Реактор для проведения процесса полимеризации Советский патент 1987 года по МПК B01J19/00 

Изобретение относится к аппаратам для проведения реакции полимеризации углеводородов в растворе или суспензии и может быть использовано, в час ности, в процессе синтеза бутилкаучу ка. Процесс полимеризации ряда олефиновых углеводородов, особенно изооле финовых, например изобутилена, прово димый обычно в пределах температур между -40 и в присутствии катализаторов, в частности раствора хл ристого алюминия, отличается рядом особенностей, которые предъявляют специфические требования к аппаратуре для проведения указанного процесса . Высокая скорость реакции и ее большой тепловой эффект требуют обес печения весьма интенсивного перемешивания реакционной массы и эффектив ного отвода реакционного тепла. Задачаосложняется ввиду интенсив ного отложения полимера на всех контактирующих с реакционной массой поверхностях аппарата. Известны реакторы для проведения полимеризации, в которых концентрично корпусу, имеющему рубашку охлажде ния, установлен неподвижный охлаждае мый цилиндр, внутри которого имеется осевой насос. Полимеризатор такой конструкции обеспечивает достаточно интенсивное перемешивание реакционной массы. Однако отмечается непрерьюное положение эффективности отвода тепла реакции во время процесса полимериза ции ввиду быстрого возрастания толщины слоя полимера, отлагающегося на всех теплообменных поверхностях полимеризатора. Известен также,полимеризатор, в корпусе с рубашкой к.оторого имеется вращающийся охлаждаемый цилиндр и скребковое; устройство, непрерьшно очищающее все теплообменные поверхности аппарата. Недостатками его являются отсутствие осевого перемепшвания реакционной массы, ее интенсивной циркуляции и недостаточная интенсивность теплообмена. Наиболее близким предложенному является реактор, содержащий корпус с охлаждаемой циркуляционной трубой, устройства ввода и вьгоода хладагента привод с валом, на котором установлены перемешивающее устройство и рамы со скребками, очищающими поверхности 292 аппарата. Недостатком данного реактора является недостаточная интенсивность процесса и плохое качество продукта. Целью изобретения является повышение качества продукта путем интен-, сифйкации процессов перемешивания и теплообмена за счет образования между корпусом и циркуляционной трубой вихрей Тейлора. Поставленная цель достигается тем, что реактор для проведения процесса полимеризации, содержащий цилиндрический корпус, установленную в нем соосно охлаждающую циркуляционную трубу с полыми стенками, устройства ввода и вьшода хладагента, привод с валом, на котором установлено перемешивающее устройство5 и рамы со скребками для очистки внутренней поверхности корпуса, наружной и внутренней поверхностей циркуляционной трубы, снабжен дополнительным приводом, на валу которого жестко установлена циркуляционная труба, а рама со скребками для очистки внутренней поверхности циркуляционной трубы жестко установлена в корпусе. Кроме того, циркуляционная труба снабжена кольцевыми перегородками, поочередно закрепленными на внутренних стенках ее полости, а перемешивающее устройство вьшолнено в виде пропеллерной мешалки. Рама со скребками яля очистки наружной поверхности циркуляционной трубы жестко установлена в корпусе, а рама со скребками для очистки внутренней поверхности корпуса жестко соединена с циркуляционной трубой. Рамы со скребками для очистки внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности циркуляционной трубы установлены в корпусе свободно. Одновременное вращение цилиндра и расположенной соосно с ним пропеллерной мешалки вызывает появление в наружном кольцевом пространстве вихрей Тейлора, которые интенсифицируют процесс. Поочередное прикрепление к наружной и внутренней стенкам вращающегося цилиндра кольцевых перегородок позволяет предотвратить расслаивание газо-жндкостной смеси, которое может произойти при .вращении цилиндра. На фиг.1 показан реактор, продольный разрез; на фиг,2 - то же, вариант. Реактор включает цилиндрический корпус 1 с полусферическими или эллиптическими днищами, оснащенный внутри рубашкой 2, соосно с которым располагается и может быть приведена во вращение циркуляционная труба 3. Последняя имеет наружную 4 и внутреннюю 5 обечайки, которые оснащаются че редующимися кольцевыми разделяющими перегородками 6, выступающими .внутрь полости, имеющейся между обечайками. Труба 3 жестко соединена с валом 7 дополнительного привода (на фигуре не указан) и сообщается с полостью посредством не менее двух трубчатых элементов 8 и 9 с соосными каналами 10 и 11, имеющимися в вале. Внутри трубы 3 соосно установлена пропеллерная мешалка 12, закрепленная на конце вала 13, приводящегося во вращение от привода. Жидкий хладагент вводится в полость 14, имеющуюся между внутренней и наружной обечайками трубы 3, через патрубок 15 и отводится через патрубок 16. Такой же хладагент вводится в пространство рубащки 2 корпуса 1 через патрубок 17 и отводится через патрубок 18. Полимеризуемая среда вводится в отведенное для нее свободное пространство через штуцеры 19 и забирается через штуцеры 20. Для поддержания внутренней поверхности корпуса 1 постоянно чистой предусматривается применение скребковых устройств 21, закрепленнь1х соответствующим образом на раме 22, соединенной в свою очередь с валом 7, а еледрвательно, и соосно вращающейся с jjjjj . Для поддержания постоянно чистыми наружной и внутренней поверхности цилиндра применйют скребковые устройства 23 н 24, закрепленные соответствующим образом на рамах 25 и 26 жест ко связанных с неподвижной втулкой 27 крепящейся к корпусу аппарата. Согласно другому варианту конструк ции реактора фиг.2 предусматривается применение скребковых устройств 28 и 29, установленных на рамах 30 и 31 жестко связанных между собой и подвешенных свободно через подшипники скольжения на валу 7 и цилиндрических втулках 32, Поскольку вращение рамного сооружения происходит под действием трения скребковых устройств 29, очищающих поверхность трубы 3, то оно уравновешивается, по крайней мере частично, тормозящим действием скребковых устройств 28, действующих на внутреннюю поверхность корпуса 1, Внутренняя поверхность трубы 3 поддерживается постоянно чистой скребковьми устройствами 33, смонтированными на неподвижной раме 34, соединенной со стержнем 35, закрепленном на неподвижной конструкции аппарата и опирающимся на подпятник 36, жестко соединенный с трубой 3. Полимер, обра- , зующийся в аппарате, непрерывно забирается через штуцер 37. Аппарат работает следующим образом. Шихта и катализатор, вводящиеся в аппарат через штуцеры 19, интенсивно перемешиваются по высоте аппарата при помощи мешалки 12, что создает, возможность интенсивного ртво.да тепла реакции из зоны первоначального контакта этих компонентов. Вращение циркуляционной трубы 3 одновременно с работой мешалки 12 обеспечивает течение жидкости в реакторе по сложной траектории, что создает ус- ловия, близкие к идеальному смешению. Этому способствует прежде всего гидродинамика в окружном пространстве между корпусом 1 и циркуляцион ° трубой 3, где целесообразно поддерживать режим, когда числа Т выше критических. В этом случае в указан«ом пространстве создаются вихри Тейлора, облегчающие интенсивное раДи льное перемешивание реакционной массы и ее эффективный теплообмен с наружной поверхностью трубы 3 и поверхностью кортуса 1. Д предотвращения расслаивания хладагента в полости 14 циркуляционной трубы 3 на газообразную и жидкую фазы под действием центробежной силы, в случае применения испаряющегося хладагента (например, этилена), делесообразно применять многочисленные разделительные кольцевые перегородки 6. Эти перегородки предотвращают ухудшение теплообмена реакционной массы с внутренней поверхностью трубы 3, обеспечивая перемещение газожидкостной смеси хладагента вверх зигзагом. : I Скребковые устройства, очищающие все теплообменные поверхности аппарата, повьшают эффективность теплообмена, кроме того, предотвращают отложение полимера на этих поверхностях, В первом варианте конструкции реактора скребковые устройства, очищающие поверхност1 корпуса 1 , вращаются на рамах 22 с угловой скоростью вала 7, а значит и трубы 3, а скребки, смонтированные на рамах25 и 26, жестко соединяются с пустотелой втул кой 27 и очищают поверхности циркуля ционной трубы 3. Во втором варианте конструкции ап парата рамы 29 и 31 (соединенные меж ду собой) с соответствующими скребковыми органами вращаются благодаря действию скребков, очищающих наружную поверхность трубы 3. Учитьтая

76

го

37

фг.1 сопротивление трения, которое встречают скребки, очищающие поверхность корпуса 1, скорость вращения этих рам значительно ниже скорости вращения трубы 3 Этот вариант позволяет уменьшить сечение и жесткость рам 29 и 31 ввиду наиболее выгодного .распределения нагрузок на них. С этой же целью раму 34 со скрепковьми устройствами 33, чистящими внутреннюю поверхность трубы 3, целесообразно подсоединить к стержню 35, один конец которого опирается на подпятник 36, установленный на циркуляционной трубе 3, а другой конец соединен (на фигуре не указано) с неподвижной конструкцией аппарата,

1. РЕАКТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА ПОЛИМЕРИЗАЦИИ, содержащий 1щлиндрический корпус, установленную в нем соосно охлаждаемую циркуляционную трубу с полыми стенками, устройства ввода и вьюода хладагента, привод с валом, на котором установлено перемешивающее устройство, и рамы со скребками для очистки внутренней поверхности корпуса, наружной и внутренней поверхностей циркуляционной трубы, отличающийся тем. что, с целью повышения качества продукта путем интенсификации процессов перемешивания и теплообмена за счет образования в пространстве между корпусом и циркуляционной трубой вихрей Тейлора, он снабжен дополнительным приводом, на валу которого жестко установлена циркуляционная труба, а рама со скребками для очистки внутренней поверхности циркуляционной трубы жестко установлена в корпусе. 2.Реактор поп.1, отличающийся тем, что циркуляционная труба снабжена кольцевыми перегородками, поочередно закрепленными на внутренних стенках ее полости, а пег ремешивающее устройство вьполнено в (Л виде пропеллерной мешалки. 3,Реактор, по п.1, о т л и чающийся тем, что рама со скребками для очистки наружной поверхности циркуляционной трубы жестко установлена в корпусе, а рама для очистки внутренней поверхности корпуса жестко соединена с циркуляционной трубой. 4. Реактор попп.1,2, отличающийся тем, что рамы со скребками для очистки внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности циркГуляционной трубы установлены в корпусе свободно.