RU198293U1 - Роторный пленочный реактор - Google Patents

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к области химических реакционных аппаратов и может быть использовано для проведения химических реакций в системах жидкость-жидкость с интенсивным тепловыделением с возможным выделением твердой фазы, например, в производстве ксантогенатов.Технический результат достигается при использовании роторного пленочного реактора с цилиндрическим корпусом, крышкой, осевым валом с насаженными на нем тарелками, штуцерами подачи реагентов, штуцерами отвода охлаждающей жидкости, штуцерами подачи охлаждающей жидкости, полками с отверстием для вала, причем в нижней части колонного аппарата установлены бункеры вывода продуктов, а вал выполнен полым, в верхней части которого установлен пленкообразователь, выполненный в виде концентрических колец, соединенных рейками, при этом тарелки выполнены в виде полых конических выпуклых по ходу движения реакционной массы дисков, внутри каждого из которых установлено распределительное устройство, выполненное в виде конического выпуклого диска, закрепленного ребрами к нижней внутренней стороне полой конической тарелки, а полки закреплены на внутренней поверхности цилиндрического корпуса и выполнены в виде полых конических вогнутых по ходу движения реакционной массы дисков, на которых установлены патрубки перетока, выполненные в виде трубок, утопленных внутрь полых конических полок, при этом все полки аппарата соединены этими патрубками, а полые конические полки и полые конические тарелки установлены с чередованием.Техническим результатом предлагаемой конструкции реактора является увеличение производительности химических процессов, проходящих в пленке нисходящей реакционной массы посредством увеличения поверхности теплообмена и снижения вероятности возможного отложения твердой фазы, выделяющейся в ходе химической реакции.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области химических реакционных аппаратов и может быть использовано для проведения химических реакций в системах жидкость-жидкость с интенсивным тепловыделением с возможным выделением твердой фазы, например, в производстве ксантогенатов.

Из существующего уровня техники известно пленочное массообменное устройство с закручиванием потоков, содержащее корпус, устройство ввода жидкости в аппарат, штуцер вывода жидкости из аппарата, штуцеры ввода и вывода газа, центральную стойку, верхнюю и нижнюю опоры стойки и массообменного устройства, отличающееся тем, что массообменное устройство выполнено в виде системы консольно расположенных на центральной стойке профилированных пластин так, что пластины образуют нисходящую ступенчатую спираль (Патент RU 82132, МПК B01D 3/28, B01D 53/18, 2009 г.).

Недостатками данного технического решения является малая поверхность теплообмена, поэтому химические реакции с интенсивным тепловыделением проводить нецелесообразно. Также профилированные пластины нисходящей спирали имеют высокое гидравлическое сопротивление и, в случае выделения твердой фазы в ходе химического процесса, пространство между пластинами закупорится.

Известен пленочный роторный реактор, содержащий вертикальный корпус с наружными рубашками, ротор со скребками, вращающуюся вместе с ротором тарелку, технологические штуцеры, отличающийся тем, что тарелка выполнена асимметрично оси корпуса, и на тарелке по окружности симметрично расположены как минимум два патрубка, высота которых над поверхностью тарелки превышает 1/4 диаметра патрубка, а конец штуцера ввода полимеризата, находящегося над тарелкой, размещен от оси патрубка тарелки в направлении к оси тарелки на расстоянии, не меньшем чем на величину суммы радиусов патрубка и конца штуцера (Патент RU 40912, МПК B01J 10/02, 2004 г.).

Недостатками данного технического решения является малая поверхность теплообмена, ограниченная размером аппарата, а так же наличие скребков, которые разрывают пленку нисходящей реакционной массы, что приводит к неравномерному проведению химических реакций, что в целом снижает производительность.

Известен так же пленочный аппарат с рубашкой и полым ротором с закрепленными лопастями, причем ротор выполняет функцию распределительного пленкообразующего устройства (Патент SU 1648524, МПК B01D 3/30, 1991 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся малая поверхность теплообмена, ограниченная размером аппарата, и то, что полости распределительного пленкообразующего устройства в случае выделения твердой фазы в ходе химической реакции закупориваются, что значительно снижает производительность аппарата.

Наиболее близким техническим решением является роторно-дисковый экстрактор (Патент SU 142627, МПК B01D 11/04, 1961 г.), состоящий из цилиндрического корпуса и проходящего через него осевого вала с насаженными на нем дисками, а также с целью интенсификации процесса путем лучшего перемешивания жидкостей, на валу экстрактора насажены последовательно чередующиеся между собою диски различных диаметров, из которых одни диски с диаметром почти равным внутреннему диаметру корпуса и со сквозными отверстиями в осевой их зоне, а другие сплошные диски меньшего диаметра.

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата при использовании данного аппарата в качестве реактора для проведения химических реакций в системах жидкость-жидкость с интенсивным тепловыделением, относятся трудоемкость удаления твердой фазы, которая может выделиться из реакционной массы на охлаждаемой поверхности, неравномерное распределение в виде пленки из-за провальных отверстий на стационарных дисках аппарата, и отсутствие поверхности теплообмена, то есть невозможность отведения теплоты химической реакции с интенсивным тепловыделением, что в целом значительно снижает производительность.

Задачей является разработка конструкции реактора, позволяющего проводить химические реакции с интенсивным тепловыделением и возможным выделением твердой фазы.

Техническим результатом предлагаемой конструкции реактора является увеличение производительности химических процессов.

Технический результат достигается при использовании роторного пленочного реактора с цилиндрическим корпусом, крышкой, осевым валом с насаженными на нем тарелками, штуцерами подачи реагентов, штуцерами отвода охлаждающей жидкости, штуцерами подачи охлаждающей жидкости, полками с отверстием для вала, причем в нижней части колонного аппарата установлены бункеры вывода продуктов, а вал выполнен полым, в верхней части которого установлен пленкообразователь, выполненный в виде концентрических колец, соединенных рейками, при этом тарелки выполнены в виде полых конических выпуклых по ходу движения реакционной массы дисков, внутри каждого из которых установлено распределительное устройство, выполненное в виде конического выпуклого диска, закрепленного ребрами к нижней внутренней стороне полой конической тарелки, а полки закреплены на внутренней поверхности цилиндрического корпуса и выполнены в виде полых конических вогнутых по ходу движения реакционной массы дисков, на которых установлены патрубки перетока, выполненные в виде трубок, утопленных внутрь полых конических полок, при этом все полки аппарата соединены этими патрубками, а полые конические полки и полые конические тарелки установлены с чередованием.

Выполнение тарелок в виде полых конических выпуклых по ходу движения реакционной массы дисков позволяет использовать их в качестве емкости для поступающего в полый вращающийся вал охлаждающей жидкости, поэтому их поверхность используется как поверхность теплообмена с пленкой нисходящей реакционной массы, что увеличивает производительность процессов проведения химических реакций в системах жидкость-жидкость с интенсивным тепловыделением с возможным выделением твердой фазы.

Закрепление на внутренней поверхности цилиндрического корпуса полок, выполненных в виде полых конических вогнутых по ходу движения реакционной массы дисков, на которых установлены патрубки перетока, выполненные в виде трубок, утопленных внутрь полых конических полок, и соединение всех полок аппарата этими патрубками позволяет создать еще одну поверхность теплообмена с нисходящей реакционной массы, что еще больше увеличивает производительность.

Полые конические тарелки и дисковые полки установлены с чередованием для того, чтобы движение пленки нисходящей реакционной массы было равномерным без разрывов для увеличения производительности реактора.

Вращение полого вала с установленным в верхней его части пленкообразователем, выполненным в виде концентрических колец, соединенных рейками, позволяет смешивать реагенты и измельчать вероятные отложения твердой фазы, а полые конические тарелки в совокупности с их формой (усеченный конус, выпуклый по ходу движения реакционной массы) позволяет под действием центробежной силы и силы тяжести сбрасывать с себя выделяющуюся в ходе химической реакции твердую фазу на полые конические полки, при этом форма полых конических полок (усеченный конус, вогнутый по ходу движения реакционной массы) не только позволяет под действием силы тяжести стекать пленке нисходящей реакционной массы с возможными отложения твердой фазы, выделяющейся в ходе химической реакции, но и позволяет избежать закупорки отверстия по центру для вращающегося вала этой твердой фазой, что так же способствует повышению производительности.

Поверхность полых конических тарелок и полых конических полок является не только поверхностью-носителем пленки нисходящей реакционной массы, но и поверхностью теплообмена, поэтому теплота химической реакции с интенсивным тепловыделением, проходящая в пленке нисходящей реакционной массы на поверхности полок и тарелок, будет непрерывно отводиться, что в целом значительно повышает производительность.

Преимуществами данной конструкции являются так же распределительное устройство, выполненное в виде конического выпуклого диска, закрепленного ребрами к внутренней стороне конической тарелки, которое позволяет полностью заполнить пространство полой конической тарелки охлаждающей жидкости, что способствует интенсификации теплообмена и, тем самым, увеличению производительности аппарата.

Для того, чтобы пространство полых конических полок было полностью заполнено охлаждающей жидкостью, патрубки перетока утоплены внутрь полок. Поступающая сверху вниз охлаждающая жидкость, преодолевая патрубки перетока, полностью заполняет пространство полых конических полок, что способствует интенсификации теплообмена и, тем самым, увеличению производительности аппарата.

Уменьшение вероятности возможного отложения твердой фазы , выделяющейся в ходе химической реакции, достигается за счет вращения полого вала и формы полых конических тарелок и полых конических полок, а бункеры вывода продуктов, установленные внизу колонного аппарата, позволяют собирать практически всю твердую фазу , выделяющуюся в ходе химической реакции и выводить ее из аппарата, что позволяет увеличить производительность, уменьшая время на очистку аппарата от твердой фазы , выделяющейся в ходе химической реакции.

Таким образом, увеличение производительности достигается за счет того, что поверхность теплообмена является поверхностью-носителем пленки нисходящей реакционной массы. То есть за счет отведения теплоты химической реакции на протяжении всей поверхности пленки равновесие будет смещаться в сторону образования продуктов, а сама поверхность-носитель и поверхность теплообмена ограничивается количеством полых конических тарелок и полых конических полок, а не геометрическими размерами аппарата, что значительно повышает производительность.

На фиг.1 представлен предлагаемый аппарат в продольном разрезе.

На фиг.2 представлено сечение А-А.

Роторный пленочный реактор состоит из цилиндрического корпуса 1, крышки 2, штуцеров подачи охлаждающей жидкости 3 и 4, штуцеров отвода охлаждающей жидкости 5 и 6, штуцерами подачи реагентов 7, полого осевого вращающегося вала 8 с установленным в верхней его части пленкообразователем, выполненным в виде концентрических колец 9, соединенных рейками 10. На вал 8 насажены тарелки 11, выполненные в виде полых конических выпуклых по ходу движения реакционной массы дисков, внутри каждого из которых установлено распределительное устройство 12, выполненное в виде конического выпуклого диска, закрепленного ребрами 13 к нижней внутренней стороне полой конической тарелки 11. На внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1 закреплены полые конические полки 14, выполненные в виде полых конических вогнутых по ходу движения реакционной массы дисков, на которых установлены патрубки перетока 15, выполненные в виде трубок, утопленных внутрь полых конических полок 14. Внизу аппарата установлены бункеры вывода 16 продуктов.

Охлаждающая жидкость поступает и в полый вращающийся вал 8, распределяясь в пространстве полых конических тарелок 11 при помощи распределительных устройств 12, и в полые конические полки 14 через патрубки перетока 15. Таким образом, в аппарате установлены две независимых поверхности теплообмена и поверхности-носителя пленки нисходящей реакционной массы.

Пленкообразователь, выполненный в виде концентрических колец 9, соединенных рейками 10, установленный в верхней части полого вращающегося вала 8, выполняет функцию смешения реагентов и равномерного их распределения по поверхности полых конических полок 14 и полых конических тарелок 11.

Роторный пленочный реактор работает следующим образом: реагенты поступают через штуцеры 7, установленные в крышке 2, в цилиндрический корпус 1 аппарата. При вращении полого вращающегося вала 8 пленкообразователь, выполненный в виде концентрических колец 9, соединенных рейками 10, смешивает и равномерно распределяет реагенты в виде пленки нисходящей реакционной массы, которая равномерно стекает по полым коническим полкам 13 и полым коническим тарелкам 11. Одновременно с этим через штуцер подачи 3 охлаждающей жидкости к полому вращающемуся валу 8 и к полым коническим тарелкам 11 поступает охлаждающая жидкость, а через штуцер подачи 4 охлаждающей жидкости через патрубки перетока 15 охлаждающая жидкость поступает в полые конические полки 14. Охлаждающая жидкость и нисходящая реакционная масса в виде пленки движутся прямотоком. Через бункеры 16 вывода продуктов нисходящая реакционная масса с выделившейся твердой фазой отводится из аппарата, а через штуцер отвода 5 охлаждающей жидкости и штуцер отвода 6 охлаждающей жидкости из полых конических тарелок 11 и полых конических полок 14 соответственно отработанная охлаждающая жидкость, забравшая теплоту химической реакции, отводится из аппарата.

Использование полых конических полок 14 и полых конических тарелок 11, установленных на полом вращающемся валу 8, при прямоточном движении охлаждающей жидкости и нисходящей реакционной массы позволяет избежать местных перегревов пленки. Выделяющаяся твердая фаза в ходе химической реакции имеет низкую вероятность откладываться на поверхности теплообмена и поверхности-носителя пленки при работе аппарата в таком режиме, а пленкообразователь, установленный на вращающемся валу 8, благодаря своей конструкции (концентрических колец 9, соединенных рейками 10) смешивает реагенты в реакционную массу и измельчает вероятные отложения твердой фазы, выделяющейся в ходе химической реакции, что позволяет увеличить производительность.

Таким образом, роторный пленочный реактор, выполненный в виде колонного аппарата с цилиндрическим корпусом, крышкой, осевым валом с насаженными на нем тарелками, штуцерами подачи реагентов, штуцерами отвода охлаждающей жидкости, штуцерами подачи охлаждающей жидкости, полками с отверстием для вала, причем в нижней части колонного аппарата установлены бункеры вывода продуктов, а вал выполнен полым, в верхней части которого установлен пленкообразователь, выполненный в виде концентрических колец, соединенных рейками, при этом тарелки выполнены в виде полых конических выпуклых по ходу движения реакционной массы дисков, внутри каждого из которых установлено распределительное устройство, выполненное в виде конического выпуклого диска, закрепленного ребрами к нижней внутренней стороне полой конической тарелки, а полки закреплены на внутренней поверхности цилиндрического корпуса и выполнены в виде полых конических вогнутых по ходу движения реакционной массы дисков, на которых установлены патрубки перетока, выполненные в виде трубок, утопленных внутрь полых конических полок, при этом все полки аппарата соединены этими патрубками, а полые конические полки и полые конические тарелки установлены с чередованием обеспечивает увеличение производительности проведения химических реакций в системах жидкость-жидкость с интенсивным тепловыделением с возможным выделением твердой фазы.

Claims (1)

1. Роторный пленочный реактор, выполненный в виде колонного аппарата с цилиндрическим корпусом, крышкой, осевым валом с насаженными на нем тарелками, штуцерами подачи реагентов, штуцерами отвода охлаждающей жидкости, штуцерами подачи охлаждающей жидкости, полками с отверстием для вала, отличающийся тем, что в нижней части колонного аппарата установлены бункеры вывода продуктов, а вал выполнен полым, в верхней части которого установлен пленкообразователь, выполненный в виде концентрических колец, соединенных рейками, при этом тарелки выполнены в виде полых конических выпуклых по ходу движения реакционной массы дисков, внутри каждого из которых установлено распределительное устройство, выполненное в виде конического выпуклого диска, закрепленного ребрами к нижней внутренней стороне полой конической тарелки, а полки закреплены на внутренней поверхности цилиндрического корпуса и выполнены в виде полых конических вогнутых по ходу движения реакционной массы дисков, на которых установлены патрубки перетока, выполненные в виде трубок, утопленных внутрь полых конических полок, при этом все полки аппарата соединены этими патрубками, а полые конические полки и полые конические тарелки установлены с чередованием.

Images