***' k l»«*»j Roman Zarzycki, Andrzej Cieslak : Politechnika Lódzka, Lódz (Polska) Urzadzenie do prowadzenia wolnych reakcji chemicznych z jednoczesnym procesem wymiany masy Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do prowadzenia wolnych reakcji chemicznych z jednoczesnym procesem wymiany masy.Szereg reakcji w technologii chemicznej polaczonych jest / jednoczesnym procesem wymiany mas miedzy faza ciekla i gazowa, na przyklad z procesem rektyfikacji, destylacji lub absorpcji. Reakcje te prowadzi sie zarówno w reakatorach periodycznych, jak równiez w reaktorach przeplywowych.W produkcji malotonazowej stosuje sie reaktory o dzialaniu periodycznym w postaci zbiorników wyposazonych w mieszadlo oraz urzadzenie grzejne do ogrzewania substratów. Wada tych reaktorów iet duze zuzycie energii i czynników pomocnic/yeh. duza pracochlonnosc i skomplikowana automatyzacja procesu. W reaktorach tych nastepuje oddestylowanie lotnych skladników, lecz wymiana masy jest-malo efektywna.W produkcji wielkotonazowej stosuje sie reaktory przeplywowe typu kolumnowego lub reaktory zbiornikowe zestawione w kaskade.Reaktory o charakterze kolumn z wypelnieniem lub kolumn pólkowych, sa wyposazone w kociol do wytwarzania pary oraz skraplacz oparów. Surowce doprowadzone sa u góry kolumny, a ciecz splywajac ku dolowi kontaktuje sie z plynaca w przeciwpradzie para. Stezenie produktu wzrasta w miare przesuwania sie ku dolowi kolumny. Produkty uboczne odbiera sie na szczycie kolumny po skropleniu pary. Reaktor typu kolumnowego z wypelnieniem sajedynie przydatne do prowadzenia szybkich reakcji chemicznych przebiega¬ jacych z równoczesnym procesem wymiany masy.Reaktory kolumnowe pólkowe przydatne do prowadzenia wolnych reakcji chemicznych, wymagaja stosowania pólek o specjalnej konstrukcji, zezwalajacej na dogrzewanie poszczególnych elementów reaktora w przypadku wysokiej temperatury krzepniecia mieszaniny reakcyjnej. Wiaze sieto zdodatkowymi kosztami inwestycyjnymi i eksploatacyjnymi.Do ciaglego prowadzenia wolnych rakcji chemicznych przebiegajacych z równoczesnym procesem wymiany masy stosuje sie takze pojedyncze reaktory zbiornikowe, badz szereg reaktorów zbiornikowych* zestawionych w kaskade. W reaktorach tych mieszanina przeplywa przez kolejne elementy kaskady w sposób skokowy powodujac stopniowe zatezenie produktu glównego, natomiast produkt uboczny jest odbierany z kazdego stopnia kaskady.2 114865 Wada reaktorów zbiornikowych dzialajacych pojedynczo i w kaskadziejest niska efektywnosc procesu wymiany masy towarzyszacego reakcji, ze wzgledu na mala powierzchnie wymiany masy w stosunku do objetosci fazy reakcyjnej.Zasadnicza wada kolumn pólkowych oraz reaktorów zestawionych w kaskade jest fakt, ze wytwarzanie produktu przebiega w nich w sposób stopniowy. Oznacza to wydajnosc procesu nizsza od mozliwej do uzyskania w warukach niestopniowanych. Nadto w powyzszych rozwiazaniach wystepuje dlugi czas ustala¬ nia sie warunków pracy, co wiaze sie ze znacznymi stratami produktu w okresie rozruchu.Urzadzenie do prowadzenia wolnych reakcji chemicznych z jednoczesnym procesem wymiany masy wedlug wynalazku jest wyposazone w reaktor, w postaci izolowanej cieplnie wezownicy, odchylony od plaszczyzny poziomej o kat dodatni nie przekraczajacy 5° lub taki kat ujemny, przy którym w kazdym przekroju poprzecznym reaktora splywajaca ciecz nie wypelni calego przekroju. W reaktorze ponizej jego górnej czesci jest umieszczony króciec do doprowadzania reagentów, polaczony za posrednictwem pomp dozujacych ze zbiornikami magazynowymi substratów, przy czym dolny koniec reaktora jest polaczony z kotlem destylacyjnym, z którego jest wyprowadzony króciec do odbierania produktu glównego, zas górny koniec reaktora jest polaczony ze skraplaczem oparów. Dolna czesc skraplacza oparów jest wyposazona w przewód do odprowadzania skroplin, przy czym jedno odgalezienie tego przewodu jest polaczone z górna czescia reaktora w celu zawracania czesci produktu ubocznego, zas drugie odgalezienie sluzy do odbierania produktu ubocznego. Nadto zbiorniki magazynowe sa wyposazone w mieszadla oraz urzadzenie do obiegu czynnika grzewczego.W urzadzeniu wedlug wynalazku ciecz doprowadzana w górnej czesci reaktora splywa grawitacyjnie ku dolowi, natomiast skladnik gazowy plynie w stosunku do cieczy we wspólpradzie lub przeciw pradzie.Zastosowanie w urzadzeniu wedlug wynalazku reaktora w postaci wezownicy zapewnia dlugi czas reakcji i duza powierzchnie wymiany masy na jednostke objetosci fazy reakcyjnej gwarantujac jednoczesnie niestopniowany przebieg reakcji chemicznej w warunkach ciaglej wymiany masy. Usytuowanie reaktora pod katem ujemnym w stosunku do plaszczyzny poziomej zapewnia zwiekszenie czasu przebywania fazy reakcyj¬ nej na jednostke dlugosci reaktora, a nadto zapewnia efekt burzliwosci w zwiazku z pojawieniem sie skladowej predkosci prostopadlej do kierunku splywu. Urzadzenie wedlug wynalazku odznacza sie niezmier¬ nie prosta konstrukcja, umozliwiajaca jednak zastosowanie ukladu regulacji temperatury, a tym samym programowanie temperatury fazy reakcyjnej na drodze jej przeplywu.W urzadzeniu wedlug wynalazku istnieje mozliwosc ciaglego przesuwania równowagi chemicznej w kierunku tworzenia produktu, co umozliwia uzyskanie maksymalnej wydajnosci oraz mozliwosc szybkiego osiagniecia stanu równowagi warunków ustalonych procesu. Nadto zaleta urzadzenia wedlug wynalazkujest to, ze otrzymywane produkty, glówny i uboczny, sa odbierane z reaktora w oddzielnych strumieniach i charakteryzuja sie wysoka czystoscia.Przedmiot wynalazku w przykladzie wykonania przedstawiono na rysunku schematycznym.Urzadzenie wedlug wynalazku jest wyposazone w reaktor 1, w postaci izolowanej cieplnie wezownicy. odchylonej od plaszczyzny poziomej o dodatni kat 20\ Ponizej górnej czesci reaktora 1 znajduje sie króciec 2 do doprowadzania reagentów, polaczony za posrednictwem pomp dozujacych 3 ze zbiornikami magazyno¬ wymi 4 substratów. Dolny koniec reaktora 1 jest polaczony z kotlem destylacyjnym 5, z którego jest wyprowadzony króciec 6 do odbierania produktu glównego. Górny koniec reaktora 1 jest polaczony ze* skraplaczem oparów 7. Dolna czesc skraplacza oparów 7 jest wyposazona w przewód 8 do odprowadzania skroplin. Jedno odgalezienie tego przewodu 8 jest polaczone z górna czescia reaktora 1 w celu zawrócenia czesci produktu ubocznego, natomiast drugie odgalezienie przewodu 8 sluzy do odbierania produktu ubocznego. Nadto zbiorniki magazynowe 4 sa wyposazone w mieszadla 9 Oraz urzadzenie 10 do obiegu czynnika grzewczego.Ciekle skladniki reakcyjne, wprowadzone do zbiorników magazynowych 4 zostaja podgrzane do wymaganej temperatury i za posrednictwem pomp dozujacych 3 zostaja wprowadzone przez króciec 2 do reaktora 1. Ciecz splywa grawitacyjnie dolna czescia przekroju poprzecznego elementów rurowych reaktora 1, doplywa do kotla destylacyjnego 5, gdzie czesc jej odparowuje, zas reszta jest odbierana przez króciec 6 jako produkt glówny. Para wytworzona w kotle destylacyjnym 5 przeplywa rurami reaktora 1 przeciwpra- dowo w stosunku do cieczy. Opuszczajac reaktor 1 para wplywa do skraplacza oparów 7. Kondensat stanowiacy produkt uboczny reakcji jest odprowadzany ze skraplacza 7 przewodem 8, przy czym czesc wytwarzanego produktu ubocznego jest zawracana do górnej czesci reaktora 1.Urzadzenie wedlug wynalazku nadaje sie do wykorzystania w wielu procesach chemicznych wymiany masy z reakcja chemiczna, zwlaszcza do wytwarzania tereftalanu beta-hydroksyetylowego w procesie wymiany estrowej miedzy glikolem etylenowym i dwumetylotereftalanem. Urzadzenie nadaje sie szczególnie do prowadzenia wolnej reakcji chemicznej przebiegajacej w fazie cieklej z równoczesna rektyfikacja skladni-114865 3 ków, w której jeden z produktów jest skladnikiem lotnym a drugi jest zwiazkiem trudnolotnym. Innym przykladem wykorzystania urzadzenia wedlug wynalazku sa wolne reakcje nastepcze z jednoczesnym procesem absorpcji, w przypadku gdy zwiazkiem zadanym jest jeden ze zwiazków posrednich. Za*tosowanie reaktora w postaci wezownicy dla takiego procesu prowadzi do uzyskania najwyzszej wydajnosci z mozli¬ wych wydajnosci w ukladach przeplywowych.Zastrzezenia patentowe 1. Urzadzenie do prowadzenia wolnych reakcji chemicznych zjednoczesnym procesem wymiany masy, zlozone z reaktora, zbiorników magazynowych substratów zaopatrzonych w mieszadla, polaczonych z pompami dozujacymi, kotla destylacyjnego, skraplacza oparów oraz urzadzen obiegu grzewczego, zna¬ mienne tym, ze reaktor (1) posiada ksztalt wezownicy i jest odchylony od plaszczyzny poziomej o kat dodatni nie przekraczajacy 5°, przy czym w górnej czesci reaktora (1)jest usytuowany króciec (2) do doprowadzania reagentów, polaczony za posrednictwem pomp dozujacych (3) ze zbiornikami magazynowymi substratów (4), zas dolny koniec reaktora (1) jest polaczony z kotlem destylacyjnym (5), z którego jest wyprowadzony króciec (6) do odbierania produktu glównego, natomiast górny koniec reaktora (1) jest polaczony ze skraplaczem oparów (7), którego dolna czescjest wyposazona w rozgaleziony przewód (8)do odprowadzania skroplin, przy czym jedno odgalezienie tego przewodu (8) jest polaczone z górna czescia reaktora (1), zas drugim jest odprowadzany produkt uboczny. 2. Urzadzenie do prowadzenia wolnych reakcji chemicznych z jednoczesnym procesem wymiany masy, zlozone z reaktora, zbiorników magazynowych substratów zaopatrzonych w mieszadla, polaczonych z pompami dozujacymi, kotla destylacyjnego, skraplacza oparów oraz urzadzen obiegu grzewczego, zna- mienne tym, ze reaktor (1) posiada ksztalt wezownicy i jest odchylony od plaszczyzny poziomej o taki kat ujemny, przy którym w kazdym przekroju poprzecznym reaktora (1) splywajaca ciecz nie wypelni calego przekroju, przy czym w górnej czesci reaktora (1)jest usytuowany króciec (2) do doprowadzenia reagentów, polaczony za posrednictwem pomp dozujacych (3) ze zbiornikami magazynowymi substratów (4), zas dolny koniec reaktora (1) jest polaczony z kotlem destylacyjnym (5), z którego jest wyprowadzony króciec (6) do odbierania produktu glównego, natomiast górny koniec reaktora (1) jest polaczony ze skraplaczem oparów (7). którego dolna czesc jest wyposazona w rozgaleziony przewód (8) do odprowadzania skroplin, przy czym jedno odgalezienie tego przewodu (8) jest polaczone z górna czfscia reaktora (1), zas drugim jest odprowa¬ dzany produkt uboczny. PL