Реактор Советский патент 1982 года по МПК B01J14/00 B01D11/04 

(54) РЕАКТОР

Изобретение относится к аппаратам аля проведения реакционных процессов, в частности массообмена, и мокет найти применение в гацрометаллургаи, химии, рвоиохимии и цругих отраслях нароцного хозяйства. Известны горизонтальные реакторы, в том числе многоступенчатые, состоящие из корпуса, разцеленного перегороаками на секции, каждая из которых имеет смесительную и отстойную камеры,. В смесительных камерах установлены перемешивающие устройства l. Недостатками данных аппаратов являются большие габариты, а также нарушение режима работы и технологических показателей при нестабильном расходе исходных реагентов. Известен также реактор, содержащий горизонтальный прямоугольный корпус с днищем, поперечные вертокйльные перегородки, делящие его на соединенные последовательно между собой секции, закрепленные в секциях между поперечными. перегородками продольные перегородки, деЛ5щие секции на смесительные и отстойные камеры и на предкамеры, закрепленные между корпусом и поперечными перегороаками переливные пороги, соединяющие предкамеры с отстойными камерами последующих секций, вертикальные параллельно установленные между корпусом и поперечными перегородками тдрозатворные перегороцки, соединяющие предкамеры с отстойными камерами предыа щих секций, смеситепьно-транспортирунэщие устройства, размещенные в смеси- те/ьных камерах, соединенных с предкамерами отверстием, выполненным в нижней части проходных перегородок, отделяющих предкамеры от смесительных камер 2. Недостатками известного реактора являются повышенные энергозатраты, поскольку заметную часть энергии СТУ затрачивают не на транспортировку реагентов, а на создание и поддержание постоянного напора. Значительное повышение энергозатрат обусловлено тем, что B известных реакторах применяют СТУ с очень малым напором. Недостаток известного реактора заключается также в нестабильности процесса расслаивания вследствие периодического изменения напора из-за колебаний величины подаваемых потоков (в пределах точности фиборов, регулирующих исходную производительность реагентов), и колебаний режима работы самого СТУ. При уменьшении напора, даже если оно кратковременно, затапливаются гадрозатворы, запирается выход тяжелой фазы из отстойника в предкамеру, изменяются соотношения потоков тяжелой и ле кой фаз в смесительной камера и наруша ется процесс расслаивания. Цель изобрегения - устранение указаннььх нецЬстатков, повышение произво- дительносги и yл7 ШJeниe работы отстойных камер. Эта цель достигается тем, что реактор снабжен дополнительными вертикальными перегородками, отделяющими гидро затворные перегородки от предкамер и н цохоцгпдими до днища. Целесообразно, чтобы вьюота щели межцу дополнительной перегородкой и днищем была меньше высоты отверстия, соединяющего предкамеру со смесительной камерой. На фиг. 1 изображен общий вид реактора, вид сверху; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1, Реактор состоит из горизонтального прямоугольного Корпуса 1 с днищем 2. Корпус разделен поперечными вертикальными перегородками 3 на соединенные последовательно между собой секции. Каж дую секцию делят продольными перегородками 4, закрепленными между попе™ речными перегородками 3, на смеситель ную 5 и отстойную 6 камеры, а также на предкамеру 7. По-ходу движения одной из жидких фаз (например тяжелой) прецкамеру 7 соед1шяют с отстойной камерой 6 последующей секции пере/гавным порогом 8, закрепленным между корпусо 1 и поперечной перегородкой 3. С отстойной камерой 6 предыдущей секции предкамеру 7 соединяют вертикальными параллельно установленными друг другу гидрозатворными перегородками 9 и 1О также закрепленными между корпусом 1 и другой поперечной перегородкой 3. Пр STOM перегородка 9 приподнята над онищем 2 реактора, а перегородка 10 закреплена на днище в предкамере. В смесительных камерах усгановленьГ смесигельно-транспортирующие устройства (СТУ) 11. Всасывающее отверстие такого устройства соеоинено каналом 12 (или патрубком, или какой-либо иной полостью) с отверстием 13, расположенным в нижней части продольной перегороцки 4, отделяющей прецкамеру 7 от смесительной камеры 5. Корпус содержит также штуцера 14 и 15, через которые жидкости вводятся в реактор, и штуцера 16 и 17, для вьюода этих жидкостей. Особенностью предложенного реактора является то, что в пред- камерах 7 рядом с гидро затворными перегородками 9 и 10 параллельно им установлены дополнительные вертикальные перегородки 18, не доходящие до днища. Высота щели 10 под дополнительными перегородками 18 ниже высоты отверстия 13, соединяющего предкамеру 7 со смесительной камерой 5, Реактор работает следующим образом. По щтуцерам 14 в реактор вво цят, а через щтуцер 16 и 17 вьшодят соответственно тяжелую и легкую фазы. По аппарату их движение осуществляет СТУ 11. Таким образом, между секциями тяжелая и легкая фазы движутся противотоком, а внутри секции это движение прямоточное. Легкая фаза из послецутощей секции сливается в предкамеру 7 через переливной порог 8. Высота всех переливных порогов в реакторе одинакова, поэтому высота налива во всех отстойных камерах 6 также одинакова.Тяжелая фаза через щелевое отверстое 20, расположенное у днища, вхоЦит в гидрозатворный канал 2 1 и переливается через гидрозатворную перегородку 10. Тяжелая фаза сливается затем в вергакальную полость 22, между гидрозат- ворной перегородкой 10 и дополнительной вертикальной перегородкой 18, не доходящей до днища. В предкамеру тяжелая фаза из вертикальной полости 22 попадает через щель 19 под дополнительной перегородкой 18. Вслед за этим СТУ засасьшает реагенты из предкамеры через отверстие 13, в результате чего они попадают в смесительную камеру 5. Здесь они перемешиваются, превращаясь в эмульсию, что способствует интенсификации протекающих межцу ними реакций. Ид смесительных камер эмульсия вытекает в отстойные и здесь расслаивается с образованяем ш жнего слоя .тяжелой фазы и лежащего на нем верхнего слоя легкой фазы . На границе раздела фаз может располагаться непрерьгоно распадающийся слой эмульсии.

Осветленные фазы вновь сливаются в смежные предкамеры, что обеспечивает непрерывную работу реактора.

Установленная дополнительно перегородка 18 уменьшает энергозатраты реактора и улучшает процесс расслаивания.

Особенностью гидродинамики работы предкамеры в любом из .вариантов ее исполнения является постоянство положения ГРФ в ней. Уровень 23 тяжелой фазы находится ниже (обычно незначительнониже) верхнего края отверстия 13, соединяющего предкамеру со смесительной камерой. СТУ при нормальной работе реактора одновременно отсасывает из предкамеры обе фазы через отверстие 13 а это возможно только, если обе эти фазы имеют одновременный доступ к отверстяю 13 (очевидно, что при этом ГРФ в предкамере неизбежно находится ниже верхнего края отверстия 13 и выше его нижнего края).

Отсюда слерует, что любые нарушения режима подачи исходных реагентов и работы QTy заставляют изменяться по высоте предкамеры только до уровня 24 легкой фазы и не могут повлиять на постоянство расположения уровня 23 тяжелой фазьц предыдущие ступени гааравлически независимы, от положения уровня 24 легкой фазы в предкамере только до тех пор, пока этот урсвень ниже гидрозатворной перегородки Ю.

Именно это требует повьшение энергозатрат, чтобы удержать уровень в предкамере ниже . гидрозатворной перегородки 10, а при подьеме уровня 23 легкой фазы над перегородкой режим отстаивания в предыдущей секште нарушается.

Установка дополнительной вертикальной перегородки 18 со шелью 19 под ней изменяет характер описанных зависимостей. Указанную перегородку 18 опускают под раздел фаз 22 в предкамере. В результате возникают новые условия гидростатического равновесия между предыдущей отстойной камерой и предкамерой, а именно: предыдущая огстойная камера гидростатически сообщена с тяжелой фазой в гидрозатворном канале 21; предкамера гидростатически сообщена с тяжелой фазой в вертикальной полости 22.

Уровень тяжелой фазы 25 в вертикальной полости 22 всегда оказывается ниже гидрозатворной перегородки 10.

Это объясняется тем, что даже если высота налива Нц , в предкамере и отстойной камере оказьюается одинаковой, толщина слоя с тяжелой фазы в

предкамере всегда много ниже чем Н

тфв отстойной камере.

Высота водного столба в гидрозатворном канале 21 определяетчзя высотой гидрозатворной перегородки 10. Она уравновешивает суммарную высоту слоев фазы Н(уф и тяжелой фазы H в отстойной камере при общей высоте налива Нц .

В то же время высота водного столба в вертикальной щели 22 уравновешивает суммарные высоты слоев легкой фазы

Н

и тяжелой фазы Н

в предкаЛФ

Тф

мере 7.

Однако, если учесть, что вьгсота слоя тяжелой фазы Н л в предкамере много ниже, чем в отстойной камере, то даже при равенстве налива Н, в отстойной камере в предкамере Н,- оказывается

меньше Н... В то же

время подъем уровГ-1Ни налива в -предкамере до Н резко

уменьшает эдергозатраты на транспорти- ровку, а предотвращение затопления гидрозатворной перегородки 10 при всевозможных колебаниях расхоцбв фаз и режимов перекачки гарантирует стабильность процесса отстаивания в предыдущей, oi стойной камере.

Экономический эффект, создаваемый изобретением, составляет около 25 тыс. рублей в год на реактор производительностью 1 м V4 и возрастает с ростом этой производительности.

Формула изобретения

ДУ собой секции, закрепленные в секциях между поперечными перегородками продольные перегородки, делящие секции на смесительные и отстойные камеры и на предкамеры, закрепленные между корпу

сом и поперечными перегородками переливные пороги, соединяющие предкамеры с .отстойными камерами послепукших секций, вертикальные параллельно установ- . шнные между корпусом и поперечны п1