УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ Российский патент 1997 года по МПК B01J8/10 

Изобретение относится к устройствам для проведения жидких гомогенных процессов с перемешиванием, например химических реакций, смешения жидкостей, нагрева, охлаждения и испарения жидкостей в химической, пищевой, биологической, медицинской и других отраслях промышленности.

Известна установка для проведения тепломассообменных процессов [1]
Установка включает реактор, выполненный в виде корпуса, снабженного мешалкой и патрубками для ввода вещества и вывода продуктов, насос, подсоединенный к патрубку вывода продуктов, сепаратора. Реактор выполнен в виде открытого корпуса и снабжен барботером.

Установка включает также разварочную трубу, довариватель. Разварочная труба подсоединена к насосу и выполнена в виде полой трубы переменного сечения с паровыми соплами по ее высоте (играет роль смесителя жидкости с острым паром). К доваривателю подключены сепараторы, а он в свою очередь подсоединен к разварочной трубе.

Установка по [1] работает следующим образом.

В реактор через патрубок ввода вещества непрерывно поступает смесь, где подогревается экстра-паром посредством барботера при интенсивном перемешивании мешалкой. Далее смесь из патрубка вывода продуктов поступает в насос. При выходе из насоса масса разделяется на два потока: один направляется в разварочную трубу, другой возвращается в реактор.

В разварочной трубе масса подвергается интенсивному смешению со струями острого пара. Смесь пара с массой поступает в доваритель и далее в сепаратор, где производится отделение пара от массы продукта.

Недостатки установки по [1] следующие:
1. Нагрев смеси в реакторе осуществляется острым паром, вводимым через барботер, а это, как известно, применимо в тех случаях, когда допустимо смешение нагреваемой среды с паровым конденсатом. Следовательно, установка не применима в процессах, где по технологии не допускается смешение продукта с конденсатом.

2. Невозможность интенсифицировать процесс нагрева смеси в реакторе (с целью сокращения времени на эту операцию) ввиду отсутствия теплообменных элементов в установке.

3. Невозможность применения для испарения жидкости из смеси, т.к. мала поверхность контакта жидкости и пара в реакторе (определяется, в основном, зеркалом жидкости) и не предусмотрен патрубок выхода паровой фазы из реактора.

4. При испарении жидкости из объема смеси в таких конструкциях возможно сильное пенообразование реакционной смеси в аппарате.

5. Невозможность отделения капель жидкости от паровой фазы, выделяющейся в случае кипения смеси в реакторе.

6. При использовании для испарения жидкости в реакторе инертного газа (вводить через барботер вместо острого пара) необходим его большой расход с целью образования большой поверхности контакта фаз между жидкостью и газом, и, как следствие, будем иметь сильное пенообразование в аппарате.

Известна установка для проведения тепломассообменных процессов [2]
Установка включает реактор, выполненный в виде корпуса, снабженного крышкой и патрубками для ввода вещества и вывода продуктов, теплообменники, подсоединенные к крышке реактора, и сепаратор, подсоединенный выходным патрубком к крышке реактора. Сепаратор подсоединен входным патрубком к нижней части теплообменника.

Установка для проведения тепломассообменных процессов по [2] работает следующим образом.

В реактор через патрубок ввода вещества загружаются исходные вещества. Нагрев смеси в реакторе осуществляется посредством индукционного электрообогревателя, встроенного в реактор. В процессе реакции происходит выделение в паровую фазу наиболее легколетучих соединений. Пары этих соединений поступают на конденсацию в теплообменнике, подсоединенные к крышке реактора. Конденсат пара на выходе из теплообменников представляет собой гетерогенную смесь жидкостей, т.к. в данной схеме используется гетеро-азеотропный метод проведения этерификации и поликонденсации. Смесь жидкостей поступает на разделение в сепаратор, который подсоединен входным патрубком к нижней части теплообменника. В сепараторе за счет разности плотностей происходит разделение несмешивающихся жидкостей, часть из которых выводится из схемы, а другая возвращается в реактор через выходной патрубок сепаратора, подсоединенный к крышке реактора. По истечении времени синтеза смесь выводится из реактора через патрубок вывода продуктов.

Недостатки известной установки следующие.

1. Малая интенсивность испарения жидкости из реактора, т.к. поверхность испарения ограничена зеркалом жидкости в нем.

2. Малая интенсивность нагрева жидкости в реакторе ввиду ограниченной поверхности теплообменника в нем.

3. Испарение жидкости из объема смеси в реакторе приведет к сильному пенообразованию с возможным выбросом пены из аппарата.

4. Пенообразование может нарушить реакционный режим в реакторе, т.к. пузырьки пара в пене при прохождении через теплообменники могут не сконденсировать и попасть вместе с жидкостью в сепаратор. После сепарации паровая фаза, содержащая реакционные вещества, может выброситься из установки.

Наиболее близкой к изобретению является установка для проведения тепломассообменных процессов [3]
Известная установка включает реактор, выполненный в виде корпуса, снабженного крышкой, мешалкой и патрубками для ввода вещества вывода продуктов, насос, подсоединенный к патрубку вывода продуктов, теплообменники, подсоединенные к насосу и верхней части корпуса реактора. Реактор может иметь теплообменную рубашку. Теплообменники могут подсоединяться и к крышке реактора, что с точки зрения исполнения и работы равнозначно подсоединению к верхней части корпуса, и не искажает сущности известного решения. Установка включает также дополнительную емкость, установленную над реактором, причем газовая полость дополнительной емкости соединена с газовой полостью реактора посредством трубопровода и жидкостная полость дополнительной емкости соединена трубопроводом с запорным органом с жидкостной полостью реактора.

Установка по [3] работает следующим образом.

Исходные продукты загружаются в реактор через патрубок ввода вещества и тщательно перемешиваются мешалкой. Через патрубок вывода продуктов смесь при помощи насоса перекачивается в теплообменники для охлаждения и далее в верхнюю часть корпуса реактора. В результате прохождения реакции возможна усадка реагирующей массы и понижение ее уровня. В этом случае открывается запорный орган на трубопроводе, с жидкостной полостью реактора, и осуществляется переток жидкости из дополнительной емкости в реактор, где восстанавливается необходимый уровень реакционной массы. При восстановлении уровня массы в реакторе происходит вытеснение газа из газовой полости реактора в газовую полость дополнительной емкости посредством трубопровода, связывающего эти полости.

Можно выделить следующие недостатки известной установки.

1. Невозможность применения для испарения жидкости, т.к. мала поверхность контакта жидкости и пара в реакторе (определяется, в основном, зеркалом жидкости) и не предусмотрен патрубок выхода паровой фазы.

2. Испарение жидкости из объема смеси в реакторе приведет к сильному пенообразованию с возможным выбросом пены из аппарата.

3. Невозможность отделения капель жидкости от паровой смеси, выделяющейся в случае кипения жидкости в самом реакторе.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей установки для проведения тепломассообменных процессов.

Целью изобретения является интенсификация реакционных, теплообменных, испарительных процессов, исключение пенообразования при их проведении, улучшение условий отделения пара от жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что установка для проведения тепломассообменных процессов, включающая реактор, выполненный в виде корпуса, снабженный крышкой, мешалкой и патрубками для ввода веществ и вывода продуктов, насос, подсоединенный к патрубку вывода продуктов, теплообменник, подсоединенный к насосу и крышке реактора, снабжена сепаратором, подсоединенным входным патрубком к верхней части теплообменника, а выходным патрубком к крышке реактора. Теплообменник снабжен патрубком подвода газовой фазы, подсоединенным к его нижней части, а верхняя часть теплообменника подсоединена к крышке реактора посредством выравнивающей линии.

Совокупность признаков, содержащаяся в предложенном решении, является новой и позволяет достичь цели изобретения, а использование при проведении процесса оксиэтилирования и сушки технологической жидкости подтвердило промышленную применимость.

На чертеже схематически изображена установка для проведения тепломассообменных процессов.

Установка включает реактор, выполненный в виде корпуса 1, который может иметь теплообменную рубашку 2. Корпус 1 снабжен мешалкой 3, крышкой 4 и патрубками ввода веществ 5. К патрубкам ввода веществ 5 подключена линия подвода исходного вещества 6. В нижней части реактора выполнен патрубок вывода продуктов 7, к которому подключен насос 8. К насосу 8 и крышке реактора подсоединен теплообменник 9. Теплообменник 9 может подсоединяться и к верхней части корпуса 1 реактора, что сточки зрения исполнения и работы равнозначно подсоединению к крышке реактора и не искажает сущности предлагаемого решения. К верхней части теплообменника входным патрубком подсоединен сепаратор 10, выходной патрубок которого подсоединен к крышке 4 реактора. Сепаратор можно также подключить и к верхней части корпуса 1 реактора. При таком подключении установка тоже работоспособна. Сущность изобретения при этом не изменяется. Нижняя часть теплообменнка 9 снабжена патрубком подвода газовой фазы 11, а верхняя часть теплообменника подсоединена к крышке 4 реактора посредством выравнивающей линии 12.

Установка работает следующим образом.

Исходные вещества загружаются внутрь корпуса 1 реактора из линии подвода исходных веществ 6 через патрубок ввода веществ 5. Смесь в корпусе 1 перемешивается мешалкой 3. Для нагрева смеси в корпусе реактора в его рубашке 2 может подаваться греющий пар. Из патрубка вывода продуктов 7 смесь посредством насоса 8 направляется для нагрева в теплообменник 9 пленочного типа, где движется по трубкам в виде пленки. В период пуска установки возможно смесь направить из насоса 8 непосредственно в корпус 1 реактора через патрубок 5, минуя теплообменник 9. В нижнюю часть теплообменника 9 подается поток газа через патрубок подвода газовой фазы 11.

В теплообменнике 9 газ движется в центр трубок вверх навстречу стекающей пленке жидкости. Парогазовый поток из верхней части теплообменника 9 удаляется во входной патрубок сепаратора 10 для сепарации капель жидкости, которые возвращаются в реактор через выходной патрубок сепаратора 10, подсоединенный к крышке 4 реактора или к верхней части корпуса.

Большая суммарная поверхность теплообмена корпуса 1 реактора и теплообменника 9 способствует значительной интенсификации реакционных и теплообменных процессов, а большая поверхность контакта пленки жидкости и газа в трубках теплообменника 9 способствует интенсификации испарения жидкости. Испарение жидкости из тонкой пленки в трубках теплообменника 9 исключает пенообразование, а сепаратор 10 предотвращает внезапные выбросы жидкой смеси и брызгоунос (возможен при больших скоростях газового потока в трубках), что способствует стабильности работы установки для проведения тепло-массобменных процессов. Жидкостная смесь из теплообменника 9 стекает в реактор через его крышку или верхнюю часть корпуса. Для выравнивания давления в корпусе 1 реактора и в газовом пространстве теплообменника 9 (для стабилизации перетоков жидкости) верхняя часть теплообменника 9 подсоединена к крышке 4 реактора посредством выравнивающей линии 12 (при ее отсутствии может прекратиться сток жидкости из теплообменника 9 в реактор, заполнение теплообменника жидкостью и полностью его захлебывание с нарушением работы всей установки). По истечении времени реакции (испарения) смесь выводится из установки посредством патрубка вывода продуктов 7.

Т. о. изобретение соответствует критерию новизны, а его использование в технологии подтверждает его промышленную применимость.

Использование: проведение жидких гомогенных процессов с перемешиванием, например, химических реакций, смешения жидкостей, нагрева, охлаждения и испарения жидкостей в химической, пищевой, биологической, медицинской и других отраслях промышленности. Установка для проведения тепломассообменных процессов содержит реактор, выполненный в виде корпуса, снабженного крышкой, мешалкой и патрубку для ввода вещества и вывода продуктов, теплообменник, подсоединенный к насосу и крышке или верхней части корпуса реактора. Установка снабжена сепаратором, подсоединенным входным патрубком к верхней части теплообменника, а выходным патрубком к крышке или верхней части корпуса реактора. Теплообменник снабжен патрубком подвода газовой фазы, подсоединенным к его нижней части, верхняя часть теплообменника подсоединена к крышке реактора посредством выравнивающей линии. 1 ил.

Установка для проведения тепломассообменных процессов, включающая реактор, выполненный в виде корпуса, снабженного крышкой, мешалкой и патрубками для ввода веществ и вывода продуктов, насос, подсоединенный к патрубку вывода продуктов, теплообменник, подсоединенный к насосу и крышке или верхней части корпуса реактора, отличающаяся тем, что установка снабжена сепаратором, подсоединенным входным патрубком к верхней части теплообменника, а выходным патрубком к крышке или верхней части корпуса реактора, теплообменник снабжен патрубком подвода газовой фазы, подсоединенным к его нижней части, верхняя часть теплообменника подсоединена к крышке реактора посредством выравнивающей линии.