ТРУБНЫЙ УЗЕЛ ВВОДА ЦИКЛОГЕКСАНОНОКСИМА В ПЕРЕГРУППИРОВАННЫЙ ПРОДУКТ Российский патент 2008 года по МПК B01F5/00 B01F5/04 

Изобретение относится к химической промышленности, а более конкретно - к трубным узлам ввода циклогексаноксима в сернокислотный раствор капролактама (одна из основных стадий производства капролактама и полиамидных пластмасс), и может использоваться в конструкциях трубных узлов ввода любых химических жидкостей, обладающих такими же специальными требованиями к условиям объединения потоков.

Известны устройства ввода одного химического продукта в другой, принятые за аналоги и включающие трубопровод перемещения основного продукта с установленным на нем тройниковым узлом перпендикулярного подвода другого химического продукта, см. например, работу Барбанель Б.А., Васильцев Э.А., Максимова С.С. Перемешивание текучих сред в трубопроводе. Обзорная информация. Серия ХМ-1. Цинтихимнефтемаш, Москва, 1981 г., Рис.6, стр.13.

Суть работы конструкций, принятых за аналоги, заключается в следующем. При нагнетании по трубопроводу основного продукта, например, в реакционный аппарат или просто при циркуляции продукта по замкнутому контуру, через выполненный узел ввода - трубный тройник - в трубопровод основного продукта подается второй необходимый для реакции компонент. В результате, непосредственно в объеме циркуляционного контура и (или) далее в специальном реакционном объеме возникает необходимое смешивание и реагирование продуктов.

Недостатками конструкций аналогов является возможность попадания основного продукта в трубопровод нагнетания добавочного (через тройник его ввода) при внезапном отключении или выходе из строя побудителя потока (нагнетателя), т.е. прекращении подачи добавочного продукта. В применении к узлу подачи циклогексаноноксима (С₆Н₁₁NO) в сернокислотный раствор капролактама попадание сернокислотного раствора капролактама, как бы обратным ходом, в линию циклогексаноноксима не допустимо по условиям безопасности (возможно развитие взрывной реакции).

За прототип принята конструкция наиболее близкого аналога - узла смешивания по патенту US №3554228 А, В01F 5/00. Конструкция известного узла смешивания с вводом-подачей добавляемого продукта в основной поток состоит из врезанного штуцера (малого диметра) в межпатрубочное пространство, образованное в трубопроводе основного потока двумя поперечными перегородками. Сквозь перегородки пропущены патрубки с насверленными по всей их длине каналами ввода добавляемого продукта.

Работа конструкции прототипа состоит в подаче через узел смешивания двух жидкостей. Поток основного продукта перемещается по трубопроводу полным сечением до первой поперечной перегородки, затем разделяется на струи, входящие в патрубки, проследовав по ним, после второй перегородки, вновь сливаются в общий поток. В это время добавляемый продукт через штуцер (малого диаметра) подается в межпатрубочную полость, заполняет ее и по каналам, насверленным по всей длине патрубков, проникает в струи основного потока, перемешиваясь с ним. Необходимым условием получения смешанного потока является превышение давления в линии добавляемого продукта над давлением в линии основного потока.

Недостатком конструкции, принятой за прототип, является отсутствие безопасных условий соединения (смешивания) основного и добавляемого потоков для случая добавления циклогексаноноксима в основной циркуляционный поток сернокислотного раствора капролактама. Отсутствие безопасных условий вызвано возможностью попадания основного продукта в трубопровод нагнетания добавочного обратным ходом при внезапном отключении или выходе из строя насоса подачи циклогексаноноксима (С₆H₁₁NO) и падении давления в линии нагнетания его, что приводит к развитию взрывной реакции. (Классический пример: разбавление серной кислоты возможно только вливанием кислоты в воду. Операция «обратного» объединения (смешивания) вливанием воды в кислоту недопустима. Аналогично недопустимо и добавление обратным ходом малых доз сернокислотного раствора капролактама в циклогексаноноксим).

Целью заявленного изобретения является обеспечение безопасных условий ввода циклогексаноноксима в сернокислотный раствор капролактама путем исключения возможности попадания сернокислотного раствора капролактама в линию подачи циклогексаноноксима.

Указанная цель достигается тем, что в известном трубном узле ввода циклогексаноноксима в сернокислотный раствор капролактама через штуцер, соединенный с межпатрубочной полостью, образованной в трубопроводе двумя поперечными перегородками, сквозь которые пропущены патрубки с насверленными каналами ввода, оси каналов ввода циклогексаноноксима, выполненных в патрубках, размещены в плоскостях, расположенных только на расстояниях, равных не более половины диаметра патрубков от плоскости входной перегородки.

Сущность заявляемого решения поясняется схемами, изображенными на Фиг.1, 2, 3.

На Фиг.1 изображено продольное сечение предложенного трубного узла ввода циклогексаноноксима в сернокислотный раствор капролактама. Патрубки с перегородками выполнены в виде единого сварного узла, который размещен внутри фланцевой катушки, вставленной в трубопровод сернокислотного раствора капролактама со штуцером подачи циклогексаноноксима в замкнутую полость. Сварной узел вставлен с возможностью разъема на фланцево-уплотнительном и уплотнительном соединениях.

На Фиг.2 изображен фрагмент входной перегородки с патрубком и каналом подачи циклогексаноноксима. «L» - расстояние от входной плоскости перегородки до оси канала.

На Фиг.3 изображено поперечное сечение трубного узла.

Предложенный трубный узел ввода циклогексаноноксима в сернокислотный раствор капролактама, Фиг.1, 2, 3, состоит из трубопровода 1 (основного потока - сернокислотного раствора капролактама производительностью ˜500 м³/час), в который, например, фланцевыми соединениями 2 вставлена трубная катушка 3 с перпендикулярно приваренным штуцером 4 ввода циклогексаноноксима (расход до 7 м³/час). В трубную катушку 3 помещен сварной узел, выполненный из двух перегородок 5 и 6, установленных на концах патрубков 7 и приваренных к ним. Первая (по ходу потока продукта) перегородка 5 скреплена болтами 8 с приварными кронштейнами 9 внутри катушки. Перегородкой 5 и кронштейнами 9 образовано уплотнительное соединение с прокладкой 10. Аналогичное уплотнение образовано второй перегородкой 6, кронштейнами 11 и прокладкой 12 на выходе сернокислотного раствора капролактама (на выходном торце патрубков 7). Конструкция внутреннего сварного узла принята в разъемном исполнении для экспериментальной «доводки» - минимизации гидросопротивления, т.к. этот раздел механики сплошной среды целиком базируется на экспериментальных данных. При заранее отработанном варианте перегородки 5 и 6 просто привариваются к трубной катушке 3. Перегородками 5 и 6 и трубной катушкой 3 образована замкнутая - герметичная - межпатрубочная полость 13.

Для поступления циклогексаноноксима через штуцер 4 в сернокислотный раствор капролактама из межпатрубочной полости 13 в патрубках 7 на расстояниях «L», не превышающих половины внутреннего диаметра патрубков 7 от входной плоскости перегородки 5, выполнены каналы 14.

Работа предложенного трубного узла ввода циклогексаноноксима в сернокислотный раствор капролактама заключается в следующем. При циркуляции по трубопроводу 1 основного потока - сернокислотного раствора капролактама производительностью ˜500 м³/час продукт поступает в трубную катушку 3 (скрепленную с циркуляционным трубопроводом 1 фланцевыми соединениями 2). Сталкиваясь с перегородкой 5, поток разделяется на струи, входящие - проходящие через патрубки 7. В месте входа потока в каждый патрубок 7, в его начальном участке за счет резкой формы препятствия (перегородка 5 - патрубок 7), возникает зона сужения-сжатия поперечного сечения струи (по экспериментальным данным отношение площади сечения максимально сжатой струи и внутреннего сечения патрубка для круглых отверстий на жидкости составляет ˜0,6). При этом в начальном пристеночном участке патрубка реализована зона вакууммирования, образованная с одной стороны внутренней поверхностью патрубка, а с другой - криволинейной поверхностью, повторяющей форму сжатия потока. Каналы 14, отстоящие от входной плоскости перегородки 5 на расстоянии «L» - не более 0,5 внутреннего диаметра патрубка, введены именно в эту зону. Циклогексаноноксим, поступающий через штуцер 4˜7 м³/час, попадает в полость 13, образованную перегородками 5 и 6, и далее по каналам 14 в патрубках 7 - в сернокислотный раствор капролактама. Причем, как уже отмечалось, место ввода циклогексаноноксима (по заданному расстоянию «L») - в зоне гарантированного вакууммирования.

Пользуясь уравнением Бернулли, можно доказать, что величина вакуума возрастает пропорционально квадрату скорости потока в патрубках 7, т.е. увеличивается с ростом перепада (разности) давлений по сернокислотному раствору капролактама на входе и выходе трубного узла (гидросопротивления узла) до определенной (максимальной) величины вакуума, после чего прирост вакуума исчезает.

Благодаря предложенному решению, применительно к вводу циклогексаноноксима в циркулирующий сернокислотный раствор капролактама, в отличие от прототипа, достигнуто попадание каналов подачи циклогексаноноксима только в зоны гарантированного вакууммирования. Исключается возможность проникновения сернокислотного раствора капролактама в линию подачи циклогексаноноксима обратным ходом при выходе из строя циклогексаноноксимного насоса. Таким образом, даже при работающем циркуляционном контуре сернокислотного раствора капролактама с расходной мощностью 500 м³/час насос подачи циклогексаноноксима может выводиться из эксплуатации - отключаться без какого-либо ущерба-нарушения главного технологического условия - условия безопасного ведения процесса. (Более того, линия ввода циклогексаноноксима, в отличие от прототипа, может проектироваться как безнасосная вообще. После вывода контура сернокислотного раствора капролактама на циркуляцию достаточно только открыть запорную арматуру на линии подачи циклогексаноноксима и добавочный продукт начнет поступать в циркуляционный контур под действием вакуум-всасывающего эффекта.)

Только использование предложенного решения конструктивно обеспечивает безопасную работу узла ввода циклогексаноноксима в циркулирующий сернокислотный раствор капролактама. Применение конструктивнобезопасных устройств наиболее выгодный - наименее затратный способ достижения общей взрывобезопасности действующих химических производств.

Изобретение относится к химической промышленности, а более конкретно к трубным узлам ввода циклогексаноноксима в перегруппированный продукт процесса получения капролактама. В трубный узел с помощью фланцевых соединений (2) вставлена трубная катушка (3) с перпендикулярно приваренным штуцером (4) ввода циклогексаноноксима в перегруппированный продукт. Штуцер (4) соединен с межпатрубочной полостью (13), образованной в трубопроводе двумя поперечными перегородками (5) и (6). Поперечные перегородки расположены по ходу потока перегруппированного продукта и установлены на концах патрубков (7) с насверленными каналами (14) ввода. Оси каналов (14) расположены на расстояниях, равных не более половины диаметра патрубков, от плоскости входной перегородки (5). Технический результат: обеспечение безопасных условий ввода циклогексаноноксима в перегруппированный продукт процесса получения капролактама путем исключения возможности попадания перегруппированного продукта в линию подачи циклогексаноноксима. 3 ил.

Трубный узел ввода циклогексаноноксима в перегруппированный продукт процесса получения капролактама, включающий штуцер, отличающийся тем, что штуцер соединен с межпатрубочной полостью, образованной в трубопроводе двумя поперечными перегородками, расположенными по ходу потока перегруппированного продукта и установленными на концах патрубков с насверленными каналами ввода, причем оси этих каналов расположены на расстояниях, равных не более половины диаметра патрубков от плоскости входной перегородки.