Реактор для проведения химических процессов Советский патент 1993 года по МПК B01J10/00 

Изобретение относится к конструкции аппаратов для проведения химических реакций в гетерогенных системах газ-жидкость или жидкость-жидкость с испарением легкокипящего компонента, и может быть использовано в различных производствах химической и нефтехимической промышленности, в частности, для проведения реакций в присутствии жидкофазных катализаторов, реакций с интенсивным выделением тепла.

Целью изобретения является снижение энергопотребления и повышение производительности реактора путем увеличения турбулизации и создания дополнительных зон циркуляции реакционной смеси.

На фиг. 1 изображен продольный разрез реактора; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Реактор для проведения химических процессов содержит вертикально установленный цилиндрический корпус 1 с днищем 2 и крышкой 3, средство ввода реагентов в виде форсунки 4 с входными штуцерами 5, 6 и выходным соплом 7, соединенным с центральным штуцером 8 днища корпуса. В крышке корпуса имеется штуцер 9 для вывода продуктов реакции.

В корпусе 1 соосно с форсункой 4 последовательно размещены и закреплены на днище 2 эжектор 10 и мультигидроциклон 11. Выходное сопло 7 форсунки 4 через штуцер 8 соединено с рабочим соплом 12 эжектора, а диффузор 13 эжектора соединен с

О 00

иэ о о

цилиндрической распределительной камерой 14 мультигидроциклона. Циклонные элементы 15 размещены осесимметрично по периферии распределительной камеры 14, соединены с ней щелевыми тангенциальными каналами 16 и обращены разгрузочными патрубками 17 вверх в полость 18 реакционного пространства корпуса 1, а патрубки 19 выхода утяжеленной фазы выведены в приемную камеру 20 эжектора и образуют в местах входа в нее периферийные кольцевые щели 21.

Существенными отличиями заявленного устройства являются последовательное и соосное соединение в нем форсунки, эжектора и циклонного смесителя, использование в качестве циклонного смесителя мультигидроциклона, имеющего центральную распределительную камеру и размещенные осесимметрично по ее периферии циклонные элементы, у которых патрубки выхода утяжеленной фазы выведены в приемную камеру эжектора и образуют в местах входа в нее периферийные кольцевые щели.

Такое взаимное расположение узлов реактора и конструкции примененного в нем циклонного смесителя позволяют использовать кинетическую энергию взаимодействующих потоков для организации в реакционном пространстве дополнительных зон циркуляции и зон испарения низкокипящего компонента, а также создает в нем кавитационный режим мэссобмена, при котором значительно интенсифицируются химические реакции.

Реактор работает следующим образом.

Реагенты 1 и 11 под избыточным давлением подаются через штуцеры 5 и 6, соответственно, в форсунку 4. В данном реакторе предпочтительнее использовать форсунку по Авторскому свидетельству СССР № 1095746, кл. F 23 D 11 /34. 1982, или аналогичного типа.

В форсунке 4 потоки реагентов генерируют упругие колебания звуковой частоты и взаимодействуют, образуя выеокодиспер- гированную реакционную смесь, которая через выходное сопло 7 форсунки и штуцер 8 корпуса реактора под избыточным давлением поступает в рабочее сопло 12 эжектора 10.

Реакционная смесь из диффузора 13 эжектора выбрасывается в распределительную камеру 14 мультигидроциклона 11 и, распределяясь по щелевым тангенциальным каналам 16, поступает в циклонные элементы 15, расположенные осесимметрично, с целью выравнивания гидродинамических характеристик входящих потоков.

В циклонных элементах 15 реакционная смесь приобретает направленное вращательное движение, под действием которого утяжеленная фаза концентрируется вдоль

стенок патрубков 29, стекая по ним в приемную камеру 20 эжектора, а облегченная фаза через разгрузочные патрубки 17 вихревыми потоками выходит в полость 18 реакционного пространства корпуса 1 реактора.

0 Утяжеленная фаза из приемной камеры 20 инжектируется рабочим потоком, выходящим из сопла 12, и вновь возвращается в циклонные элементы 15. Недостающее балансовое количество инжектируемого пото5 ка восполняется за счет поступления смеси из верхней реакционной зоны корпуса 1 в приемную камеру 20 эжектора через периферийные кольцевые щели 21. При этом в

системе эжектор-мультигидроциклон созда0 ется зона устойчивой циркуляции реакционной смеси с повышенным содержанием утяжеленной фазы. Продукты реакции III выводятся из реактора через штуцер 9.

При проведении реакции в системе газ5 жидкость выходящий из форсунки 4 Газожидкостный поток возбуждает в эжекторе 10 кавитационный режим, усиливающий турбулизацию и массообмен, а в нижней зоне реактора возникают циркуляционные

0 потоки жидкой фазы, увеличивающие время пребывания ее в аппарате, что позволяет повысить удельную нагрузку реактора.

В случае проведения экзотермической реакции в системе жидкость-жидкость, ког5 да один из компонентов низкокипящий, в циклонных элементах 15 и приемной камере 20 создаются зоны интенсивного его испарения. При этом циркуляционные потоки и вся реакционная масса охлаждаются, тем0 .пература в зоне реакции стабилизируется, а в эжекторе возникает кавитационный режим, аналогичный тому, как это происходит при проведении реакции в системе газ-жидкость.

5При проведении реакции с использованием гетерогенного катализатора, например, в виде комплекса, имеющего более высокую плотность относительно компонентов сырья, в устройстве за счет циркуля0 ции утяжеленной фазы обеспечивается поддержание повышенной концентрации катализатора в зоне реакции, при относительно невысокой концентрации его в исходной смеси. Это позволяет в одном случае

5 снизить удельный расход катализатора на процесс, в другом - интенсифицировать реакцию и увеличить производительность аппарата.

Таким образом.совокупность кавитаци- онного воздействия на диспергированную

смесь реагентов, создания дополнительных зон циркуляции внутри реактора и обеспечения условий для испарения низкокипящих компонентов в зонах реакционного пространства позволяет снизить энергопотребление, значительно интенсифицировать массообмен и повысить производительность аппарата при проведении химических реакций в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость.

Предлагаемый реактор найдет применение в процессах полимеризации, алкили- рования,сульфирования, окисления и ряде других, широко распространенных в химической и нефтехимической отраслях промышленности.

формула изобретения Реактор для проведения химических процессов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с днищем и крышкой, средство ввода реагентов в виде форсунки, эжектор, циклонный смеситель и штуцер вывода продуктов реакции, отличэющийс я тем. что. с целью снижения энергопотребления и повышения производительности за счет усиления турбулизации и циркуляции реакционной смеси форсунка, эжектор и циклонный смеситель установлены соосно и последовательно соединены между собой, при этом циклонный смеситель выполнен в виде мультигидроциклона с цилиндрической распределительной камерой и размещенных осесимметрично по ее

периферии циклонных элементов, с патрубками выхода утяжеленной фазы, выведенными в приемную камеру эжектора и образующими в местах входа в нее периферийные кольцевые щели.

Фиг.2

фиг.З

Область использования: изобретение относится к аппаратам для проведения хи1 мических реакций в гетерогенных системах газ-жидкость или жидкость - жидкость и имеет конструкцию, позволяющую использовать кинетическую энергию взаимодействующих потоков для усиления турбулизэции и создания дополнительных зон циркуляции реакционной смеси. Сущность изобретения: реактор содержит корпус, средство .ввода реагентов в виде форсунки, последовательно и соосно соединенные с ней и размещенные внутри корпуса эжектор и циклонный смеситель в виду мультигидро- циклона, имеющего центральную распределительную камеру и размещенные по ее периферии циклонные элементы с патрубками для выхода утяжеленной фазы, которые выведены в приемную камеру эжектора и образуют в местах входа в нее кольцевые периферийные щели. 3 ил.