SU961746A1 - Диффузорно-пенный реактор-фибридатор - Google Patents

Description

нолитной Детали суживающе-расшир ю-щейс  формы г причем суженна  средн   часгь диффузора имеет боковое отверстие дл  монтажа форсунки 2, Вследствие отсутстви  в известном реакторе приспособлени  дл  подачи жидкой фазы в виде сплошной пелены в месте ее контакта с газовой фазой это устройсгво не позвол ет получать фибриды синтетических полимеров. Кро ме того, в известной конструкции отсутствует устройство дл  генерироваНИН газовой фазы исходных продуктов. Цель изобретени  - интенсификаци  процесса и повышение надежности эксплуатации установки. Поставленна  цель достигаетс  тем что диффузорно-пенный реактор-фибри|датор , содержащий вертикально установленную реакционную камеру,выполне ную в виде двух усеченных конусов, о ращенных друг к другу меньшими основ ни ми с образованием между ними щели причем отношение большего диаметра к меньшему составл ет 2,5-2,1, а высот кольцевой щели равна 0,02-0,06 величины большего диаметра конуса. Надежность эксплуатации установки определ етс  следующими факторами. Во-первыХ, применение в качестве приспособлени  дл  создани  необходи мого динамического напора газовой фа зы в месте ее контакта с жидкой фазо устройства конфузорно-диффузорного т па исключает забивание сужени  непла в щимис  примес ми и продуктами разложени  мономера в услови х повышенных температур расплава (выше .130°С) Во-в.торых, в св зи с переносом ре акционной зоны непосредственно в сужение с отсутствием энергозатрат на .дросселирование газового, потока до реакционной зоны необходимостьв зна чительном перегреве газовой фазы исключаетс , что позвол ет снизить тем пературу газовой фазы на входе в реакционную камеру от 190-200 до 150170 С , т.е. в среднем на 30-40°С. Расчетами и экспериментом установлено , что снижение температуры газовой фазы на каждые. позвол ет снизит температуру стенки испарител  на 110115°С . Таким образом, при внедрении предлагаемой конструкции эксплуатацию камеры генерировани  газовой фазы стало возможным осуществл ть при температуре стенки испарител  3504500с вместо 650-800°С (габл. 1). Снижение температуры стенки ис-. парител  до указанных температурных пределов предотвращает веро тность деформации и разрыва корпуса испарител  при проведении технологического процесса в услови х повышенного давлени . Нар ду с этим, за счет снижени  температуры газовой фазы на вхр .де в реакционную зону происходит пропорциональное снижение энергозатрат на генерирование газовой фазы в среднем на 15%, а также снижение, теплопотерь в окружающую среду за счет снижени  температуры стенки испарител . В-третьих, надежность эксплуатации обеспечиваетс  стабильным выходом полимера. Последний зависит от соотношени  геометрических размеров конструктивных элементов реакционной камеры . При отношении наибольшего диаметра усеченного конуса к наименьшему диаметру его меньше 2:1 происходит частичный провал жидкой фазы в камеру генерировани  газовой фазы, что влечет за собой нарушение мол рного соотношени  мономеров в зоне контакта фаз, образование олигомерных твердых продуктов ниже реакционной зоны, сажеобразование и загр знение фибридов, снижение выхода целевых продуктов. При отношении .наибольшего диаметра усеченного конуса к наименьшему диаметру его больше 2,5:1 возникает струйный проскок, мономера газовой фазы и резкое снижение выхода полимера до 60-65% от теоретического. Таким образом, надежна  эксплуатаци  установки при достаточно высокой эффективности технологического процесса возможна при соотношении на-; ибольшего и наименьшего диаметров усеченных конусов, образующих реакционную камеру, в пределах 2,5-2:1 (табл. 2). Высота кольцевой щели определ ет размеры получаекых фибридов. При посто нном расходе жидкой фазы с уменьшением высоты щели увеличиваетс  скорость истечени  жидкой фазы, напр жение и скорость относительного сдвига ее, уменьшаетс  толщина жидкостной пленки и диффузионное торможение, увеличиваетс  средневзвешенна  длина фибридов. При увеличении высоты щели при посто нном расходе жидкой фазы указанные показатели ухудшаютс . Уменьшение высоты щели ниже 0,02 величины наибольшего диаметра резко увеличиваетс  гидравлическое сопротивление и ограничивает расход жидкой фазы, снижает производительность установки. Оптимальной высотой щели, обеспечивающей размеры фибридов, удовлетвор ющие прбмышленность синтетических бумаг, при высоком выходе полимера экспериментально установлено О,02-0,03величины наибольшего диаметра. Увеличение высоты щели до 0,06 величины наибольшего диаметра усеченного конуса следует устанавливать при повышенной до 5 моль/м носител  концентрации мономера в газовой фазе (нормальна  концентраци  мономера в газовой фазе 1-1,5 моль/м), что максимально позвол ет предложенна  конструкци  реактора-фибридатора . Вли ние высоты кольцевой щели, сообщающей реакционную камеру с напорной кольцевой камерой, на выход полимера и размеры получае1-ых фибри дов представлено в табл. 3. На чертеже изображен реактор-фибридатор ,состо щий из вертикальной ре акционной камеры и расположенной под ней камеры генерировани  газовой фаз Камера генерировани  газовой фазывклю ает форсуночный смеситель 1, диффузор 2 и испаритель-перегреватель 3. Форсуночный смеситель 1 содержит соп ло 4, кольцевой зазор и штуцер 5 дл  ввода носител  газовой фазы. Реакционна  камера образована двум  усеченныт-ш конусами, .обращенными друг к другу наименьшими основани ми, с обра зованием между ними сплошной горизон тальной кольцевой щели. Разъемные части корпуса реакционной камеры (конфузор 6 и диффузор 7) имеют резь бовое соединение, уплотненное набивкой 8 и нажимной гайкой 9. Между вну ренней стенкой верхней цилиндрическо части конфузора 6 и наружной коничес кой стенкой диффузора 7 образована кольцева  полость со штуцером 10.радиального ввода. Диффузор 2, испаритель-перегреватель 3 и реакционна  камера снабжены электронагревательными элементами 11. Отношение диамет ров наибольшего и наименьшего основа ний усеченных конусов 2,5-2:1. . Реактор-фибридатор оборудован гильзами 12-дл  термопар и техническими манометрами 13. Форсуночный сме ситель 1, диффузор 2, испаритель 3, реакционна  камера и труба 14 отвода реакционной массы креп тс  между собой простыми фланцевыми соединени ми Дл  обеспечени  регулировани  высоты , кольцевой щели между наименьшими основани ми усеченных конусов в пределах ,0,02-0,06 величины диаметра наибольшего основани  усеченного конус . с шагом регулировани  0,05-0,1 мм. верхнее фланцевое соединение реакционной камеры с трубой 14 отвод-а реакционной массы имеет увеличенное до 8-16 количество болтовых соединений (возможна замена увеличенного колигчества болтовых соединений накидными фланцами).. . Реактор-фибридатор работает следующим образом. Расплав ацилирующего мономера хлорангидрида ароматических дикарбоновых кислот) с температурой 130150°С через сопло 4 под давлением азота поступает в диффузор, где диспергируетс  до аэрозольного состо ни  потоком гор чего воз.цуха, постуПсцощего сюда через штуцер 5 и кольце вой зазор форсунки. Аэрозольно-воздушна  смесь, поднима сь в вертикаль ной плоскости вдоль поверхностей теплообмена диффузора 2 и испарител перегревател  3, превращаетс  в паровоздушную смесь,. содержашую мономер в состо нии перегретого пара, и с температурой 150-190°С поступает в горловину реакционной камеры, где за счет сужени  линейна  скорость паровоздушной смеси возрастает и достигает максимума. При этом пропорционгшьно квадрату увеличени  линейной скорости возрастает кинетическа  энерги  потока. Жидка  фаза (воднощелочнойраствор сщилируемого бифункционального соединени ) с температурой 95-105°С под напором, создаваеуым центробежньт насосом , через штуцер 10 радиального ввода поступает в кольцевую полость, откуда истекает через кольцевую щель в горизонтальной плоскости реакционной зоны в виде пелены (сплошной тонкой пленки) от периферии к центру и вступает в контакт с газовой фазой. При этом в перекрестном токе взаимодействующих фаз непосредственно в горловине при максимальных скорост х истечени  фаз протекают процессы тепло- и массообмена, мгновенные или быстрые реакции поликонденсации с образованием гелеобразной .пленки, инверси  фаз (жидка  фаза диспергирует в сплошной газовой фазе с образованием высокотурбулизованной газожидкостной эмульсии, в которой также распредел ютс  набухшие частицы полимера) с образованием подвижной трехфазной пены и формование фибридов в услови х повышенного напр жени  сдвига, испытываемого жидкой фазой, Контакт взаимодействующих фаз в интенсивном гидродинамическом режиме обеспечивает формование длинноволокнистых фибридов непосредственно в реакционной камере реактора-фибридатора . Так как на размеры фибридов в значительно большей степени оказывает вли ние скорость истечени  жидкой фазы, чем газовой фазы в предложенной конструкции, где периметр и общее сечение щели меньше, чем в цилиндрическом корпусе с перфорированной перегородкой, при одном и том же расходе жидкой фазы размеры получаемых фибридов больше и по средневзвешенной длине достигают 260-280 дцг против 70-100 дцг в реакторе с перфорированной перегородкой. На.развитой поверхности трехфазной пены протекают дальнейшие процессы поликонденсации и нейтрализации выдел ющегос  низкомолекул рнрго вещества (хлористый водород) содержащимс  в жидкой фазе основанием (щелочь). Реакционна  масса динамическим потоком воздуха подаетс  в сборник-сепаратор , где раздел етс  на водную суспензию полимера и отход щие газы. Предложенна  конструкци  реакторафибридатора позвол ет организовать непрерывное производство длинноволокНИСТНЫХ фибридов термостойких полимеров с ароматически.и  драми в цеп обеспечивает повьвиенную надежность эксплуатации оборудовани , устойчивость технологического режима и снижение энергозатрат. Реактор может быть применен дл  синтеза широкого класса линейных полиамидов и полиэфиров с использованием высокореакционноспособных мономеров.

Промьшленное внедрение конструкции в производстве полиамида-бТ с целью переработки его в синтетическую бумагу электротехнического назначени  при мощности установки 100 т/год даст экономический; эффект 2166 тыс.руб. в год.

Таблица

Зависимость тe mepaтypы стенки испарител  от температуры газовой фазы на входе в реакционную камеру при линейной скорости газовой фазы 8 м/с и высоте испарител  3 м.

Продолжение табл. 3ТаблицаЗ

Зависимость размеров фибридов и 15 выхода полимера от скорости истечени  жидкой фазы в реакционную зону

иый налет полимера ниже кольцевой щели

96

2:1

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР

по за вке 2563805/26,кл.В 01 J 1/00 С 08 G 69/04.

2.Авторское свидетельство СССР 82133, кл. В 01 J 19/00, 1947.