Реактор Советский патент 1993 года по МПК B01J19/18 

Изобретение относится к области химического машиностроения и предназначено для проведения химических реакций в пленочном режиме.

Известен аппарат, содержащий корпус установленной в верхней части форсункой для подачи одной компоненты, в нижней части установлен кольцевой коллектор для подачи второй компоненты с соплами, установленными тангенциально,в дне аппарата установлен патрубок готового продукта. Недостатком указанного аппарата является сложность системы подачи второго реагента, невозможность использования аппарата для проведения процессов с большим тепловыделением.

Известен также аппарат, содержащий корпус с тангенциальным патрубком ввода одного реагента, с которым совмещена винтовая серповидная вставка, в верхней части корпуса установлена форсунка для подачи второго реагента, с нижней частью корпуса соединен патрубок отвода .готового продукта. Недостатком данного аппарата является невозможность проведения процессов с большим тепловыделением.

Целью изобретения является увеличение производительности реактора.

Поставленная цель достигается тем, что в реакторе, содержащем вертикально установленный корпус с тангенциальным патрубком ввода реагента, совмещенный с винтовой серповидной вставкой, установленной в верхней части боковой поверхности корпуса, форсунку ввода второго реагента, расположенную на оси корпуса, патрубок вывода продукта, введены новые элементы; а именно: снаружи корпуса установлена рубашка с патрубками ввода и вывода охлаждающего агента, к которой прикреплен коллектор с патрубком вывода продукта, причем боковая поверхность корпуса выполнена конической с отверстиями, соединенными посредством отводных трубок, проходящих через рубашку, с коллектором.

(Л

С

vi со VI ел

В данном реакторе более тяжелый компонент, вышедший из форсунки, попадает на вращающуюся вокруг оси реактора поверхность более легкого компонента, проникает внутрь слоя реагента, при этом протекает химическая реакция с выделением тепла. Так как слой более легкого реагента из-за взаимодействия с охлаждающей пов ерхноЪтью поступает охлажденным, а второй рШРеНт поступает в слой в виде капель, то выделившееся тепло поглощается более легким реагентом. Реакционная смесь с частично образовавшимся продуктом под действием центробежной силы прижимается к стенкам корпуса и проходит в отводящие трубки, где реакция протекает полностью при интенсивном охлаждении. Таким образом, использование отводящих трубок позволяет: отбирать реакционную смесь рассредоточенно по мере ее образования и интенсивно ее охлаждать и тем самым полностью проводить процесс в оптимальном режиме (без осмоления), четко выдержать температуру в зоне реакции и тем самым ликвидировать побочные реакции; реакционная смесь из-за резкого изменения направления движения и резкого возрастания сдвиговых напряжений (влияние стенок более существенно) подвергается интенсивному перемешиванию, что увеличивает выход реакции, ускоряет процесс получения продукта; наличие систем трубок с интенсивным перемешиванием позволяет получить большую производительность реактора из-за возможности существенного увеличения подачи реагентов; реактор более безопасный во взрывоопасном отношении, так как протекающие химические процессы локализованы в отводящих трубках и интенсивно охлаждаются; снять тепловую нагрузку вдоль реактора.

В результате выполнения боковой стенки корпуса в виде конуса удается поддерживать интенсивное вращательное движение смеси, так как уменьшается радиус корпуса, а момент количества движения практически постоянен.

На чертеже представлен реактор в разрезе.

Реактор содержит корпус 1, имеющий коническую боковую поверхность 2 и крышки 3, в нижней части корпуса установлен патрубок 4 вывода готового продукта, в верхней части корпуса установлен тангенциальный патрубок 5 ввода реагента, совмещенный с винтовой серповидной вставкой 6. На оси реактора установлена форсунка 7 для подачи второго реагента. С боковой поверхностью 2 соединена рубашка 8 с патрубком ввода 9 и вывода 10 охлаждающего или нагревающего агента, к рубашке прикреплен коллектор 11 с быходным патрубком 12. Коллектор 11 соединен с корпусом 1 отводящими трубками 13. Реактор работает следующим образом.

Более легкий реагент через патрубок 5 подается в корпус 1 тангенциально, движется вдоль винтовой серповидной вставки 6,

стекает через край вставки и равномерно распределяется вдоль боковой поверхности 2, стекает вниз, вращаясь относительно оси реактора. Более тяжелый реагент распыляется форсункой 7 на вращающийся

слой более легкого реагента, проходит этот слой и вместе с образовавшимся продуктом удаляется через отводящие трубки 14 в коллектор 11, В рубашку 8 непрерывно подается через патрубок 9 охлаждающий агент,

который выводится через патрубок 10. Реакционная масса интенсивно охлаждается агентом в отводящих трубках 13. Готовый продукт удаляется из коллектора 11 через патрубок 12 и из корпуса реактора через

патрубок 4. Наличие крышки 3 не позволяет каплям-, реакционной смеси уносится из реактора. Следует отметить, что наличие интенсивного вращения реакционной смеси на боковой конической стенке позволяет: 1)

прижимать к стенке под действием центробежной силы готовый продукт и реакционную массу с максимальным количеством более тяжелого реагента и удалять их в отводящие трубки; 2) интенсивно перемешивать реакционный объем, что позволяет избежать больших температур в зоне реакции и интенсивно охлаждать слой жидкости охлаждающим агентом, движущимся в рубашке 8; 3) подавать под напором реакционную массу в отводящие трубки 13, что улучшает условия перемешивания в них. Кроме того, подача реакционного раствора в отводящие трубки приводит к интенсивному перемешиванию в слое жидкости на

стенке 2,

В реакторе уставка отводящих трубок позволяет осуществить интенсивное перемешивание в пленочном потоке, что снижает размеры и количество локальных зон

перегрева, резко уменьшает время их жизни. Реакционная масса, достигающая входных отверстий отводящих трубок, проваливается в них. При этом за входными отверстиями отводящих трубок наблюдается резкое падение уровня пленочного течения реакционной массы, куда устремляется реакционная масса с обоих краев с большим уровнем жидкости. В результате столкновения потоков движущихся с обоих краев навстречу друг другу, а также вследствие

резкого понижения уровня происходит интенсивное волнообразование с большой.ам- плитудой. Данное волнообразование с большой амплитудой приводит к появлению интенсивных крупномасштабных вих- ревыхобразований, которые перемещаются внутри объема жидкости, интенсивно его перемешивания. Если учесть, что отверстий много и одни волны будут накладываться на другие, то эффек- тивность перемешивания будет достаточно высокой. То есть отводящие трубки выполняют еще одну функцию - являются смесительными элементами в самой пленке жидкости, текущей по конической поверх- ности, в дополнении к трем уже имеющимся функциям.

Таким образом, в предложенном реакторе удается проводить процессы с интенсивным выделением тепла или с интенсивным подогревом реакционной смеси, если вместо охлаждающего агента в рубашку подавать нагревающий агент. Кроме того, производительность реактора существенно увеличивается, так как улучшаются условия перемешивания. Производительность реактора повышается согласно лабораторным исследованиям на модельных установках на 30 - 50% по сравнению с прототипом.

Формула изобретения Реактор для проведения химических реакций в пленочном режиме течения реакционной смеси, содержащий вертикально установленный корпус с тангенциальным патрубком ввода реагента, совмещенным с винтовой серповидной вставкой, установленной в верхней части боковой поверхности корпуса, форсунку ввода второго компонента, расположенную по оси корпуса, патрубок вывода продукта, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности реактора, снаружи корпуса установлена рубашка с патрубком ввода и вывода охлаждающего или нагревающего агента, к которой прикреплен коллектор с патрубком вывода продукта, причем боковая поверхность корпуса выполнена конической с отверстиями, соединенными посредством отводных трубок, проходящих через рубашку, с коллектором.

Изобретение относится к химическому машиностроению, в частности к реакторам для проведения химических реакций в пленочном режиме течения реакционной смеси. Цель изобретения состоит в увеличении производительности реактора и достигается за счет установки снаружи корпуса реактора рубашки с патрубками ввода и вывода охлаждающего или нагревающего агента, к которой прикреплен коллектор с патрубком вывода продукта, причем боковая поверхность корпуса выполнена конической с отверстиями, соединенными посредством отводных трубок, проходящих через рубашку, с коллектором. 1 ил.