RU182590U1

RU182590U1 - Chemical reactor

Info

Publication number: RU182590U1
Application number: RU2018115600U
Authority: RU
Inventors: Антон Сергеевич Ребрик; Яков Зиновьевич Нис
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2018-08-23

Abstract

Полезная модель относится к области химического машиностроения, в частности к конструкциям реакционных аппаратов, а именно стационарным реакторам с подвижными элементами внутри, и может быть применена для интенсификации гетерогенных процессов в производствах химической, нефтехимической и фармацевтической промышленности.Технический результат предлагаемого технического решения заключается в увеличении выхода готовой продукции за счет достижения наиболее полного газонасыщения значительной части слоя жидкости. Химический реактор для проведения процессов в гетерогенных средах, состоящий из цилиндрического корпуса с теплообменной рубашкой, днища и крышки и содержащий перемешивающее устройство, барботер, установленный соосно с цилиндрическим корпусом в его днище, боковые отражательные перегородки, расположенные вдоль цилиндрического корпуса и днища, штуцеры для ввода исходных компонентов и вывода целевого продукта, расположенные на крышке и днище, барботер выполнен в виде горизонтального трубчатого элемента в форме тора с четырьмя вертикальными трубчатыми элементами, расположенными на диаметрально противоположных сторонах между боковыми отражательными перегородками и имеющими высоту, равную 2/3 высоты цилиндрического корпуса, причем трубчатый элемент в форме тора и четыре вертикальных трубчатых элемента снабжены отверстиями, расположенными по винтовой линии, а их оси направлены под углом 35-45° к оси движения жидкости.The utility model relates to the field of chemical engineering, in particular to the design of reaction apparatuses, namely stationary reactors with movable elements inside, and can be used to intensify heterogeneous processes in the production of chemical, petrochemical, and pharmaceutical industries. The technical result of the proposed technical solution is to increase the yield finished products by achieving the most complete gas saturation of a significant part of the liquid layer. A chemical reactor for carrying out processes in heterogeneous environments, consisting of a cylindrical body with a heat exchange jacket, a bottom and a cover and containing a mixing device, a bubbler installed coaxially with the cylindrical body in its bottom, side reflective walls located along the cylindrical body and bottom, fittings for input the initial components and the output of the target product, located on the lid and bottom, the bubbler is made in the form of a horizontal tubular element in the form of a torus with four vertical tubular elements located on diametrically opposite sides between the side reflective partitions and having a height equal to 2/3 of the height of the cylindrical body, and the tubular element in the shape of a torus and four vertical tubular elements are provided with holes located along a helical line, and their axes are angled 35-45 ° to the axis of fluid movement.

Description

Полезная модель относится к области химического машиностроения, в частности к конструкциям реакционных аппаратов, а именно стационарным реакторам с подвижными элементами внутри, и может быть применена для интенсификации гетерогенных процессов в производствах химической, нефтехимической и фармацевтической промышленности.The utility model relates to the field of chemical engineering, in particular to the design of reaction apparatuses, namely stationary reactors with movable elements inside, and can be used to intensify heterogeneous processes in the chemical, petrochemical, and pharmaceutical industries.

Известна барботажная колонна для получения уксусной кислоты патент RU №2319689, МПК B01J 8/24, (Опубл. 2008.03.20), в которой реализуется способ получения уксусной кислоты посредством карбонилирования метанола монооксидом углерода в барботажной реакторной колонне в присутствии твердого катализатора, причем реакция проводится при высокой концентрации катализатора.Known bubble column for producing acetic acid patent RU No. 2319689, IPC B01J 8/24, (Pub. 2008.03.20), which implements a method for producing acetic acid by carbonylation of methanol with carbon monoxide in a bubble column reactor in the presence of a solid catalyst, and the reaction is carried out at a high concentration of catalyst.

Недостатком данного аппарата является конструкция барботера, которая не способствует высокой эффективности массообменных процессов, что в свою очередь может привести к повышению коррозии внутренних элементов реакционного аппарата, а так же к повышенному образованию побочного продукта - метил ацетата.The disadvantage of this apparatus is the bubbler design, which does not contribute to the high efficiency of mass transfer processes, which in turn can lead to increased corrosion of the internal elements of the reaction apparatus, as well as to increased formation of a by-product - methyl acetate.

Известен химический реактор для проведения процессов в гетерогенных средах патент RU №2132726, МПК B01J 8710, (Опубл. 1999.07.10), содержащий корпус с теплообменной рубашкой, перемешивающее устройство, боковые направляющие устройства, барботер и двухрядный теплообменник змеевикового типа, выполненный таким образом, что расстояние между витками змеевика в свету составляет 0,5÷0,8 диаметра трубы змеевика, расстояние между рядами змеевика равно 1,2 диаметра трубы, и вместе с барботером он образует диффузор с конусом в нижней части сепаратора. На выходе из диффузора размещается дополнительное турбулизирующее устройство пропеллерного типа в виде пяти пластин с шириной пластины, равной 1/3 ее длины, которое установлено под углом 90° к направлению движения перемешивающего потока.Known chemical reactor for carrying out processes in heterogeneous environments, patent RU No. 2132726, IPC B01J 8710, (Publ. 1999.07.10), comprising a housing with a heat exchange jacket, a mixing device, side guides, a bubbler and a double-row coil type heat exchanger, made in this way that the distance between the turns of the coil in the light is 0.5 ÷ 0.8 of the diameter of the pipe of the coil, the distance between the rows of the coil is 1.2 times the diameter of the pipe, and together with the bubbler, it forms a diffuser with a cone in the lower part of the separator. At the outlet of the diffuser there is an additional turbulent propeller-type device in the form of five plates with a plate width equal to 1/3 of its length, which is set at an angle of 90 ° to the direction of motion of the mixing flow.

К недостаткам известного реактора следует отнести сложность конструкции, повышенную металлоемкость, приводящую к увеличению затрат на дорогостоящие материалы для элементов внутренних устройств, работающих в высоко агрессивных средах и наличие многорядного змеевика, который осложняет эксплуатацию реактора, в частности, очистку от внутренних и внешних отложений. Все это ограничивает его применение при непрерывном режиме работы. Кроме того, наличие большого количества внутренних устройств, приводит к тому, что процесс протекает в нерациональном потоке реакционной среды.The disadvantages of the known reactor include the complexity of the design, increased metal consumption, which leads to an increase in the cost of expensive materials for elements of internal devices operating in highly aggressive environments and the presence of a multi-row coil, which complicates the operation of the reactor, in particular, cleaning of internal and external deposits. All this limits its use in continuous operation. In addition, the presence of a large number of internal devices leads to the fact that the process proceeds in an irrational stream of the reaction medium.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является химический реактор синтеза уксусной кислоты фирмы «COEKENGINEERINGN.V.» (Адрес-Liessel 13, 244 Geel, Бельгия, http//www.coek.be), содержащий корпус с теплообменной рубашкой, перемешивающие устройства на центральном валу, барботер, боковые отражательные перегородки, штуцеры для ввода исходных компонентов и вывода целевого продукта.The closest in technical essence and the achieved result is a chemical reactor for the synthesis of acetic acid company "COEKENGINEERINGN.V." (Address-Liessel 13, 244 Geel, Belgium, http // www.coek.be), containing a housing with a heat exchange jacket, mixing devices on the central shaft, bubbler, side baffles, fittings for input of the starting components and output of the target product.

Недостатками известной конструкции является относительно низкая эффективность барботера, расположенного в нижней части реактора, не обеспечивающего требуемого контакта фаз на всю высоту слоя жидкости, что приводит к повышенному образованию побочного продукта - метилацетата и снижению количества получаемого целевого продукта, т.е. производительности.The disadvantages of the known design is the relatively low efficiency of the bubbler located in the lower part of the reactor, which does not provide the required phase contact over the entire height of the liquid layer, which leads to increased formation of a by-product methyl acetate and a decrease in the amount of the target product obtained, i.e. performance.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая заявка на полезную модель, является повышение качества синтезируемого продукта при одновременном увеличении производительности реактора, за счет обеспечивается наиболее полного газонасыщения значительной части слоя жидкости, что позволит увеличить эффективность массообменных процессов и сократить количество образующихся побочных продуктов - метилацетата, пропионовой кислоты и диоксида углерода (в случае синтеза уксусной кислоты).The task to which the proposed application for a utility model is directed is to improve the quality of the synthesized product while increasing the reactor productivity, which ensures the most complete gas saturation of a significant part of the liquid layer, which will increase the efficiency of mass transfer processes and reduce the amount of by-products formed - methyl acetate, propionic acid and carbon dioxide (in the case of synthesis of acetic acid).

Технический результат достигается за счет того, что барботер выполнен в виде горизонтального трубчатого элемента в форме тора с четырьмя вертикальными трубчатыми элементами, расположенными на диаметрально противоположных сторонах между отражательными перегородками и имеющими высоту, равную 2/3 высоты цилиндрического корпуса, причем трубчатый элемент в форме тора и четыре вертикальных трубчатых элемента снабжены отверстиями, расположенными по винтовой линии, а их оси направлены под углом 35-45° к оси движения жидкости.The technical result is achieved due to the fact that the bubbler is made in the form of a horizontal tubular element in the form of a torus with four vertical tubular elements located on diametrically opposite sides between the reflective walls and having a height equal to 2/3 of the height of the cylindrical body, and the tubular element in the form of a torus and four vertical tubular elements are provided with holes located along a helical line, and their axes are directed at an angle of 35-45 ° to the axis of fluid motion.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в увеличении выхода готовой продукции за счет достижения наиболее полного газонасыщения значительной части слоя жидкости, что приводит к повышению коэффициента смешивания и положительной динамике реакций синтеза, турбулизации жидкости в периферийной зоне реактора у его стенки, исключению «мертвых зон», что увеличивает эффективность теплообменных и массообменных процессов и сокращает количество образующегося побочного продукта, например, в случае многотоннажного производства уксусной кислоты.The technical result of the proposed technical solution is to increase the yield of finished products by achieving the most complete gas saturation of a significant part of the liquid layer, which leads to an increase in the mixing coefficient and positive dynamics of the synthesis reactions, turbulization of the liquid in the peripheral zone of the reactor near its wall, the exclusion of "dead zones" which increases the efficiency of heat transfer and mass transfer processes and reduces the amount of by-product formed, for example, in the case of multi-tonnage about the production of acetic acid.

На Фиг. 1 и Фиг. 2 - представлен общий вид реактора.In FIG. 1 and FIG. 2 - presents a General view of the reactor.

Реактор состоит из цилиндрического корпуса с теплообменной рубашкой 1, крышки 2 и днища 3, с размещенными на них штуцерами для ввода исходных компонентов и вывода целевого продукта 10. Внутри цилиндрического корпуса с теплообменной рубашкой 1 по центру расположен вал 4, на котором закреплены перемешивающие устройства 5. Барботер размещен соосно с цилиндрическим корпусом с теплообменной рубашкой 1 в его днище 3 и выполнен в виде горизонтального трубчатого элемента в форме тора 6 с четырьмя вертикальными трубчатыми элементами 7, расположенными на диаметрально противоположных сторонах горизонтального трубчатого элемента в форме тора 6 между боковыми отражательными перегородками 9, барботер снабжен подводящим штуцером 8. Трубчатый элемент в форме тора 6 и четыре вертикальных трубчатых элемента 7 снабжены отверстиями, расположенными по винтовой линии, а их оси направлены под углом 35-45° к оси движения жидкости.The reactor consists of a cylindrical body with a heat exchange jacket 1, a cover 2 and a bottom 3, with fittings placed on them for inputting the starting components and outputting the target product 10. A shaft 4 is located in the center of the cylindrical body with a heat exchange jacket 1, on which mixing devices 5 are fixed The bubbler is placed coaxially with a cylindrical body with a heat exchange jacket 1 in its bottom 3 and is made in the form of a horizontal tubular element in the form of a torus 6 with four vertical tubular elements 7 located on diametrically opposite sides of the horizontal tubular element in the form of a torus 6 between the lateral reflective partitions 9, the bubbler is equipped with a supply nozzle 8. The tubular element in the form of a torus 6 and four vertical tubular elements 7 are provided with holes located along a helical line, and their axes are directed at an angle of 35 -45 ° to the axis of fluid movement.

Принцип работы реактора показан на примере производства уксусной кислоты. Суть его состоит в следующем. Сначала метанол в реактор подается из уравнительной емкости метанола через штуцер для ввода исходных компонентов 10. Перед подачей в реактор метанол подогревается до температуры 185°С. Температура метанола после подогревателя регулируется автоматически. Также через штуцер для ввода исходных компонентов 10 в реактор подается обводненная уксусная кислота, катализатор родиевый и промотор метилиодид-водородйодид, который ускоряет реакцию. Оксид углерода под давлением 2.815 МПа подается через подводящий штуцер 8 в барботер, выполненный в виде горизонтального трубчатого элемента в форме тора 6 с четырьмя вертикальными трубчатыми элементами 7. С помощью горизонтального трубчатого элемента в форме тора 6 оксид углерода пронизывает весь слой реакционной смеси, что увеличивает контакт на поверхности фаз, а с помощью четырех вертикальных трубчатых элементов 7 поддерживается интенсивность массообменных процессов. Перемешивание реакционной смеси обеспечивается с помощью перемешивающих устройств 5, которые закреплены на центральном валу 4.The principle of operation of the reactor is shown by the example of the production of acetic acid. Its essence is as follows. First, methanol is fed into the reactor from the equalization tank of methanol through a fitting for introducing the starting components 10. Before being fed to the reactor, methanol is heated to a temperature of 185 ° C. The temperature of methanol after the heater is automatically adjusted. Watered acetic acid, a rhodium catalyst, and a methyl iodide-hydrogen iodide promoter, which accelerates the reaction, are also fed through a nozzle for introducing the starting components 10 into the reactor. Carbon monoxide under a pressure of 2.815 MPa is fed through a supply nozzle 8 to a bubbler made in the form of a horizontal tubular element in the form of a torus 6 with four vertical tubular elements 7. Using a horizontal tubular element in the form of a torus 6, carbon monoxide permeates the entire layer of the reaction mixture, which increases contact on the surface of the phases, and with the help of four vertical tubular elements 7, the intensity of mass transfer processes is maintained. Stirring of the reaction mixture is provided using stirring devices 5, which are mounted on the Central shaft 4.

Предлагаемая конструкция реактора обеспечивает высокий коэффициент смешивания и положительную динамику синтеза. При выходе из строя перемешивающего устройства 5 реактора барботер будет работать как пневматический смеситель, способный поддерживать высокий процент выхода качественной готовой продукции, снижая потери производительности, и позволяя доработать аппарату до плановых ремонтных работ без аварийной остановки.The proposed reactor design provides a high mixing coefficient and positive synthesis dynamics. When the mixing device 5 of the reactor fails, the bubbler will work as a pneumatic mixer, capable of maintaining a high percentage of output of high-quality finished products, reducing productivity losses and allowing the apparatus to be finalized to scheduled repair work without an emergency stop.

Применение вертикальных трубчатых элементов 7, расположенных на диаметрально противоположных сторонах барботера и имеющих высоту, равную 2/3 высоты корпуса аппарата, позволяет повысить степень газонасыщения реакционной смеси во всем объеме аппарата, увеличивая при этом скорость протекания реакций и приводя к увеличению эффективности массообмена по сравнению с рассмотренными выше реакторами.The use of vertical tubular elements 7 located on diametrically opposite sides of the bubbler and having a height equal to 2/3 of the height of the apparatus body makes it possible to increase the degree of gas saturation of the reaction mixture in the entire volume of the apparatus, while increasing the rate of reactions and leading to an increase in mass transfer efficiency compared to the above reactors.

Вертикальные трубчатые элементы также выполняют роль дополнительных отражательных перегородок, способствующих интенсивной турбулизации рабочей смеси в периферийной зоне реактора у его стенки, что существенно улучшает массообменные и теплообменные процессы в контактирующих средах.Vertical tubular elements also play the role of additional reflective walls, contributing to intensive turbulization of the working mixture in the peripheral zone of the reactor near its wall, which significantly improves mass transfer and heat transfer processes in contacting media.

Claims

A chemical reactor for carrying out processes in heterogeneous environments, consisting of a cylindrical body with a heat exchange jacket, a bottom and a cover and containing a mixing device, a bubbler installed coaxially with the cylindrical body in its bottom, side reflective walls located along the cylindrical body and bottom, fittings for input the initial components and the output of the target product, located on the lid and bottom, characterized in that the bubbler is made in the form of a horizontal tubular element in the form of a torus with four vertical tubular elements located on diametrically opposite sides between the side baffles and having a height equal to 2/3 of the height of the cylindrical body, the tubular element in the shape of a torus and four vertical tubular elements provided with holes located along a helical line, and their axes are directed at an angle of 35-45 ° to the axis of fluid motion.