PL104010B1 - Kaskadowy zbiornik do reakcji chemicznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest kaskadowy zbior¬ nik do reakcji chemicznych, który mozna stoso- ~wac jako zbiornik otwarty lub zamkniety w wie¬ loetapowych procesach prowadzonych w sposób ciagly, ewentualnie silnie egzotermicznych reak¬ cjach chemicznych, równiez z samorzutnym wy¬ dzielaniem sie gazów.

W opisie patentowym Niemieckiej Republiki '.Demokratycznej nr 94 606 zostal opisany zbiornik reakcyjny posiadajacy wbudowane latwo wymien¬ ne elementy takie jak lapy stalowe mieszadel, koziol lozyskowy, mieszadla i lozyska dla prowa¬ dzonych w sposób ciagly, zwlaszcza w zawiesi- jiaich, wieloetapowych reakcjii chemicznych o sil¬ nie zmieniajacej sie konsystencji produktu reak¬ cji.

Zaznaczona w opisie patentowym Niemieckiej Republiki Demokratycznej nr 94 606 latwosc do¬ stosowania czesci wbudowanych zbiornika do konsystencji danego produktu reakcji, wytwarza¬ nego w wieloetapowych reakcjach chemicznych, :ze wzgledów konstrukcyjnych, omówionych we -wspomnianym opisie patentowym, odnosi sie tyl- 3to do fazy cieklej lub przeprowadzonej w stan zawiesiny. Jesli praca odbywa sie przy stosowa¬ niu wyzszych temperatur, które moga spowodo¬ wac czesciowe odparowanie uzytego rozpuszczal¬ nika, to nalezy stosowac indywidualne urzadzenia chlodzace dla skraplania ewentualnych par roz¬ puszczalnika. Podobne problemy dotyczace apara¬ tury wystepuja w przypadku otrzymywania pro¬ duktów reakcji w postaci gazowej. Opisana sytua¬ cja w obu przypadkach powoduje instalowanie urzadzen nie dostosowanych do zbiorników reak- cyjnyeh wedlug opisu patentowego Niemieckiej Republiki Demokratycznej nr 94 606, co" wyklucza mozliwosc racjonalnego ich wykorzystania w ukla¬ dzie kaskadowym reaktorów.

Celem wynalazku jest uksztaltowanie zbiornika, io pozwalajace na jego zamontowywanie i rozmon¬ towywanie, na zasadzie konstrukcji zespolowej, bez zmian instalacji doprowadzajacych produkt i energie, niezbednych do prowadzenia wieloeta¬ powych reakcji chemicznych, przy zachowaniu tych samych warunków przestrzennych, ustalonych dla aparatury pomocniczej. Zbiornik przeznaczony jest do stosowania, zwlaszcza w dowolnych ilos¬ ciach, w ukladzie kaskadowym reaktorów i dla prowadzonych przewaznie w sposób ciagly, ewen- tualnie silnie egzotermicznych reakcji chemicz¬ nych, podczas których okresowo skrapla sie pary rozpuszczalnika wzglednie absorbuje sie szkodli¬ we gazy, okresowo jednak równiez konieczne jest dokonywanie pewnych czynnosci recznych w mie- szaninie reakcyjnej. Do tych czynnosci recznych mozna zaliczyc na przyklad usuwanie skorupy, wymiane lub oczyszczanie elektrod pomiarowych, wzglednie pobieranie próbek na biezaco.

Niniejszy wynalazek stanowi rozszerzenie — przy zachowaniu wszystkich zalet latwej wymia- 104 0103 104 Oli 4 ny czesci wbudowanych — uniwersalnego zakresu stosowania zbiorników reakcyjnych wedlug opisu patentowego Niemieckiej Republiki Demokratycz¬ nej mr 94 606, równiez i na przestrzen parowa nad zwierciadlem cieczy, dzieki mozliwosciom dowol- 5 nego zabudowywania lub wymiany znormalizowa¬ nych czesci konstrukcyjnych o róznych mozliwos¬ ciach zastosowania, na zbiorniku podstawowym, przy zachowaniu bez zmian stalych przylaczen.

Kaskadowy zbiornik reakcyjny wedlug wyna¬ lazku zbudowany na zasadzie konstrukcji zespo¬ lowej, do stosowania jako zbiornik otwarty lub zamkniety w wieloetapowych, prowadzonych w Sposób ciagly, ewentualnie silnie egzotermicznych reakcjach chemicznych sklada sie ze zbiornika podstawowego, wyposazonego w kociol lozyskowy i w ewentualnie plaszcz podwójny, oraz z kaska¬ dowej czesci nasadzanej otwartej z pólrura od¬ plywowa lub z kaskadowej czesci nasadzanej zamknietej z króccem doprowadzajacym produkt i króccem odprowadzajacymi produkt, z króccem pomiarowym i z króccami odprowadzajacymi pa¬ ry lub gazy.

Wymiary otwartej wzglednie zamknietej kaska¬ dowej czesci nasadzanej sa tak dobrane, ze pod¬ czas wymiany otwartych wzglednie zamknietych kaskadowych czesci nasadzanych usytuowanie przewodów doprowadzajacych energie i produkty pozostaje bez zmian.

Przy rozmieszczeniu pewnej ilosci zbiorników wedlug wynalazku w ukladzie kaskadowym reak¬ torów, dlugosc tego ukladu i róznica wysokosci miedzy doplywem i odplywem przez czesciowa lub calkowita wymiane otwartych lub zamknietych kaskadowych czesci nasadzanych na poszczególne zbiorniki pozostaja niezmienione.

Do krócców kaskadowej czesci nasadzanej zamk¬ nietej, odprowadzajacyciy gazy lub pary, mozna przylaczac w zaleznosci od potrzeby znormalizo¬ wane chlodnice par rozpuszczalnika, urzadzenia wyciagowe lub urzadzenia pochlaniajace pary lub gazy.

Ze wzgledu na korzystny stosunek objetosci reaktorów i dowolny przekrój poprzeczny rur od¬ prowadzajacych, jak równiez ze wzgledu na mo¬ zliwosc intensywnego chlodzenia, zbiorniki w ukladzie kombinowanym zbiornika podstawowe¬ go i kaskadowej czesci nasadzanej zamknietej, nadaja sie do prowadzenia w nich silnie egzoter¬ micznych reakcji o samorzutnym wydzielaniu si^ gazów, jak na przyklad nitrowania lub chlorow¬ cowania.

Uklad kombinowany zbiornika podstawowego i kaskadowej czesci nasadzanej otwartej znajduje zastepowanie szczególnie tam, gdzde konieczne jest dokonywanie na-biezaco czynnosci recznych w procesie reakcji.

Uklad kaskadowy zbiorników wedlug wynalazku dla wieloetapowych reakcji chemicznych o zróz¬ nicowanych warunkach fizyczno-chemicznycb kazdego etapu, stanowi optymalny wariant tech¬ niki prowadzenia procesu w stosunku do typowej aparatury reakcyjnej.

Stosunek srednicy do wysokosci przelewowej h wynosi 0,8 do 1,2.

Zasadnicza zaleta zbiorników reakcyjnych po¬ lega na tym, ze mozna uzywac dowolnej ilosci zbiorników, polaczonych w uklad kaskadowy i wy¬ posazonych w stale instalacje do doprowadzania energii i produktu wraz z elementami nosnymi \ podporowymi, przy zachowaniu stacjonarnych polaczen, wykorzystywanych w dowolnie wybra¬ ny sposób do róznych procesów i operacji pod¬ stawowych.

W przypadku urzadzen uniwersalnych do wy¬ twarzania produktów chemicznych lub produktów chemiczno^farmaceutycznych drobnowagowych, na¬ stepuje czesto zmiana reagentów, jak równiez warunków samej reakcji. Jak pokazano w przy¬ kladzie wykonania, zbiornik reakcyjny ogólnego przeznaczenia mozna wymieniac w ukladzie kas¬ kadowym lub laozyc go z innymi zbiornikami tego samego rodzaju, stanowiacych warianty o budowie otwartej lub zamknietej. Poniewaz w obu posta¬ ciach wykonania zbiornik podstawowy wraz ze swoimi przylaczeniami energetycznymi i elemen¬ tami wsporczymi jest zawsze taki sam, to równiez, niezaleznie od wariantu zbiornika, moga pozostac jako stale miejsca przylaczen napedu mieszadla^ rynna odplywowa do nastepnego zbiornika oraz doprowadzenie chemikaliów, a zatem pozostaje równiez jako stale doprowadzenie i odprowadze¬ nie produktu z ukladu kaskadowego reaktorów.

Wspomniane mozliwosci wymiany zbiorników przy jednoczesnym zachowaniu niezmienionych wymiarów calej aparatury uzyskuje sie przez to, ze róznica wysokosci pomiedzy górna krawedzia zbiornika podstawowego a lozyskiem z tuleja roz¬ prezna, wciagana, przy wykonaniu otwartym jest taka sama, jak róznica wysokosci pomliejdzy górna krawedzia zbiornika podstawowego a tuleja lozys¬ kowa w wykonaniu zamknietym. Dzieki temu, niezaleznie od postaci wykonania, polozenie i dlu¬ gosc mieszadla, oraz miejsce sprzegniecia napedu mieszadla z trzonem mieszadla pozostaja nie¬ zmienne. Stale nachylenie rynny odplywowej w wykonaniu otwartym i rury odplywowej w wy¬ konaniu zamknietym, przy zachowaniu stalych wymiarów calej aparatury, stanowia dalsze cechy, wspólne dla poszczególnych elementów.

Zbiornik podstawowy, ^niezaleznie czy jest otwarty czy zamkniety, posiada stale przewody doprowadzajace pare i wode chlodzaca, których nie potrzeba zmieniac.

Wykonanie wedlug wynalazku ukladu kaskado¬ wego reaktorów jest tym samym ograniczone pod wzgledem wymiarów ogólnych w jednej plasz¬ czyznie przez trójkat prostokatny, którego prze- ciwprostokatna wyznacza miejsca przylaczen na¬ pedów mieszadel i którego katy ostre ustalaja miejsca podawania reagentów i odbioru pro¬ duktu. W obrebie tych granic mozna dokonywac dowolnej zamiany poszczególnych zbiorników, geometrycznie, na elementy, ktÓTyoh gabaryt sta¬ nowi równiez trójkat prostokatny.

Róznica wysokosci pomiedzy górna krawedzia zbiornika podstawowego a napedem mieszadla tworzy jedna przyprostokatna, róznica dlugosci po¬ miedzy boczna krawedzia zbiornika podstawowego a koncem rury odplywowej, wzglednie rynny od- 1S 2S 40 45 50 55 W i104 010 plywowej, stanowi druga przyprostokatna. Prze- ciwprostokatna przechodzi przez miejsce sprzeg¬ niecia miedzy trzonem mieszadla a napedem. W ten sposób wybrana wymiane czesci aparatury we¬ dlug wynalazku mozna przedstawic w sposób geo¬ metryczny za pomoca stalych punktów trójkatów prostokatnych, przy czym suma tych elementów wymiennych, jednakowych pod wzgledem geo- , metrycznym i przestrzennym, nie przekrac2a przy¬ jetego gabarytu przestrzennego ukladu kaskado¬ wego.

Zjawisko to ma istotne znaczenie, poniewaz uklady kaskadowe reaktorów sa przewaznie zasi¬ lane przez stale urzadzenia transportowe i dozu¬ jace, a produkt koncowy reakcji jest wytosobnio- ny pnzez zainstalowane równiez jaiko stacjonarne urzadzenia rozdzielajace. W ten sposób pokazane zostaje dane wykorzystanie przestrzenne terenu produkcyjnego.

Mozliwosc rozmieszczenia wedlug wynalazku, jedeai za drugim, otwartych i zamknietych zbior¬ ników, w celu uzyskania optymalnych warunków aparaturowych i mozliwosc dokonywania najbar¬ dziej korzystnych recznych operacji podczas pro¬ cesu danej wieloetapowej reakcji chemicznej, ist¬ nieje jedynie w przypadku rozlozenia strumienia produlktu na kilka obszarów reakcja, pomyslanych jako stacjonarne, które mozna na przyklad utwo¬ rzyc w optymalny sposób przez szereg otwartych lub zamknietych zbiorników, stanowiacych rózne pod wzgledem termicznym, przeplywowym lub chemicznym czesci ukladu kaskadowego.

Tego rodzaju latwa do recznego realizowania optymalizacja fizyczno-chemiczna w etapach po¬ srednich reakcji chemicznej poprzez odgraniczenie róznych obszarów wewnatrz strumienia produk¬ tu, mozliwa jest tylko dzieki wymianie górnych czesci zbiorników wedlug wynalazku a w przy¬ padku typowych ukladów kaskadowych reakto¬ rów z mieszadlami, mozliwa jest jedynie przez wymiane calego zespolu. : Wspomniane zalety wedlug wynalazku sa mo¬ zliwe do uzyskania tylko przy zastosowaniu opi¬ sanego zbiornika, dajacego sie zestawic w uklad kombinowany.

W zbiorniku kaskadowym wedlug wynalazku mozna, w porównaniu z zakresem zastosowania podanym w opisie patentowym Niemieckiej Re¬ publiki Demokratycznej nr 94096, prowadzic spe¬ cyficzne reakcje, jak na przyklad reakcje podsta¬ wiania, redukowania, alkilowania, chlorowcowa¬ nia, nitrowania, równiez z zastosowaniem róz¬ nych rozpuszczalników w temperaturze ich wrze¬ nia, przy pelnym wykorzystaniu zalet prowadze¬ nia reakcji sposobem ciaglym. Zwlaszcza w przy¬ padku reakcji silnie egzotermicznych, wzglednie reakcji polaczonych z samorzutnym wydzielaniem sie gazów, nadzwyczaj istotnym ze wzgledu na technike bezpieczenstwa pracy jest korzystny stosunek dowolnego przekroju poprzecznego rur wyciagowych gazu wzglednie powierzchni chlodza¬ cych, w porównaniu ze stosowanym zgodnie z obo¬ wiazujaca norma kotlem reakcyjnym.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy¬ kladzie wykonania i w przykladzie zastosowania 55 65 na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zbiornik podstawowy o plaszczu podwójnym w przekroju A—B wedlug fig. 4 widziany z boku/fig. 2 zbior¬ nik podstawowy bez plaszcza podwójnego W prze¬ kroju C—D wedlug fig. 5 widziany z boku, fig. 3 — kaskadowa czesc nasadzana otwarta dla reakcji w zawiesinie wodnej w przekroju wedlug fig. 6 widziana z boku, fig. 4 — zbiornik w przekroju G—H wedlug, fig. 1 widziany z góry, fig. 5 — zbiornik w przekroju I—K wedlug fig. 2 widziany z góry, fig. 6 — zbiornik w przekroju L—M we¬ dlug fig. 3 widziany z góry, fig. 7 — kaskadowa czesc nasadzana zamknieta dla reakcji toksycz¬ nych w przcikroju N—O wedlug fig. 8 widziana z boku, fig. 8 — zbiornik w przekroju R—S we¬ dlug fig. 7 widziany z góry, fig. 9 — uklad kilku zbiorników reakcyjnych przy zastosowaniu róz¬ nych czesci, w widoku z boku i fig. 10 — geo¬ metryczny schemat usytuowania kilku zbiorni¬ ków reakcyjnych w widoku z boku.

Istotne sziozególy budowy zbicirndlków podstawo¬ wych zostaly pokazane na fig. 1, 2, 4 i 5. Zbior¬ nik podstawowy 1 o plaszczu podwójnym 4 jest wykonany ze stali i jest emaliowany. Umieszczo¬ ne wewnatrz blachy mocujace 7 sluza do za¬ mocowania przegrody 5, która posiada przeswit nad dnem. Koziol lozyskowy 8 do zamocowania silnika przekladniowego i ulozyskowania mie¬ szadla 9 za posrednictwem lozyska 10 z tuleja rozprezna wciagana. Podgrzewanie wzglednie chlodzenie zawartosci w zbiorniku reakcyjnym odbywa sie poprzez plaszcz podwójny 4, przy czym króciec wlotowy 15 jest umieszczony w sposób styczny. Dla umozliwienia wbudowania zbiornika przewidziane sa lapy II stalowe.

Dla prowadzenia reakcji bez doprowadzenia wgizlednie oprowadzania energii cieplnej zbior¬ nik podstawowy 2 wykonuje sie z dwóch rodza¬ jów materialu, na przyklad z polichlorku winylu z laminatem poliestrowym. Mozna go równiez wykonywac bez koniecznosci uzywania specjalnych narzedzi, ze stali zwyklych wzglednie ze stali specjalnych. Czesci wbudowane i nadbudowywa¬ ne sa dostosowane do zbiornika podstawowego wedlug fig. 1. Przegroda 6 jest uksztaltowana na fig. 2 i 5 jako mufa chlodzaca. Montaz zbiornika reakcyjnego odbywa sie przy uzyciu kaskadowych czesci nasadzanych wedlug lig. 3, i, 7 i 8. Otwar¬ ta kaskadowa czesc nasadzana wedlug fig. 3 z rynna odplywowa 13 wykonana jest ze stali specjalnych. Sztywne polaczenie ze zbiornikiem podstawowym 1 lub 2 nastepuje za pomoca piers¬ cienia z kolnierzem 12. Uszczelnienia dokonuje sie za pomoca uszczelki policzteofluoroetylenowej.

Rynna odplywowa 18 sluzy do ciaglego odpro¬ wadzania zawartosci zbiornika x do nastepnego zbiornika x+l i mozna ja sztywno polaczyc za po¬ moca kolnierza 14 z zamknieta kaskadowa czescia nasadzana 21 dla reakcji toksycznych wedlug fig. 7 i 8.

Taka zamknieta kaskadowa czesc nasadzana 21 montuje sie ze zbiornikiem podstawowym 1 i 2, kiedy maja byc prowadzone reakcje z latwo wrza¬ cymi substancjami, reakcje silnie egzotermiczne104 010 8 lub reakcje, podczas których wydzielaja sie tok¬ syczne gazy.

Ciagle doprowadzanie reagentów odbywa sie przez króciec doprowadzajacy 17, zakonczony pod powierzchnia lustra cieczy w zbiorniku reakcyj¬ nym i tworzacy w ten sposób zamkniecie gazo¬ we. Rynna odplywowa 13 w tego rodzaju czesci nasadzanej uksztaltowana jest jako króciec wylo¬ towy 19..

Gazoszczelne uszczelnienie mieszadla 9 uzysku¬ je sie za pomoca pierscienia uszczelniajacego, do¬ ciskanego sprezyna w tulei lozyskowej 18, ponie¬ waz nie ma tu lozyska 10 z tuleja rozprezana wcia¬ gana i ulozyskowanie odbywa sie za pomoca lo¬ zyska kulkowego w tulei lozyskowej 18.

Krócce 16 sluza do zamontowania chlodnic zwrotnych lub do zamontowania stalych przewo¬ dów przylaczeniowych urzadzen do neutralizacji szkodliwych substancji. Mniejsze krócce 20 sluza do pomiaru wartosci pH, do kontroli tempera¬ tury i do dozowania skladników reakcji.

Wszystkie czesci sa tak wykonane, ze mozliwe jest stosowanie dowolnych wariantów, dobranych do aktualnego procesu produkcyjnego, jak uwi¬ doczniono na fig. 9. Jak wyraznie widac na fig. 10, kaskadowy uklad reaktorów, skladajacy sie z kilku pojedynczych zbiorników x, x+l, x+2,... x+n, tworzy trójkat prostokatny, którego prze- ciwprostokatna wyznacza miejsca przylaczen na¬ pedów mieszadel a katy ostre ustalaja miejsce podawania reagentów i odbioru produktów.

Claims (8)

Zastrzezenia patentowe

1. Kaskadowy zbiornik do reakcji chemicznych, stosowany jako zbiornik otwarty lub zamkniety w wieloetapowych, prowadzonych w sposób ciagly, ewentualnie silnie egzotermicznych reakcjach che¬ micznych, równiez z samorzutnym wydzielaniem sie gazów, znamienny tym, ze sklada sie ze zbior¬ nika podstawowego (1, 2) i zamknietej kaskado¬ we czesci (21) z króccem doprowadzajacym (17) reagenty i z króccem wylotowym (19) do odpro¬ wadzania produktów lub z otwartej kaskadowej czesci (3) z rynna odplywowa (13) i z króc¬ cem (16, 20)^ do odprowadzania gazów i par.

2. Kaskadowy zbiornik wedlug zastrz. 1, zna¬ mienny tym, ze zbiornik podstawowy (1, 2) jest wyposazony w koziol lozyskowy (8) mieszadla i ewentualnie posiada plaszcz podwójny (4).

3. Kaskadowy zbiornik wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze stosunek srednicy do wyso¬ kosci przelewowej (h) wynosi 0,8 do 1,2:1. i. ^__1 IT5^ "/2 Fig. 2. Prze/fro/C-D fig 3 prze^ £-F Fig.

4. Przekrój G:H Fig.

5. Prze/croj IX Fig.

6. Prze/rroj 1-/1104 010 A U-^S^J Rg.

7. Przekrój N~0 I r^s L F/g. 9 ffq.

8. Przekrój JS~S 5 + 1 -2 C v—x<- *3\ Fi3.10