimer által történő eltömítésével kapcsolatosak, mivel a polimer a reagáló komponensek habosodásának, a reakció-indítók illékonyságának és a rákövetkező polimerizáció következtében megnő. A hűtő polimerizálódása miatt nemcsak a reakció során keletkezett hő elvezetésének hatékonysága csökken, ami a tennék minőségét közvetlen módon befolyásolja, hanem egyidejűleg nehézségek is lépnek fel a hűtőberendezéssel kapcsolatban. Ideális tehát az az állapot lenne, ahol a reaktor egész belső terét lehetne hűteni a visszafolyó hűtő alkalmazása nélkül. Ez azonban a reaktorok évi több száz tonna/m³ termelésigénye mellett nem valósítható meg. Ezért törekednek mind jobban arra, hogy optimalizálják a hőelvezetést a nagy terű reaktorokból, és különösen hogy javítsák a reaktorfal hőátadási tényezőjét.

Jelentős fejlődést hoz ebben az irányban a berendezés exomterm reakciók, különösen szuszpenziós, emulziós, oldószeres és tömbpolimerizációk megvalósítására, amely egy 'keverőszerkezettel ellátott henger alakú reaktor hűtőduplikátorral, ill. visszafolyó hűtővel. A duplikátor egy félcsőből van kialakítva, amely a belső reaktorköpenyre csavarformában van feltekerve és felhegesztve. A berendezés azzal jellemezhető, hogy a duplikátor egy többjáratú csavarvonalként, különösen egy duplajáratú csavarvonalként vagy általában páros számú járatokkal ellátott csavarvonalként van kialakítva. A páratlan számú járatok félcsövei a reaktorköpeny külső kerületéhez, míg a páros számú járatok félcsövei réses elrendezésben a páratlan számú járatok félcsöveinek oldalfelületéhez vannak felhegesztve. A csavarvonal egyes járatai vagy párhuzamosan, vagy egymás után vannak egy vagy több hűtőközeg forrásához csatlakoztatva.

Az összes csavarvonaljárat félcsöveinek átfolyási keresztmetszete, valamint a csavarvonal összes járatának menetemelkedése azonos.

Az egyes csavarvonaljáratok egymás után vagy párhuzamosan csatlakoztathatók egy vagy több hűtő- vagy fűtőközeg forrásához.

Az egy- vagy többjáratú csavarvonalak ezen túlmenően a hűtőközeg saját be- és elvezetésével ellátott több szekcióra oszthatók. Ezek a szekciók vagy egymás után, vagy párhuzamosan, ill. részben párhuzamosan és részben egymás után csatlakoznak egy vagy több hűtőközeg forrásához. Ily módon egy sor további szerkezeti eltérés érhető el, amelyekkel lehetővé válik a reaktorfalon keresztül történő hőátadás érzékeny és a helyi igényeknek megfelelő irányítása, valamint optimális feltételek biztosítása a folyamat lefolyásához és az egyenletes hőelosztáshoz a reaktorfal mentén tengelyirányban. Ezáltal különösen azokon a területeken valósul meg a reakció során keletkezett hő intenzívebb elvezetése, ahol az szükséges, mint pl. a folyékony és gáznemű fázis érintkezési területe a reakciókeverék tükrén, amivel ismét csökkenthető a habtermelődés és a visszafolyó hűtő elárasztása.

A találmány szerinti berendezés kiviteli példájának vázlata látható a mellékelt rajzokon, ahol az

l.ábra egy visszafolyó hűtővel és egy egyszerű egyjáratú csavarvonalként kialakított duplikátorral ellátott polimerizációs reaktor felépítését mutatja részben függőleges hosszmetszetben és részben oldalnézetben, a

183 039

2. ábra részleteiben mutatja a reaktorfal egy részét egy kettősjáratú csavarvonalként kialakított duplikátorral, keresztmetszetben.

Az 1. ábra szerinti polimerizációs reaktor egy 5 1 hengeres házból áll, amely egy 2 duplikátorral van ellátva, amely egyszerű csavarvonalként tekert félcsőből van kialakítva. A reaktor alsó része egy 3 gyorskeverővei van ellátva, amelynek tengelye a reaktorfenéken van keresztülvezetve. Az 1 hengeres 10 ház oldalfalain egymás fölött forgatható és beállítható 4 ütközők vannak elrendezve, amelyek a reakciókeverék áramának irányítására és a középörvény szétoszlatására szolgálnak. A reaktor felső részében, annak függőleges tengelyében van elrendezve 15 az 5 visszafolyó hűtő, amelyhez közvetlenül van csatlakoztatva a hidrodinamikus 6 tisztítóberendezés.

A 2. ábra részleteiben mutatja a 7 reaktorköpenyt és az ehhez a köpenyhez hegesztett 2 duplikátort. 20 Az ebben az elrendezésben bemutatott 2 duplikátort egy kettősjáratú csavarvonal alkotja, amely az azonos átfolyási keresztmetszetű 9 és 10 félcsövekből áll. Az első járat 9 félcsövének hosszanti élei a 7 reaktorköpenyre, míg a második járat 10 félcsöve 25 a 9 félcső oldalfelületére úgy van felhegesztve, hogy a 10 félcső fedi a 9 félcső tekercsei közötti réseket.

A reaktor belső fala rozsdamentes 8 plattírozással van ellátva.

Az olyan félcsövek alkalmazása, amelyek a dupli- 30 kátor kialakítása céljából egyszerű vagy többjáratú csavarvonalként vannak kialakítva, egy sor előnnyel rendelkezik:

- a tekercselt félcsöves csavarvonal lehetővé teszi 35 a reaktorfal vastagságának csökkentését, mivel a tekercselt félcsövek anyagszilárdsága és tartóhatása beszámítható a reaktor hengeres részének szilárdságába annak kerületi igényével szemben;

- ennek következménye az anyagmegtakarítás és 40 a reaktor össztömegének csökkenése, beleértve a visszafolyó hűtőt;

- a reaktorfal vastagságának csökkenése következtében csökken a fal ellenállása a hőátadással szemben és max. 10 %-kal nő a hőátadási tényező, 45 ami által lehetővé válik a visszafolyó hűtő magasságának csökkentése és a felületegységenkénti hőtermelés jelentős növelése;

- a félcsőből kialakított, a reaktorköpenyhez hegesztett csavarvonal egyidejűleg a hengeres reaktor- 50 rész bordázataként is hat, ami szintén elősegíti a hőátadás javítását;

-általában összefoglalható, hogy egy félcsőből kialakított, a reaktorköpenyhez hegesztett duplikátor alkalmazásával lehetővé válik a hőátadási tényezőt a hűtőkörben maximálisan növelni;

- egy további jelentős előny abban áll, hogy a hűtőfolyadék optimális lineáris sebességének eléréséhez a félcsöves duplikátorban nem szükséges olyan nagy vízmennyiség, amennyi a korábban alkalmazott klasszikus duplikátoroknál szükséges volt;

— a félcsöves duplikátor hűtőhatásának maximális kihasználása következtében csökken a visszafolyó hűtő eltömődésének és az ezzel kapcsolatos nehézségek lehetősége.

Claims (7)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Berendezés exoterm reakciók, különösen szuszpenziós, emulziós, oldószeres vagy tömbpolimerizációk megvalósítására, amely egy hűtőduplikátorral és esetleg egy visszafolyó hűtővel ellátott hengeres alakú keverőreaktorból áll, ahol a reaktor duplikátora egy félcsőből van kialakítva, amely a külső köpenyre csavarformában van feltekercselve és felhegesztve, azzal jellemezve, hogy a duplikátor (2) egy többjáratú csavarvonalként, előnyösen egy kettősjáratú csavarvonalként van kialakítva, ahol a páratlan számú járatok félcsövei (9) a reaktor köpenyének (7) külső kerületére, míg a páros számú járatok félcsövei (10) egy réses elrendezésben a páratlan számú járatok félcsöveinek (9) oldalfelületére vannak felhegesztve.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a csavarvonal minden járatának félcsövei (9, 10) azonos átfolyási keresztmetszetűek.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypontok szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a csavaivonal minden járatának menetemelkedése azonos.
4. 4. Az 1-3. igénpontok szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a csavarvonal legalább egy járata legalább két, a hűtő- és fűtőközeg önálló be- és elvezetésével ellátott szekcióra van osztva.
5. 5. Az 1-4. igénypontok szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az egyes szekciók egymás után vannak csatlakoztatva egy hűtő-, esetleg fűtőközeg forrásához.
6. 6. Az 1-5. igénypontok szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az egyes szekciók párhuzamosan vannak csatlakoztatva egy vagy több hűtő-, esetleg fűtőközeg forrásához.
7. 7. Az 1—6. igénypontok szerinti berendezés kiviteli alakja azzal jellemezve, hogy az egyes szekciók részben egymás után és részben egymás mellett vannak egy vagy több hűtő-, esetleg fűtőközeg forrásához csatlakoztatva.