SU852341A1 - Реактор - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к химическим аппаратам дл  проведени  различных теплообменных химико-технологических процессов в изотермическом режиме, в которых необходим интенсивный отвод тепла от реакционной среды.

Известно техническое решение, согласно которому полимеризаци  газообразных олефинов осуществл етс  в аппарате емкостного типа, в нижней части которого расположен барботер (или эрлифт), а непрерывна  циркул ци  газообразного мономера и паров растворител  производитс  через весь объем полимеризуемой среды , где мономер частично полимеризуетс , а выдел ющеес  при этом тепло выноситс  циркулирующим мономером за счет испарени  растворител  и подачи этого мономера в барботеры предварительно охлажденным 1. Проход  через весь объем полимеризуемой среды, мономер и парогазова  смесь осуществл ют перемешивание среды и контакт мономера с катализатором .

Однако известное техническое решение имеет следующие существенные недостатки:

1. Циркулирующий газообразный мономер и парогазова  смесь, проход  через весь объем полимеризуемой среды, унос т

из нее частицы полимера и катализатора, которые, охлажда сь на стенках трубопроводов , теплообменников, арматуры и др., забивают их и вывод т из стро . Это вызывает необходимость установки за полимеризаторами дополнительного оборудовани  в виде циклонов, скрубберов, фильтров дл  улавливани  частиц полимера и канолизатора .

0 2. Использование барботажного или эрлифтного перемешивани  путем непрерывной циркул ции газообразного мономера и паров растворител  через полимеризующуюс  среду имеет весьма ограниченное

J5 применение, так как оно может быть применено только при обработке малов зких жидких сред. При использовании сред повышенной в зкости, в частности при загущенных суспензи х, когда новышаетс  концентраци  полимера в растворителе, и следовательно , увеличиваетс  съем продукта с единицы реакционного объема примен ть барботажное перемешивание не эффективно , так как газовый поток в этом случае,

25 выход  из барботеров, не дробитс  на множество пузырьков, а сами пузыри имеют низкую скорость подъема, и, как следствие этого, имеет место низка  эффективность. Известен такж(; емкостный аппарат дл 

30 проведени  процессов полимеризации, особенностью которого  вл етс  вращающеес  теплообменное перемешивающее устройство , выполненное из труб, укрепленных на полом валу и расположенных на разных радиусах вращени , причем внутренние полости труб мешалки и вала сообщены друг с другом дл  циркул ции хладагента 2. Такое выполнение аппарата позвол ет обеспечить интенсивный отвод тепла от циркул ционной среды по всему реакционному объему аппарата.

Однако в таком аппарате хладагент, подаваемый из полого вала в трубы мешалки , при их вращении под действием центробежной силы имеет различные гидродинамические услови  течени  в них, в результате чего эффективность теплообмена внутренних труб, расположенных в центральной зоне аппарата, значительно ниже, чем периферийных труб. Это обсто тельство не позвол ет создать полностью изотермические услови  ведени  процесса.

Известен реактор емкостного типа дл  проведени  химических процессов, перемешивающие лопасти которого выполнены из тепловых, , нтенсификации теплообм на .

Однако .феактор щмеет следующие нед4.с а1гки: . .., 1 .Пере %и1йваЙйще лопасти (тепловые трубы) выволненд радиальными, и их вращение осуществл етс  «след в след в одной горизонтальной плоскости. Это не позвол ет иметь одинаковую и равномерную степень перемешивани  во всем объеме реактора и тем более получить изотермические услови  ведени  процесса.

2.Радиальное расположение тепловых труб с одновременным их вращением  вл етс  неблагопри тным вариантом дл  процесса теплообмена в тепловых трубах. Это объ сн етс  тем, что зона испарени  находитс  на большем радиусе (на периферии), а зона конденсации на меньшем радиусе (вал мешалки), и теплоноситель, наход щийс  в трубах, под действием центробежной силы скапливаетс  на периферийном конце трубы, а газообразна  фаза должна двигатьс  в противоположном направлении (от периферии к валу). Это вызывает крайне неустойчивые режимы работы тепловых труб (захлебывание, срывы потоков и др.) и значительное снижение коэффициента теплоотдачи.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности реактора в работе и улучшение качества продукта. ,

Указанна  цель достигаетс  тем, что тепловые трубы установлены вертикально и концентрично относительно вала на различных радиусах вращени , а патрубки дл  ввода и вывода газообразной среды расположены диаметрально в верхней части реактора , между которыми размещены верхние концы тепловых труб.

На фиг. 1 изображен предлагаемый реактор , общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1 (поперечный разрез); на фиг. 3 - продольный разрез тепловой трубы. 5 Аппарат состоит из корпуса 1, который при необходимости может быть снабжен рубашкой 2. Внутри аппарата расположено перемешивающее устройство, состо щее из центрального вала, 3, к которому прикреплены тепловые трубы 4, установленные на разных радиусах вращени .

Крепление труб 4 к валу 3 о уществл етс  перфорированными дисками 5 или отдельными спицами (на чертежах не показаны). Тепловые трубы 4, расположенные параллельно оси вращени  и на разных радиусах, практически охватывают весь реакционный объем аппарата, обеспечива  равномерное температурное поле по всему

0 объему. Кроме того, расположение тепловых труб вертикально, т. е. соосно валу, обеспечивает расположение зон испарени  и конденсации труб на одном радиусе вращени  и между

5 ними нет разницы в величине центробежной силы, котора  вызывала бы их неустойчивую работу. Это обеспечивает наиболее оптимальный режим работы тепловых труб с получением максимально воз0 можного коэффициента теплопередачи. Вал 3 вращаетс  в подшипниках 6 от привода 7. На выходе из аппарата он герметизируетс  уплотнительным устройством 8. Нижними участками тепловые трубы 4 погружены в реакционную среду, от которой необходимо отводить тепло. Над уровнем реакционной среды, в газовой полости аппарата , расположены верхние участки тепловых труб 4. Эти участки продуваютс  охлажденным газом, который поступает в аппарат через патрубок 9, а выводитс  через патрубок 10. В качестве циркулирующего газа может быть использован мономер, который участвует в процессе, или инертный

5 газ, например азот, если мономер жидкий. Охлажденный газ циркулирует по замкну- тому контуру, состо щему из теплообменника 11 и циркул ционного компрессора (газодувки) 12. В св зи с тем, что моноQ мер участвует непосредственно в процессе и, взаимодейству  с реакционной средой, в которой находитс  катализатор (или инициатор ), ею поглощаетс , новые порции мономера поступают через регулирующий

g клапан 13. Через этот клапан также могут пополн тьс  естественные протечки инертного газа в случае его использовани  в качестве охлаждающей среды. В св зи с тем, что теплообменник-холоQ дильник И расположен вне аппарата, он может быть стандартным, например, с воздушным охлаждением.

Количество, расположение и диаметры тепловых труб 4 определ ютс  услови ми

проведени  процесса полимеризации, количеством отводимого тепла, необходимой степенью перемешивани  (турбулизации), в зкостью и плотностью реакционной среды , наличием твердой фазы и др.

Кажда  отдельна  теплова  труба 4 представл ет собой простое индивидуальное и эффективное теплопередак щее устройство , состо щее из собственно, герметичной трубы, 4, внутренн   поверхность которой может быть покрыта фитилем 14. Фитиль изготавливаетс  из любого вещества с капилл рной структурой (керамика, металлическа  сетка и др.) и пропитываетс  жидким теплоносителем, в качестве которого могут быть использованы спирты (метиловый, этиловый и др.), вода и другие жидкие среды. Теплоноситель выбираетс  в зависимости от заданной температуры процесса (реакционной среды), величины теплового потока, температуры циркулирующего газа и других факторов. Возможно и бесфитильное выполнение тепловых труб. Погруженные в реакционную среду нижние участки тепловых труб, которые отбирают тепло,  вл ютс  зоной испарени  теплоносител , заключенного в трубах, а верхние участки тепловых труб, наход щиес  надуровнем реакционной среды и обдуваемые циркулирующим охлаждаемым газом,  вл ютс  зоной конденсации теплоносител . Наружные поверхности тепловых труб могут быть отнолированы, если продукт склонен к налипанию.

Аппарат работает следующим образом. Через патрубок 15 периодически или непрерывно поступают исходные компоненты реакционной среды (растворитель с инициатором , суспендирующа  среда и др.). В зависимости от проводимого процесса возможна подача исходных компонентов через днище или корпус аппарата. От привода 7 вал 3 с тепловыми трубами 4 приводитс  во вращательное движение. Через регулирующий клапан 13 и патрубок 9 мономер (или инертный газ) подаетс  в аппарат . Одновременно включаетс  газодувка 12, котора  обеспечивает непрерывную циркул цию мономера или газа через холо-дильник И по замкнутому контуру.

Экзотермическое тепло реакции нагревают реакционную среду, а следовательно, и тепловые трубы 4, погруженные в эту среду . Тепло передаетс  жидкому теплоносителю , заключенному в трубы 4, который, испар  сь, в виде пара устремл етс  вверх по трубе в зону конденсации, расположенную над уровнем реакционной среды. Конденсаци  пара происходит вследствие обдувки верхних концов тепловых труб охлажденным циркулирующим газом. Выйд  из аппарата через патрубок 10, нагретый газ охлаждаетс  в холодильнике Ни газодувкой 12 вновь направл етс  на циркул цию через аппарат. Возврат конденсата в испарительную зону тепловых труб

4 производитс  по фитилю 14 под действием капилл рных сил или при отсутствии фитил  под действием силы т жести. В зоне испарени  теплоноситель оп ть нагреваетс , отбира  экзотермическое тепло от реакционной массы, испар етс , и весь цикл вновь повтор етс , обеспечива  непрерывность процесса теплообмена. Таким образом, кажда  отдельна  теплова  труба представл ет собой индивидуальный теплообменник с замкнутой внутренней циркул цией теплоносител . Это позвол ет обеспечить одинаковую работу в строго определенном изотермическом режиме всех тепловых - труб 4, установленных как в центральной части аппарата,так и на периферии, и получить высокую степень изотермичности реакционной среды во всем объеме аппарата. Этот эффект может быть увеличен, если тепловые трубы 4 выполнить оребренными с наружной стороны .

Отсутствие циркул ции газа через полимеризующуюс  среду обеспечивает высокую надежность и длительность работы внешнего контура теплосъема (трубопроводы , теплообменник, арматура и др.), так как полностью исключаетс  барботаж и унос частиц полимера и катализатора цз

реакционной среды.

Вывод готового продукта производитс  через патрубок 16.

Желательно расположение патрубков 9 и 10 диаметрально противоположное, так

как при этом организуетс  наиболее оптимальный - поперечный обдув холодным газом верхних участков тепловых труб 4, при котором значение коэффициента теплопередачи труб максимальное.

Пополнение газа в циркул ционном контуре производитс  путем открыти  регулируемого клапана 13 и впуска в контур свежего газа. При этом за контрольный параметр , по которому производитс  впуск свежего газа, может быть прин т расход, температура или давление.

Равномерное распределение тепловых труб 4 по сечению аппарата, их вращательное движение обеспечивают получение высоких значений коэффициентов теплоотдачи как в зоне испарени , так и в зоне конденсации . Эти положительные качества позвол ют создать и активно поддерживаФь изотермический режим процесса полимеризации , при котором разброс температур в реакционной среде  вл етс  минимальным (0,5-1,0°С), что обеспечивает получение высококачественного продукта в аппаратах практически любого размера и объема.

Предлагаемый реакционный аппарат наиболее эффективен дл  проведени  процессов полимеризации и сополимеризации различных мономеров (этилен, пропилен, тетрафторэтилен , стирол, окись пропилена, винилацетат и др.), в которых в качестве

циркулирующей среды может быть использован газообразный мономер (этилен, тетрафторэтилен и др.) или инертный газ, например азот. При этом основными требовани ми к проведению процесса  вл ютс : повышенна  надежность работы оборудовани  и возможность отвода большого количества теплоты реакции и обеспечение изотермических условий проведени  процесса во всем реакционном объеме аппарата , в том числе при обработке рабочих сред повышенной в зкости, что  вл етс  основным условием увеличени  съема продукта с единицы реакционного объема аппарата и получени  высококачественного продукта.

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР № 136549, кл. В 01 J 1/00, 1961.

2.Авторское свидетельство СССР № 318405, кл. В 01 J 9/18, 1970.

3 Авторское свидетельство СССР № 225856, кл. В 01 F 5/00, 1967.

-tg-,

(pi/e. /

К//Х//73