SU1699589A1

SU1699589A1 - Реактор с рамной мешалкой

Info

Publication number: SU1699589A1
Application number: SU894768145A
Authority: SU
Inventors: Михаил Петрович Уманский; Владимир Дмитриевич Медведев
Original assignee: Ленинградский Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Химического Машиностроения
Priority date: 1989-12-08
Filing date: 1989-12-08
Publication date: 1991-12-23

Abstract

Изобретение относитс к реакторному оборудованию, примен емому дл осуществлени тепломассообменных технологических процессов, например, при синтезе полимеров растворным способом - полистирола, полиэтилена и др. продуктов, и позвол ет повысить удельную производительноать реактора по целевому продукту за счет увеличени коэффициента теплоотдачи от перемешиваемой реакционной среды к хладо- носителю путем разрушени пристеночного пограничного сло жидкости. Реактор с рамной мешалкой содержит продольные периферийные лопасти рамной мешалки, которые со стороны направлени вращени выполнены в виде вогнутого профил , например уголкового, в углублении которого по всей высоте лог.-(.ти расположены криволинейные , канало, с - ыходньми отверс- -и .М. направленным радмальчо в сторожу корпуса реактора. В противоположно расположенных логост х по продольной оси мешалки смещены друг относитс - -и ги:у ч. ил., 1 табл. SS лзюз С

Description

Изоор-.тение относитс к реакторному оборудованию, примен емому дл осуществлени тепломассообменных технологических процессов, например при синтезе полимеров растворным способом - полистиропсз, юлиэтиле- на ч других проектов.

Известны аппараты с рамными ме- шапк., которые относ тс к тихоходным перемешивающим устройствам и не обеспечивают необходимую интенси- фикн дию теплообмеччых технологических процессов при увеличении габаритов реакторов дл крупнотоннажных производств полимеров.

Известно также перемешивающее устройство аппарата, содержащее вал,

U-образную мешагку, злчо-,, ченчую горизонтальной сseeи частью на валу с вертикальными чнс. ми, расположенными параллельно валу, и пластину, надетую на вал и закрепленную своими торцами HI йэртикальных част х мешалки с изгибами njiacTHHbi в сторону, противоположную вращению мешалки, и отверсти ми на выпуклых ее част х.

В данном устройстве также не достигаетс требуема интенсивность перемешивани непосредственно у корпуса аппарата и, как следствие этого, недостаточен коэффициент теплоотдачи от .теренешивремой среды.

.ee близким к предлагаемому по технической сущнос- и достигаесо

Сп 00

мому эффекту вл етс техническое решение, в котором лопасти рамной

10

20

25

30

мешалки выполнены в виде подковообразного профил , вогнутой стороной направленного в сторону внутренней поверхности корпуса.

Однако недостатками данной конструкции вл ютс высока металлоемкость , трудности ее изготовлени и низка эффективность при перемешивании сред повышенной в зкости из- за отсутстви радиальных и осевых потоков жидкости непосредственно вблизи поверхности корпуса. Не достигает- 55 с разрушени пристеночного пограничного сло , который создает термическое сопротивление тепловому потоку от реакционной среды и вл етс причиной , тормоз щей увеличение коэффициента теплоотдачи.

Целью изобретени вл етс повышение удельной производительности реактора по целевому продукту за счет увеличени коэффициента теплоотдачи.

Поставленна цель достигаетс тем, что в установленной в реакторе рамной мешалке ее продольные периферийные лопасти выполнены со стороны направлени вращени в виде вогнутого профил , например уголкового, в yi- лублении которого по всей высоте лопастей расположены криволинейные каналы , выходные отверсти которых направлены радиально в сторону корпуса реактора, причем в противоположно расположенных лопаст х по продольной оси мешалки каналы смещены относительно друг друга.

На фиг.1 показан реактор с рамной мешалкой, общий вид; на фиг.2 - то же, разрез; на фиг.З и - каналу , варианты; на фиг.5 - вид А на фиг.4.

Реактор состоит из корпуса 1 с теплообменной рубашкой 2. На крышке реактора размещаетс привод,на валу 3 которого установлено перемешивающее устройство рамного типа, состо щее из продольных периферийных k и поперечных 5 лопастей. Лопасти имеют лобовую поверхность со стороны вращени в виде вогнутого профил , например уголкового (фиг.),и могут также иметь форму полуокружности, в виде квадрата и т.п.

Конкретна форма вогнутости выбираетс и рассчитываетс исход из габаритов аппарата, в зкости обра16995894

.бзтываемой среды и ее особенностей (наличие твердой фазы, склонность к адгезии и др.) .

По всей высоте лопасти 5 и пронизаны криволинейными каналами 6, которые могут быть выполнены в виде круглых труб (фиг.1 и 2), в виде плоских щелеобразных устройств и комбинированных (фиг. и 5). Конкретна форма канала 6 также выбираетс путем расчета скорости вращени рамной мешалки, в зкости среды, величины пристенного - пограничного сло среды, подлежащего смыву.

Каналы 6 имеют изгиб примерно на 90 , который выполн етс в форме полукруга по радиусу, по эллипсу или просто выполн етс по косому срезу, форма кривизны выбираетс исход из получени минимального гидравлического сопротивлени при повороте среды. Так, если среда малов зка , то достаточно канал 6 выполнить по косому срезу, а если среда высоков зка , то необходиму кривизну выполнить по эллипсу, как наиболее отвечающему плавному безвихревому течению . Во всех случа х конечный периферийный участок каналов 6, оканчивающийс выходным отверстием, должен быть направлен радиально на поверхность корпуса, так как только при аком положении обеспечиваютс максимальное соударение истекающей из канала 6 струи с пристенным слоем, который имеет повышенную в зкость, и его энергичный смыв.

Другой особенностью установки ка- палоа 6 вл етс то, что в противоположно расположенных- лопаст х по продольной оси мешалки каналы смещены относительно друг друга.

Наиболее оптимальным смещением вл етс такое положение каналов, когда каналы 6 на одной лопасти k располагаютс примерно посредине (фиг.1) рассто ни между каналами на противоположной лопасти. Такое расположение позвол ет максимально охладить поверхность корпуса смывом пограничного сло стру ми истекающей жидкости из каналов б и получить высокий коэффициент теплоотдачи.

Реактор с рамной мешалкой работает следующим образом.

Через патрубок 7 периодически или непрерывно подаютс исходные компоненты (мономер, катализатор,

35

40

45

50

55

нению с рамной мешалкой по ОСТу 26- 01-1245-23 увеличиваетс на 43%.

Коэффициент гидравлического соп- уголковые периферийные лопасти 4, про-5 ротивлени уменьшаетс на 21%. Снирастворитель и др.). При включении электродвигател приводитс в движение вал 3 с рамной мешалкой. Ее

10

15

20

25

низанные каналами 6, создают вращательное движение жидкости в аппарате. Происходит перемешивание реакционной среды. За счет конфузорности уголкового профил увеличиваетс скорость реакционной среды в его узкой части, а следовательно, и в выход щих стру х из пронизывающих криволинейных каналов 6, которые разрушают пристеночный пограничный слой среды, смывают его и рассеивают во всем объеме реактора . Смещенные по высоте друг относительно друга в противоположно расположенных лопаст х + рамной мешалки криволинейные каналы 6 практически обеспечивают разрушение и смыв, пристенного пограничного сло по всей внутренней поверхности корпуса реактора и способствуют турбулизации основного потока обрабатываемой среды .

По мере проведени процесса мономер и катализатор все активнее взаимодействуют и все больше выдел етс экзотермического тепла, которое необходимо отводить через корпус реактора . Так как пристенный - пограничный слой, величина которого колеблетс от 0,2-0,5 до 1,0-2,0 мм (в зависимости от частоты вращени мешалки, в зкости среды и температуры ) , вл етс значительным термическим сопротивлением,то разрушение и смыв его с теплообменной поверхности повышают коэффициент теплоотдачи и способствуют тому, что в единицу времени можно отвести значительно большее количество тепла, а это позвол ет сократить врем процесса, т.е. повысить удельную производительность реактора. Слив готового продукта осуществл етс через патрубок 8.

Результаты испытаний реактора ббъемом 0,063 м3 с рамной мешалкой, лопасти которой выполнены в виде уголкового профил , пронизанного каналами круглой формы (трубами 0 J2 мм), приведены а таблице.

Как видно из приведенных данных, в предлагаемом техническом решении коэффициент теплоотдачи Х. по срав- 55

жение гидравлического сопротивлени объ сн етс тем, что при наличии каналов на поверхности лопасти снижаетс напор на лопасть при ее вращении за счет того, что основна часть жидкости, натекающа в объем вогнутой части лопасти, сразу через каналы вытекает из этого объема. Это положительный факт несколько снижает (на k-6%) мощность, потребл емую мешалкой .

Экономическа эффективность предлагаемого решени заключаетс в том, что интенсификаци теплоотвода экзотермической теплоты позвол ет сократить процесс полимеризации стирола в реакторах объемом 20 м3 на k ч (вмес

16 ч процесс проходит за 1. ч), позволит (с учетом чистки реакторов и профилактических ремонтов) с одного реактора получить дополнительно в год т ударопрочного полистирола, тонна которого стоит 500-700 рублей в зависимости от мар- Зо ки полистирола.

- формула изобретени

35

40

45

50

то

Это

Реактор с рамной мешалкой, содержащий вертикальный ципиндрический корпус, теплообменную рубашку, привод с валом и закрепленную на нем рамную мешалку, состо щую из продольных периферийных лопастей, и патрубки дл входа сырь и выхода готового продукта, отличающийс тем, что, с целью гзвышепи удельной производительности реактора по целевому продукту за счет увеличени коэффициента теплоотдачи, продольные периферийные лопасти рамной мешалки выполнены со стороны направлени вращени в виде вогнутого профил , е углублении которого по всей высоте лопасти расположены криволинейные каналы с выходными отверсти ми, направленными радиально в сторону корпуса реактора, причем в противоположно расположенных лопаст х по продольной оси мешалки каналы смещены друг относительно друга.

Коэффициент гидравлического соп- ротивлени уменьшаетс на 21%. Сни0

5

0

5

жение гидравлического сопротивлени объ сн етс тем, что при наличии каналов на поверхности лопасти снижаетс напор на лопасть при ее вращении за счет того, что основна часть жидкости, натекающа в объем вогнутой части лопасти, сразу через каналы вытекает из этого объема. Этот положительный факт несколько снижает (на k-6%) мощность, потребл емую мешалкой .

Экономическа эффективность предлагаемого решени заключаетс в том, что интенсификаци теплоотвода экзотермической теплоты позвол ет сократить процесс полимеризации стирола в реакторах объемом 20 м3 на k ч (вмес16 ч процесс проходит за 1. ч), позволит (с учетом чистки реакторов и профилактических ремонтов) с одного реактора получить дополнительно в год т ударопрочного полистирола, тонна которого стоит 500-700 рублей в зависимости от мар- о ки полистирола.

- формула изобретени

то

Это

()

1,28

3900

1,30

5710

1,05

Фиг.

/

Фн.Ч.

/

Фиг. 3.

Напраёление &раще- ни мешалки

Вид А

Ф

иг. 5

Claims

формула изобретения

Реактор с рамной мешалкой, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, теплообменную рубашку, привод с валом и закрепленную на нем рамную мешалку, состоящую из продольных периферийных лопастей, и патрубки для входа сырья и выхода готового продукта, отличающийся тем, что, с целью повышения удельной производительности реактора по целевому продукту за счет увеличения коэффициента теплоотдачи, продольные периферийные лопасти рамной мешалки выполнены со стороны направления вращения в виде вогнутого профиля, е углублении которого по всей высоте лопасти расположены криволинейные каналы с выходными отверстиями, направленными радиально в сторону корпуса реактора, причем в противоположно расположенных лопастях по продольной оси мешалки каналы смещены друг относительно друга.

7 1699589 8 Рамная Рамная ме- Рамная ме- Рамная мешалка Параметр мешалка шалка из шалка из из уголкового по ОСТу участково- уголкового профиля, прони- 2601- го профиля профиля, занного трубами, -1245-83 без труб, пронизывающих периферийные лопасти пронизанного трубами, повернутыми на 90° смещенными по высоте друг относительно дру га в противоположных лопастях 1 Коэффициент теплоотдачи от перемешиваемой среды, X Вт/(м3К) 400 3900 5460 5710 Коэффициент 1,28 1,30 1,05 1,05

гидравлического сопротивления

Фие. 3.