Химический реактор для проведения процессов в гетерогенных средах Советский патент 1985 года по МПК B01J8/10 

Изобретение относится к химическому машиностроению и касается конкретно емкостных химических реакторов, снабженных тихоходными мешалками. Оно предназначено для проведения процессов в гетероген. ных средах и может быть использовано, например, в производствах моно- и динитрранилинов, аминоантрахинонов (4-нитроанилина, 2-хлор-4-нитроанилина, 2,4-динитроанилина,2-аминоантрахинона и др.).

Цель изобретения - интенсификация процессов тепло- и массопередачи путем турбулизации смешиваемых реагентов в высокоградиентном потоке сдвигаюших напряжений.

На. фиг. 1 изображен химический реак,тор, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. ; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1 (а и б); на фиг. 4 - мешалка с двумя парами лопастей.

Химический реактор включает вертикальный цилиндрический корпус 1 с профилированным (эллиптическим) днищем 2 и теплообменной рубашкой 3 с патрубками 4 и 5, крышку 6 с загрузочными и разгрузочными патрубками 7, 8, вал 9, расположенный по оси корпуса 1 и опирающийся нижним концом на подпятник 10. На валу закреплена рамная мешалка, содержащая пару вертикальных лопастей 11, две пары горизонтальных лопастей 12, присоединенных под углом 45° одними концами к ступицам 13 вала 9, а другими концами - к боковым полкам вертикальных лопастей 11 и нижнюю профилированную пару 14, повторяющую профиль днища 2. Вертикальные лопасти 11 и нижние горизонтальные лопасти 14 имеют в поперечном сечении форму уголка. Края радиальных полок вертикальных лопастей 11 снабжены перфорацией 15, выполненной в форме прямоугольников, полуокружностей или треугольников (узел Б фиг. 3). Внутри корпуса 1 смонтированы отражательные перегородки 16, выполненные в виде двух U-образных шпилек, расположенных взаимно перпендикулярно и соединенных в центре днища 2 посредством подпятника 10. Между отражательными перегородками 16 по внутренней стенке корпуса 1 размещены рассекатели 17, которые жестко прикреплены к отражательным перегородкам 16 посредством банда. жей 18. Края участков отражательных перегородок 16 и рассекателей 17, сопряженных с вертикальными лопастями 11 мещалки, также снабжены перфорацией 19, которая смещена относительно перфорации 15 вертикальн1э1х лопастей на .величину шага. Усиление турбулизации достигается также выполнением рамной мещалки с дополнительными парами вертикальных и горизонтальных лопастей, расположенных взаимно перпендикулярно основным парам (фиг. 4).

Химический реактор работает следующим образом.

Получение 4 - нитроанилина из 4-хлорнитробензола в 25%-ной аммиачной воде при 200°С и давлении 50 атм осуществляется следующим образом. Через патрубок 7 в требуемом соотношении загружается расплав 4-хлорнитробензола и аммиачная вода. Через рубашку 3 подводится греющий пар при 16 ати и включается мещалка. При вращении вала 9 нижние горизонтальные

5 лопасти мещалки 14, повторяющие профиль днища, создают окружной поток реакционной массы. Нижние участки U-образных перегородок препятствуют окружному движению, благодаря чему жидкость по днищу получает преимущественно радиальное движение и далее вдоль по отражательным перегородкам 16 переходит в аксиальный поток. Потеряв скорость, аксиальные потоки жидкости через центр аппарата направляются к днищу 2, чему также способствуют

5 верхние наклоненные под углом 45° горизонтальные лопасти мешалки 12, направляющие поток жидкости сверху вниз. Вертикальные лопасти мещалки 11, взаимодействуя с отражательными перегородками 16 и рассекателями потока 17, создают высокие напряжения сдвига между слоями жидкости, что приводит к вихреобразованию. Выполнение вертикальных лопастей 11 и горизонтальных 14 в форме уголков обеспечивает преимущественное направление потока в зону наибольших сдвиговых напряжений.

Образовавшиеся за отражательными перегородками и рассекателями вихри в виде щнура разрущаются до более мелких вихрей, чему способствует перфорация 15 на вертикальных лопастях мешалки, а также

0 перфорация 19 - на отражательных перегородках и рассекателях потока. Мелкие энергосодержащие вихри диспергируют 4хлорнитробензол в аммиачной воде, образуя эмульсию. Формирующиеся за отражательными перегородками и рассекателями потока вихри движутся за лопастями мешалки от периферии к центру аппарата и в циркуляционном потоке, благодаря чему гомогенизация во всем реакционном объеме происхо. дит практически мгновенно, что является

Q важным фактором в повышении эффективности работы химического реактора для аммонолиза 4-хлорнитробензола за счет интенсификации процессов тепло- и массопередачи.

1. ХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССОВ В ГЕТЕРОГЕННЫХ СРЕДАХ, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с профилированным днищем и теплообменной рубашкой, крыщку, вал с рамной мешалкой, расположенный по оси корпуса и нижний конец которого установлен в подпятнике и отражательные перегородки, отличающийся lelw, что с целью интенсификации процессов тепло- и массо- передачи путем турбулизации смешиваемых реагентов в высокоградиентном потоке сдвигающих напряжений, отражательные перегородки выполнены U-образной формы и снабжены бандажами с закрепленными на них между перегородками рассекателями, при этом перегородки расположены диаметрально перпендикулярно друг другу и закреплены в нижней части на подпятнике. 2.Реактор по п. 1, отличающийся тем, что лопасти мешалки выполнены в виде уголков, при этом на радиальных полках мешалки и перегородках выполнена перфорация. 3.Реактор по пп. 1-2, отличающийся тем, что перфорация выполнена в перегородках и радиальных полках мешалки в форме прямоугольника, треугольника или полуокружности со смещением относительно друг § друга.