Реактор прямого синтеза органохлорсиланов Советский патент 1990 года по МПК B01J8/18 

Изобретение относится к конструкции реакторов для прямого синтеза органохлор- силанов и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где требуется организация высокотемпературного однородного кипящего слоя.

Цель изобретения - повышение производительности и селективности процесса синтеза путем увеличения однородности псевдо- ожиженного слоя, процесса теплообмена и активации поверхности контактной массы.

На чертеже-представлен предлагаемый реактор, общий вид.

Реактор прямого синтеза органохлор- силанов содержит цилиндрический корпус 1, встроенный теплообменник 2, трубные элементы которого выполнены в виде петель с циркулирующим в них теплоносителем.

В нижней части корпуса 1 размещен газораспределитель 3, выполненный в виде двухзаходной конической плотно навитой пружины 4 круглого сечения с перекрывающимися витками с козырьком 5 по контуру пружины с шириной, обеспечивающей предотвращение провала контактной массы в зону под газораспределителем 3. Сечение конической пружины может быть и другим. Сверху конической пружины 4 установлена крышка 6. Для организации ввода и вывода теплоносителя конической пружине 4 установлены патрубки 7 и 8. Коническая пружина 4 связана через коаксиальный шток 9, имеющий герметизирующий сильфон 10 и натяжную пружину 11, с вибратором 12, подвешенным с помощью плиты 13 и закрепленных с ней кронштейнов 14 к вытеснителю 15.

Коаксиальный шток 9 с диском 16 прикреплен к крышке 6 газораспределителя 3. Герметизирующий сильфон 10 установлен между диском 16 и вытеснителем 15 так, чтобы исходные компоненты и продукты реакции синтеза не могли просочиться через центральный канал в зону под вытеснителем 15.

сд ел

ОЭ

00

00

Натяжная пружина 11 зажата между кольцевым упором вытеснителя 15 и диском 17 с помощью гайки 18.

На штоке 9 ниже гайки 18 установлена гайка 19, опирающаяся на плиту 13, регулирующая величину зазора между витками конической пружины 4. Между плитой 13 и гайкой 19 устанавливается упругий элемент 20 (резиновая прокладка пружина) для демпфирования ударов гайки 19 о плиту 13 при работающем вибраторе 12. Через патрубок 21, размещенный на корпусе газораспределителя 3, подается ожижающий агент - хлорметил.

Реактор работает следующим образом. В цилиндрический корпус 1 реактора загружается расчетное количество смеси порошков кремния, меди и промоторов, которая снизу поддерживается газораспределителем 3. До начала процесса псевдоожижения газораспределитель 3 герметично закрыт. При свободной загрузке сыпучей массы в цилиндрический корпус 1 реактора возникают распорные усилия, распределяющиеся по сечению аппарата приблизительно по гиперболическому закону, т. е. у стенок реактора усилий максимум, в центре аппарата - минимум. Причем величина распорных усилий функционально связана с углом естественного откоса контактной массы. При этом у стенки аппарата возникают значительные силы трения, которые направлены в сторону действия псевдоожи- жающих сил. Распорные усилия в момент начала псевдоожижения могут развиться до таких величин, которые способны разрушить даже стальной корпус аппарата. Учитывая это, хлорметил, подаваемый через патрубок 21 в полость между двухзаходной конической пружиной 4 и вытеснителем 15, распределяется по сечению аппарата также приблизительно по гиперболическому закону. Такое перераспределение ожижающего агента по сечению достигается из-за нелинейности характеристики (жесткости) конической пружины 4, она под действием давления хлорметила начинает вытягиваться, постепенно открывая зазоры между винтами от периферии к центру, образуя как бы клиневой зазор, величина которого уменьшается к центру газораспределителя 3. Благодаря такому постепенному раскрытию газораспределителя 3 объемный расход хлорметила - ожижающего агента, оказывается выше на периферии, чем в его центре, что способствует равномерному псевдоожижению при сравнительно низких давлениях и без каких-либо выбросов контактной массы из зоны реакции. Для прямого синтеза органохлорсиланов создание приблизительно гиперболического профиля скоростей ожиженного агента важно еще тем, что частицы, уже в процессе работы потерявшие свою кинетическую энергию у стенок и стекающие вниз вдоль стенки, требуют

0

0

5

0

5

0

5

0

5

для их псевдоожижения значительно большей энергии газа, чем в центральной части кипящего слоя. Следовательно, хлорметил перераспределяется по сечению аппарата равномерно, а не поднимается пузырями по центру аппарата, что способствует увеличению конверсии хлорметила и выработке кремния.

Известно, что радиальная подача ожижающего хлорметила восстанавливает актив ность частиц контактной массы, покрытых элементами реакции пиролиза (углерод). Направление потоков хлорметила в сторону стенки (.почти горизонтально) способствует очищению частиц от углерода, раскалыванию их, т. е. повышению активности, что повышает производительность в процессе всего периода синтеза.

Псевдоожиженный слой во время реакции синтеза поддерживается однородным, в нем отсутствуют застойные зоны как в периферийных областях реактора, так и в зоне газораспределителя 3, поскольку частицы контактной массы, попадающие на козырек 5 конической пружины 4 сдуваются хлорме- тилом, выходящим из межвитковых зазоров, расположенных почти горизонтально. Те частицы контактной массы, которые попадают на крышку 6 газораспределителя 3, скатываются с ее поверхности на тот же козырек 5 конической пружины 4, откуда сдуваются хлометилом.

Отсутствие застойных зон, выравнивание концентрационных и температурных полей, в чем активную роль играет и встроенное теплообменное устройство 2, способствует точному регулированию температуры реакции, повышению селективности процесса и производительности.

Интенсификация процесса теплообмена обеспечивается вибратором 12, связанным с двухзаходной конической пружиной 4 через шток 9 и крышку 6. При включении вибратора 12 создается пульсирующий режим псевдоожижения, который повышает эффективность теплообмена. В случае необходимости изменения сопротивления газораспределителя 3 необходимо вращать гайку 19 по или против часовой стрелки, добиваясь степени открытия или закрытия конической двухзаходной пружины 4.

Для того, чтобы гайка 19 не стучала по плите 13 при включенном вибраторе 12, между гайкой и плитой установлен упругий элемент 20.

Процесс прямого синтеза метилхлорсила- нов проходит стабильно в однородном кипящем слое без застойных зон с высокой степенью конверсии хлорметила и выработки кремния. Повышены условия эксплуатации, обеспечена возможность регулирования сопротивления газораспределителя и режимов псевдоожижения без остановки производства.

Формула изобретения

Реактор прямого синтеза органохлорси- ланов в псевдоожиженном слое, содержащий корпус, теплообменник и конический газораспределитель, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и селективности процесса синтеза путем улучшения однородного псевдоожиженного слоя, процесса теплообмена и активации поверхности контактной массы, газораспределитель выполнен в виде двухзаходной пружины плотной навивки с козырьком по ее наружному контуру и связан через коаксиальный шток, снабженный герметизирующим силь- фоном и натяжной пружиной с вибратором.

Изобретение относится к конструкции реакторов для прямого синтеза органохлорсиланов и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где требуется организация высокотемпературного однородного кипящего слоя путем повышения производительности и селективности процесса синтеза. Реактор прямого синтеза органохлорсиланов содержит цилиндрический корпус, встроенный теплообменник, газораспределитель, выполненный в виде двухзаходной конической пружины с козырьком по ее наружному контуру, коаксиальный щиток с вибратором и упругими элементами. 1 ил.

Теллонрсияге/,

/

/ П

/ея/70насЈ//77е/7& /е/7/7&/л си/ггель

TefT/70#0ct/sveJ)b

7i /7/70//ffM/77f№

±

16 д

5