Реактор-фибридатор Советский патент 1982 года по МПК B01J19/26 

Изобретение относится к химической технологии полимерных материалов, в частности к реакторным устройствам дл синтеза гетероцепных полимеров с ароматическими ядрами в цепи и волокнисто-пленочных полимерных связующих (фи ридов) на их основе методом неравновесной поликонденсации на границе раз дела жидкость-газ, и может быть испопьзовано в производстве пластических масс, синтетической бумаги, нетка ных материалов. Известен реактор, в котором в процессе синтеза полимеров одновременно происходит формование фибридов. Устройство содержит камеру генерирования газовой фазы, реакционную камеру и расположенный над ней центробежный пеногаситель. Между реакционной камерой и камерой генерирования газовой фазы установлена перфорирования перегородка со свободным сечением 25%. Реакционная камера снабжена штуцерами входа жидкой фазы и выхода реакционной массы ll. Недостатками известной конструкции является отсутствие организованного распределения жидкой фазы по сечению реакционной камеры, что снижает молекулярную массу полимера, а выход фибридов в расчете на полученный полимер не превышает 50%, причем сред невзвешенная длина их ниже 70 дцг, что не позволяет применить их в производстве синтетической бумаги. Размещение центробежного пеногасителя и соответственно зоны сепарации и пенсгашения непосредственно над реакционной камерой затрудняет эксплуатацию установки, приводит к накапливанию полимерной массы в расширителе пеногасителя. Известен также реактор-фибридатор, включающий вертикально установленный цилиндрический корпус, содержащий реакционную камеру и расположенную под ней камеру генерирования газовой фазы-исходных продуктов, средства для ввода жидкой и газовой фаз исходных продуктов в реакционную камеру и средство для вывода продуктов реакции из реакционной камеры. Средство для ввсда жидкой фазы исходных продуктов в виде сплошного потока, направленного в горизонтальной плоскости реакционной камеры, содержит обечайку, коаксиально установленную с внешней стороны реакционной камеры на таком расстоянии от названной реакционной ка1«ры, чтобы между внешней .стенкой и обечайкой образовалась, полость. При этом в нижней части реакционной камеры имеется кольцевая щель, высота которой составляет.О,020,06 величины диаметра реакционной камеры. Через указанную щель названная полость сообщается с реакционной камерой. Между реакционной камерой и камерой генерирования газовой фазы исходных продуктов установлено «риспособление, обеспечивающее создание необходимого динамического напора газовой фазы в месте ее контакта с жидкой фазой. Названное приспособление выполнено в виде горизонтап ной перфорированной перегородки со свободным сечением.от 18 до 40%, причем перфорированную перегородку устанавливсшт под названной кольцевой щелью на расстоянии от нее не менее 0,015 и не более 0,1 высоты реакционной камеры 2.

Известный реактор-фибридатор обладает двумя недостатками. Наличие обечайки и полости вызывает необходимость

иметь в реакционной камере уплотнИ тельное устройство резьбового соединения и увеличенное количество болтовых соединений в верхнем фланце реакционной камер, обеспечивающих регулирование необходимой высоты кольцевой щели, что усложняет конструкцию и ее эксплуатацию Так как диаметр кольцевой щели, сообщающей напорную полость с реакционной камерой равен диаметру реакционной зоны, а высота ее регулируется ступенчато , сечение щели велико, а скорости истечения жидкой фазы в реакционную зону и в горизонтальной плоскости ее ограничены, что ограничивает размеры получаемь х фибридов, средневзвешенная длина которых, не превышает 70-100 дцг.

Цель изобретения - упрсщение конструкции реактора-фибридатора для по лучения фибридов синтетических гете. ротдепных полимеров неравновесной газофазной поликойденсадией ацилируемык бифункдиональралх соединений

с дихлорангидридами дикарбоновых

кислот и увеличение размеров получаемых фибридов.

Поставленная цель достигается тем что в реакторе-фибридаторе для получения синтетических гетероцепных полимеров неравновесной газофазной поликонденсадией адилируемых бифункциональных соединений с дихлорангидридами д.икарбоновых кислот, включающем варгикально установленный цилин.дрический корпус, содержащий реакционную камеру и расположенную под ней камеру генерирования газовой фазы исходных продуктов, горизонтальную перфорированную перегородку со свобоным сечением от 18 до 40%, установленную в нижней части реакционной камеры, средства для ввода жидкой фазы исходных продуктов в реакционную камеру и для вывода продуктов реакции из реакционной камеры, средство для ввода жидкой фазы установлено по оси реакционной камеры на расстоянии 0,1-0,4 высоты реакдионной камеры от поверхности горизонтальной перфорированной перегородки и выполнено в виде механической щелевой форсунки с углом раскрытия факела, равном 110-180°, и высотой выходного кольцевого отверстия (щели), равной 0,05 радиуса реакционной .

На чертеже изображен реакторфибридатор.

Он содержит дилиндрическую реакционную камеру 1, которая нижним фландевьзм соединением крепится к испарителю 2 камеры генерирования газовой фазы.Во фланцевом соединении установлена перфорированная перегородка 3. Через отверстие в корпусе 1 внутрь реакционной камеры .вмонтировано устройство для вывода жидкой фазы 4, выполненное в виде механической щелевой форсунки, Патрубок 5 с гильзой для термопары б соединен с реакционной камерой фланцевый соединением и служит для отвода реакционной массы в сборник-сепаратор. Реакционная камера снабжена паровой рубашкой 7. Камера генерирования газовой фазы содержит испаритель 2, снабженный электронагревательными элементами 8,гильзой 9 для термопары и манометром 10, диффузор 11 и пневматическую эжекционную форсунку 12. Диффузор снабжен электрообогревателем 13.

Реактор-фибридатор работает следующим образом.

Через сопло пневматической форсунки 12 в диффузор 11 под давлением инертного газа впрыскивают жид-кий, факел раствора дихлорангидрида дикарбоновой кислоты в летучем растворителе или егорасплава .небольшой степени перегрева. Сжаты.й воздух, нагретый выше температуры плавления мономера газовой фазы, через кол.ьце.вой зазор форсунки 12 поступает в диффузор 11 и Диспергирует жидкий факел до аэрозольного состояния.

Туманообразный аэрозоль,поднимаясь в вертикальной плоскости вдоль поверхностей теплообмена испарителя 2 и диффузора 11, за счет тепла, сообщающего электронагревательными элементами 8 и 13, превращается в парогазовую смесь (газовую Фазу), содержащую на выходе в отверстия перфорированной перегородки 3 дихлорангидрид дикарбоновой кислоты в состоянии перегретого пара. В перфорации перегородки 3 при истечении газовой Фазы создается необходимый газовому потоку динамический напор, пропордиональный квадрату увеличения линейной скорости потока в отверстиях перегородки 3, Воднощелочной раствор адилируемого бифункционального соединения (жид кая фаза исходных продуктов) с автом тически поддерживаемой температурой 99-102°С под давлением, создаваегллм центробежным насосом, из кольцевой щели (выходного отверстия) механичес кой щелевой форсунки истекает в горизонтальной плоскости реакционной камеры в виде сплошного потока(тонкой пелены) над поверхностью перфори рованной перегородки 3, причем увеличение скорости истечения жидкой фазы в предлагаемой конструкции в сравнении с известной пропорционально отношению внутреннего диаметра Корпуса реакционной камеры 1 и наружного диаметра форсунки. Для обеспечения сплошности потока жидкой фазы по всему сечению реакционной камеры над поверхностью перфорированной перегородки 3 радиус последней не должен превышать двадцатикратной высоты выходного отверстия кольцевой щели, механической форсунки. При этом, в прирешетчатом пространстве реакционной камеры на рассто янии от поверхности перфорированной перегородки 3, равном 0,04-0,1 высоты реакционной камеры, в перекрестном токе происходит контакт истекающей со скоростью 5-10 м/с и испытывающей соответственное напряжение сдвига жидкой фазы с газовой фазой, подаваемой через перфорацию перегородки 3 в вертикальной плоскости и сохраняющей высокий кинематический напор в указанных пределах высоты реакционной камеры. Образуемая за счет мгновенной или быстрой реакции поликонденсации полимерная польенка, испытывающая напряжение сдвига, динамическим напором газовой фазы диспергируется до состояния волокнистопленочных полимерных связующих (фибридов) . Одновременно с этим происходит инверсия фаз и образование высокотурбулизованной трехфазной подвижной пены, на развитой поверхности которой протекают реакция нейтрализации и дальнейшие процессы фибридообразования при постоянной температу ре, обеспечиваемой паровой рубашкой 7. Реакционная масса в состоянии .под вижной пены динамическим потоком воз духа по соединительной трубе 5 направляется в сборник-сепаратор, где разделяется на инертную парогазовую, смесь и водную суспензию полимера, парогазовая смесь через центробежный пеногаситель выбрасывается в атмосферу, а из водной суспензии фильтрацией выделяются фибриХры. Контроль и автоматическое регулирование температурного режима газового потока осуществляется с помощью термопар типа ХК, вставляемых в гильзы 9 и 6. Непрерывный контроль давления в испарителе 2 и сопротивления перфорированной перегородки обеспечивает манометр 10. Предлагаемой реактор-фибридатор при простоте конструкции реакционной камеры, легкости регулирования высоты -щели и управления размерами фибридов позволяет за счет увеличения скорости истечения жидкой фазы повысить средневзвешенную длину фибридов до 220-275 дцг. Формула изобретения 1.Реактор-фибридатор для получения синтетических гетероцепных полимеров неравновесной газофазной полигконденссщией ацилируе№ах бифункциональных соединений с дихлорангидрядами дикарбоновых кислот, включающий вё ртикапьно установленный цилиндрический корпус, содержащий реакционную камеру и расположенную под ней камеру генерирования газовой фазы исходных продуктов, горизонтальную перфорированную перегородку со свободным сечением от 18 до 40%, установленную в нижней части реакционной камеры, средства для ввода жидкой фазы исходных продуктов в реакционную камеру и для вывода продуктов реакции из реакционной камеры, о тличающийся тем, что, с целью повышения качества получаемых фибридов за счет увеличения их размеров и упрощения конструкции, средство дляввода жидкой фазы установлено по оси реакционной камеры на расстоянии от поверхности горизонтальной перфорированной перегородки, равном 0,1-0,4 высоты реакционной кгьмеры. 2.Реактор-фибридатор по п. 1, отлич ающийс я тем, что средство для ввода жидкой фазы выполнено в виде механической щелевой форсунки с углом раскрытия выходного отверстия, равном 110-180°С, и высотой, равной 0,05 радиуса реакционной камеры. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Никифоров В.А. Разработка технологии синтеза полимеров методом поликонденсации в пенном режиме. Деп.ВИНИТИ № госрегистрации 74035815, инв. 5466424, 1976, с. 51. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2563805/26,кл.В 01 J 1/00, 1979.