БЕЗГРАДИЕНТНЫЙ РЕАКТОР Советский патент 2007 года по МПК B01J19/18 

Изобретение относится к аппаратам для проведения непрерывных процессов, например, для процессов нитрования уротропина азотной кислотой в уксусноангидридной среде, и может найти применение в области производства взрывчатых веществ, химической и других отраслях промышленности.

Известны реакторы для проведения химических процессов, протекающих под давлением, содержащие корпус с рубашкой, диффузор, перемешивающее устройство, крышку с штуцерам (авт.св. СССР 219565, кл. B 01 J). Эти реакторы имеют малые поверхности теплообмена. Физическое увеличение поверхности теплообмена ведет к увеличению объема реакторов, что является неприемлемым в производстве взрывчатых веществ, из-за увеличения загрузки.

Известен реактор для проведения химических процессов (авт.св. СССР 535097, кл. В 01 J), имеющий большую поверхность теплообменника с лабиринтными ходами, выполненными по всей его длине и позволяющими увеличить коэффициент теплоотдачи за счет увеличения скорости движения теплоносителя.

Недостатком данного теплообменника является снижение срока его службы вследствие быстрого усталостного разрушения сварных швов в местах крепления патрубков подводящих и отводящих теплоноситель или хладагент по причине знакопеременных тепловых деформаций, которые усугубляются неравномерностью их распределения по периметру корпуса теплообменника. Тепловые деформации возникают при проведении регенерации поверхности теплообменника, осуществляемой путем поочередной подачи теплоносителя и хладагента для удаления корки продукта. Целью настоящего изобретения является увеличение ресурса работы реактора при непрерывном проведении регенерации поверхности теплообменника.

Для достижения этой цели в известном безградиентном реакторе предлагается использовать лабиринтный теплообменник-диффузор с демпферной зоной в местах крепления подводящего и отводящего патрубков. Демпферная зона представляет собой полость, свободную от лабиринтных ходов.

Использование теплообменника с демпферной зоной уменьшает тепловые деформации корпуса в местах крепления подводящего и отводящего патрубков вследствие выравнивания температуры теплоносителя или хладагента и температуры реакционной массы.

На фиг.1 изображен общий вид безградиентного реактора в разрезе, на фиг.2 и 3 - сечения реактора в плоскости перпендикулярной его оси.

Безградиентный реактор содержит корпус 1, перемешивающее устройство 2, теплообменник-диффузор 3, крепящийся к крышке 4, подводящим патрубком 5, и отводящим патрубком 6.

Теплообменник-диффузор 3 разделен кольцевой перегородкой 7 на две зоны "А" и "Б".

Зона "А" представляет собой камеру с лабиринтными ходами, образованными перегородками 10, установленными между внутренней 8 и наружной 9 концентрично расположенными обечайками (см. фиг.3).

Зона "Б" - это полость, свободная от лабиринтных ходов, образованная теми же обечайками 8 и 9.

Подвод рабочей жидкости (теплоносителя или хладагента) осуществляется по трубе 11 в нижнюю часть зоны "А" теплообменника, откуда, перетекая по лабиринтным ходам через отверстие 12 в перегородке 7, она попадает в зону "Б", свободную от лабиринтных ходов, что приводит к уменьшению скорости ее движения вследствие увеличения проходного сечения.

Исходные компоненты непрерывно подаются в реактор через патрубок 13 и отводятся из него через патрубок 14. Напор, создаваемый винтом перемешивающего устройства 2, обеспечивает интенсивную циркуляцию реакционной массы.

Отвод тепла, выделяемого при экзотермической реакции осуществляется хладагентом, подаваемым в теплообменник 3 через патрубок 5 и отводимым через патрубок 6. В процессе работы реактора на поверхности теплообменника инкрустируется твердая фаза (корка), которая, обладая низкой теплопроводностью, снижает теплопередачу реакционной массы хладагенту, что приводит к необходимости прекращения ведения процесса нитролиза и сброса реакционной массы из аппарата через аварийный патрубок 15. Для возобновления технологического процесса необходимо удалить корку с поверхности теплообменника методом химической очистки (заполнение реактора кислотой и выдержка до полного растворения корки).

Данный метод приводит к продолжительному простою оборудования, снижению производительности и потерям сырья.

Существует другой метод удаления корки без остановки реактора, осуществляемый за счет температурных деформаций поверхности теплообменника, приводящих к растрескиванию, скалыванию и уносу корки циркулирующим потоком реакционной массы. Температурные деформации теплообменника создаются при кратковременном охлаждении и нагреве его корпуса, осуществляемом поочередным подводом к нему хладагента и теплоносителя. При полном режиме работы теплообменника возникают знакопеременные напряжения, которые неравномерно распределены по периметру его корпуса из-за наличия лабиринтных ходов и вызывают нарушение его герметичности в местах крепления подводящего и отводящего патрубков, уменьшая срок службы реактора до 3-х месяцев. Величина знакопеременных напряжений пропорциональна разнице температур хладагента и теплоносителя в лабиринтных ходах, в связи с этим для уменьшения температурных деформаций корпуса лабиринтного теплообменника-диффузора в местах крепления подводящего и отводящего патрубков введена демпферная зона "Б", свободная от лабиринтных ходов. Вследствие того, что в зону "Б" хладагент и теплоноситель поступают после прохождения ими лабиринтных ходов в зоне "А", то ее температура приближается к температуре реакционной массы, что приводит к снижению знакопеременных напряжений (деформаций) корпуса теплообменника в зоне "Б", а отсутствие лабиринтных ходов приводит к выравниванию распределения остаточных знакопеременных напряжений по периметру корпуса теплообменника.

Использование предлагаемого устройства позволит увеличить не менее чем в 5 раз долговечность реактора, сократить простои реактора и потери сырья, связанные с необходимостью опорожнения оборудования для проведения ремонтных работ.

Изобретение относится к аппаратам для проведения непрерывных процессов, например, для процессов нитрования уротропина азотной кислотой в уксусноангидридной среде, и может найти применение в области производства взрывчатых веществ, химической и других отраслях промышленности. Безградиентный реактор содержит корпус, внутри которого размещены теплообменник-диффузор и перемешивающее устройство, крышку, днище и патрубки для ввода сырья и хладоагента и вывода продуктов реакции и хладоагента. С целью повышения производительности за счет увеличения ресурса работы реактора теплообменник-диффузор снабжен размещенной в верхней части и подключенной к патрубкам подвода и отвода хладоагента демпферной камерой, по оси которой расположено перемешивающее устройство. Техническим результатом является увеличение ресурса работы реактора при непрерывном проведении регенерации поверхности теплообменника. 3 ил.

Безградиентный реактор, содержащий корпус, внутри которого размещены теплообменник-диффузор и перемешивающее устройство, крышку, днище и патрубки для ввода сырья и хладоагента и вывода продуктов реакции и хладоагента, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности за счет увеличения ресурса работы реактора, теплообменник-диффузор снабжен размещенной в верхней части и подключенной к патрубкам подвода и отвода хладоагента демферной камерой, по оси которой расположено перемешивающее устройство.