RU17683U1 - Реактор синтеза концентрированных растворов акриламида - Google Patents

Abstract

Реактор синтеза концентрированных растворов акриламида (30...50%) биотехнологическим способом путем гидратации акрилонитрила в водном растворе с помощью обладающих нитрилгидратазной активностью микроорганизмов по экзотермической реакции с выделением тепла, содержащий вертикальный корпус, крышку, расположенный вдоль оси корпуса приводной вал, внутренний теплообменник, выполненный в виде змеевика, теплообменную внешнюю рубашку, патрубки ввода и вывода энергоносителя, исходных реагентов и реакционной массы, смотровой люк, мешалку, опору, отличающийся тем, что цилиндрический корпус реактора выполнен неразъемным с эллиптическим днищем, а внутренний теплообменник в виде змеевика выполнен из полой круглой трубы с числом витков n, где n=7, относительные размеры реактора лежат в следующих диапазонах: R/D~0,43; H/D~ 0,25; h/D~ 3,6; d/D~0,03; где D - диаметр внутренней поверхности реактора; R- радиус змеевика; H - высота слоя реакционной массы; h - расстояние от днища реактора до нижнего края торца змеевика; d- диаметр трубы змеевика.

Description

МПКВОи 19/18

РЕАКТОР СИНТЕЗА КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ РАСТВОРОВ АКРИЛАМИДА

Изобретение относится к области синтеза мономера, применяемого в производстве полиакриламида и различных сополимеров на основе акриламида, используемых в качестве флокулянтов в горнорудной и угольной промышленности, черной и цветной металлзфгии, для обработки сточных вод бумажной, машиностроительной, лакокрасочной, деревообрабатываюш;ей отраслей промышленности, в производстве фосфорной кислоты и жидких удобрений на ее основе, для очистки воды в хозяйственно-питьевом водоснабжении, в качестве загустителей, суперабсорбентов, клеевых компонентов, а именно для синтеза концентрированных растворов мономера биотехнологическим способом. Реактор может применяться для проведения химических реакций в жидких средах с выделением или поглош;ением тепла.

По известному способу получения амида по а. с. № 1530101 АЗ, кл. 4 С 12 Р 13/02 // С 12 1/04, СССР, 1989 г., реакцию гидратации нитрильного соединения проводят с помощью суспензии граммположительных микроорганизмов в сосуде, состояш;ем из материана, не пропускающего свет.

Недостатком реактора по данному способу является то, что существуют ограннчения по материалу реактора и реактор не имеет теплообменников. Синтез акриламида сопровождается экзотермической реакцией. Для интенсивного выравнивания температуры реакционной массы, исключения потери активности биокатализатора и отравления побочными продуктами, необходим отвод тепла через внутренний теплообменник и теплообменную рубашку реактора синтеза.

Известен реактор для химических продуктов по патенту № 2123380, кл. 6 В 01 J 19/18, РФ, 1998 г, который может использоваться в химической, атомной и нефтехимической промышленности.

Недостатком данной конструкции является сложная конструкция реактора. Наличие барботера, выполненного в виде пустотелой перфорированной трубчатой мешалки, приводит к насьщению реакционной массы газами, в результате чего снижается активность биокатализатора, качество и производительность продукции. Конструкцией предусмотрена вторая мешалка, выполненная в виде перфорированного змеевика. Нри производстве акриламида охлаждение реакционной массы производят холодным рассолом. Смешение рассола с реакционной массой через перфорированный змеевик не допустимо, так как приводит к нарушению технологического процесса.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является реактор смешения по патенту JSfo 2031704 С1, кл.6 В 01J 19/18, РФ, 1995 г., предназначенный для синтеза целевых продуктов: лекарственных препаратов, лаков, красок, ингибитора коррозии, присадок к моторным и топливным маслам.

Недостатком данного реактора является сложность конструкции, затрудняющая его чистку, ремонт, неудобства в эксплуатации. Выходной переток для выгрузки реакционной массы расположен в верхней части обечайки реактора, что усложняет выгрузку реакционной массы. Наличие малого и большого отбойников влияет на величину мощности реактора. Конструкция реактора по патенту № 2031704 принимается за прототип.

Задачей предлагаемой конструкции реактора является устранение указанных недостатков за счет упрощения конструкции, подбора оптимальных размеров реактора и теплообменников, поддерживающих необходимую температуру реакционной массы, что в итоге обеспечивает получение качественной продукции при минимальных затратах.

Поставленная задача решается следующим образом.

Реактор синтеза концентрированного раствора акрил амида (30 - 50%) биотехнологическим способом путем гидратации акрилонитрила в водном растворе с помощью обладающих нитрилгидратазной активностью микроорганизмов по экзотермической реакции с выделением тепла, содержит вертикальный корпус, крыщку, расположенный вдоль оси корпуса приводной вал, внутренний теплообменник, выполненный в виде змеевика, теплообменную внешнюю рубашку, патрубки ввода и вывода энергоносителя, исходных реагентов и реакционной массы, смотровой люк, мешалку, опору. Цилиндрический корпус реактора выполнен неразъемным с эллиптическим днищем, а внутренний теплообменник в виде змеевика выполнен из полой круглой трубы с числом витков П, где

п 7, относительные размеры реактора лежат в следующих диапазонах:

,43;

,25;

ЬЛ)3,6;

0,03;

D - диаметр внутренней поверхности реактора;

RZ- радиус змеевика;

Н -высота слоя реакционной массы;

h- расстояние от днища реактора до нижнего края торца змеевика;

dz - диаметр трубы змеевика.

На фиг. 1 изображен заявленный реактор синтеза, содержащий вертикальный корпус 1, выполненный неразъемным с эллиптическим днищем 8, крышку 9, расположенный вдоль оси корпуса приводной вал 2, внутренний теплообменник в виде змеевика 3, выполненный из полой круглой трубы с числом витков п 7, теплообменную рубашку 4, патрубки ввода и вывода энергоносителя 5,14, патрубки ввода исходных реагентов 11, 12 и вывода реакционной массы 13, смотровой люк 6, мешалку 7, опору 10.

Реактор синтеза акриламида работает следующим образом.

В реактор заданного объема через патрубок 12 загружается умягченная вода. Затем при работающей мешалке через патрубок 11 загружают заранее приготовленную суспензию биокатализатора, интенсивно перемешивают для гомогенизации реакционной массы и равномерного теплового поля в заданном объеме реактора. В теплообменную рубашку 4 и змеевик 3 подается рассол заданной температуры. Затем осуществляют дозирование акриламида согласно технологии. По окончании дозирования отбирается проба реакционной массы для газохроматографического анализа. Получается акриламид заданного свойства.

Сравнивая потоки тепла, проходящие через стенку аппарата и через змеевик с тепловым потоком, выделяемом при экзотермической реакции, можно сделать вывод, что, исполъзуя охлаждение через теплообменники, мы обеспечиваем равномерное протекание процесса, более полное использование биокатализатора и получение качественного акриламида.

На основании результатов экспериментальных исследований процесса на «модельном реакторе и расчета масштабного перехода с «модельного реактора на «натуральный, результаты подтверждены для нестандартного

реактора объемом 5 м процессом серийного производства концентрированных растворов акриламида (30 ... 50) при выполнении условий: ню-0,25;

,6;

dz/D 0,03;

D - диаметр внутренней поверхности реактора;

RZ- радиус змеевика;

Н -высота слоя реакционной массы;

h - расстояние от днища реактора до нижнего края торца змеевика;

dz - диаметр трубы змеевика;

п - число витков змеевика.

При проведении работ на натурном реакторе без змеевика, выполненного из полой круглой трубы с числом витков п 7, рубашка не обеспечивает равномерное протекание процеса.

Claims (1)

1. Реактор синтеза концентрированных растворов акриламида (30...50%) биотехнологическим способом путем гидратации акрилонитрила в водном растворе с помощью обладающих нитрилгидратазной активностью микроорганизмов по экзотермической реакции с выделением тепла, содержащий вертикальный корпус, крышку, расположенный вдоль оси корпуса приводной вал, внутренний теплообменник, выполненный в виде змеевика, теплообменную внешнюю рубашку, патрубки ввода и вывода энергоносителя, исходных реагентов и реакционной массы, смотровой люк, мешалку, опору, отличающийся тем, что цилиндрический корпус реактора выполнен неразъемным с эллиптическим днищем, а внутренний теплообменник в виде змеевика выполнен из полой круглой трубы с числом витков n, где n=7, относительные размеры реактора лежат в следующих диапазонах: R_z/D~0,43; H/D~ 0,25; h/D~ 3,6; d_z/D~0,03; где D - диаметр внутренней поверхности реактора; R_z - радиус змеевика; H - высота слоя реакционной массы; h - расстояние от днища реактора до нижнего края торца змеевика; d_z - диаметр трубы змеевика.