Реактор

 

РЕАКТОР, содержащий цилиндрический корпус, патрубки ввода и вывода реагентов, патрубок вывода газа и коаксиально установленную цир куляционную трубу,о тличающийся тем, что, с целью интенсифи-. кации процесса массообмена и равномерного распределения твердой фазы в реакциях, сопровождающихся вьщелением газа, циркуляционная труба снабжена усеченными конусами, установленными с внешней или внутренней ее стороны, одно из оснований которых крепится к циркуляционной трубе, а другое свободно размещено между кор- . со пусом реактора и.трубой или внутри трубы, и газоотводными отверстиями, (Л расположенными под линией крепления конусов к циркуляционной трубе.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) В 01 J 19/00

1 Фф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР по делАм изоБРетений и ОтнРытий (2 1) 3590906/23-26 (22) 17.05.83 (46) 28.02.85.Бюл. № 8 (72) Г.А.Артамонова, Н.А.Афанасьев.

И.Д.Гридин, Б.П.Лопатин иЛ.К.Смирнова (71) Всесоюзный научно-исследова-. тельский и проектный институт моно- . меров (53) 66.023.2(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 231523, кл. В 01 Х 1/00, 1967.

2. Патент США № 3517732, кл. 165108, 30.06.70.

3. Авторское свидетельство СССР №- 787080, кл. В 01 J 19/00, 1973.

4. Авторское свидетельство СССР

¹- 766629, кл. В 01 J 19/00, 1978.

„„SU„„1142159 А (54) (57) РЕАКТОР, содержащий цилиндрический корпус, патрубки ввода и вывода реагентов, патрубок вывода газа и коаксиально установленную циркуляционную трубу,о т л и ч а ю щ и й— с -я тем, что, с целью интенсифи-. кации процесса массообмена и равномерного распределения твердой фазы в реакциях, сопровождающихся выделением газа, циркуляционная труба снабжена усеченными конусами, установленными с внешней или внутренней ее стороны, одно из оснований которых крепится к циркуляционной трубе, а другое свободно размещено между кор- . пусом реактора и трубой или внутри трубы, и газоотнодными отверстиями, расположенными под линией крепления конусов к циркуляционной трубе.

1 11421

Издбретение относится к химичес-ким реакторам и может быть использовано для проведения химических процессов в системах жидкость-твердое и жидкость-жидкость в случае протекания реакций, сопровождающихся выделением газовой фазы, например, при получении дихлорангидрицов ароматических дикарбоновых кислот взаимодействием тионилхлорида с нераст- 1п воряющейся в нем кристаллической кислотой, т.е. когда возникает.необходимость взвесить твердую фазу в реакционной массе и перемешать ее.

Известен аппарат для осуществления контакта между твердой и жидкой фазами, в котором механическое перемешивание осуществляется с помощью вращающегося вала, по высоте которого последовательно размещены ротор с циркуляционной трубой, на которой закреплена перфорированная перегородка, выполненная в виде усеченного конуса, и диск с лопастями. Благодаря наличию перегородки твердая фаза не препятствует работе диска и, таким образом, предотвращаются перегрузки и поломки перемещающегося устройства 1 ).

Недостатками аппарата с механическим, перемешиванием являются энергоемкость, сложность герметизации, особенно при наличии высокоагрессивных сред, и возможность попадания затворной жидкости в реакционный объем, что ведет к загрязнению целевого продукта.

Известен аппарат для контактирования в системе газ-жидкость, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, установленную циркуляционную трубу, выполненную в виде свер40 нутых в спираль профилированных полос, закрепленный на корпусе привод регулирования ширины промежутков между витками спирали 2 3.

Недостатком этого аппарата являет45 ся низкая интенсивность процесса взаимодействия веществ из-за однонаправленного характера движения их во всех промежутках между витками спирали, что ограничивает сферу и время их взаимодействия.

Известен аппарат для контактирования в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость, содержащий вертикаль, ный цилиндрический корпус, установленную коаксиально цилиндрическую трубу, выполненную в виде свернутых в спираль профилированных полос, закреп59 2 ленный на корпусе привод регулирова— ния ширины промежутков между витками спирали, в котором полосы выполнены трапецеидального или треугольного профиля, что способствует образованию локальных контуров рециркуляции реагентов13 ).

Однако суспендирование и равномерное распределение твердой фазы возможно только при подаче газа или другой жидкости извне, когда вследствие разности плотности фаз возникает циркуляция реакционной смеси.

В противном случае аппарат будет работать с накоплением твердой фазы, в виду отсутствия циркуляции, что существенно снизит конверсию твердой фазы.

Наиболее близким к изобретению является газлифтный аппарат,содер-, жащий цилиндрический корпус, барботер, патрубки для ввода и вывода продуктов и центральную трубу, по высоте которой выполнены окна, а аппарат снабжен размещенными в них вдоль оси корпуса чередующимися обтекателями, выполненными в виде тел вращения Е43.

Однако этот аппарат эффективно работает только при подаче газа извне.

Если необходимо суспендировать твердую фазу за счет газа, выделяющегося в процессе реакции,то так как эта конструкция создана для снижения продоль—

I) ного перемещенщя, то нижняя секция будет работать как простая барботажная колонна и в ней будет накапливаться твердая фаза, в результате чего реакция может прекратиться, что при— ведет к ухудшению работы аппарата, Подача же газа извне ведет к дополнительным энергозатратам, так как при сатурации подаваемого газа необходимо подводить дополнительное тепло, а также к созданию установки получения газа. Недопустимость введения инертных газов может быть связана с технологией. Например, при получе-, нии дихлорангидридов ароматических дикарбоновых кислот при взаимодействии терефталевой кислоты с хлористым тионилом выделяются хлористый водород и сернистый ангидрид. Введение инертного газа значительно усложняет дальнейшее разделение реакционных газов.

Цель изобретения — интенсификация процесса массообмена и равномерное

3 I 1421 распределение твердой фазы по реакционному объему в реакциях, сопровож- . дающихся выделением газа, без подачи газа извне.

Поставленная цель достигается тем, что в колонном аппарате, содержащем цилиндрический корпус, патрубки ввода и вывода реагентов, патрубок вывода газа и коаксиально установленную циркуляционную трубу, цирку-0 ляционная труба снабжена усеченными конусами, установленными с внешней или внутренней ее стороны, одно из оснований которых крепится к циркуляционной трубе, а другое свободно размещено между корпусом реактора и трубой или внутри трубы, и газоотводными отверстиями, расположенными под линией крепления конусов к циркуляционной трубе.

На фиг,1 представлен реактор с центральной трубой, имеющей по всей длине усеченные конуса с наружной стороны, и гид1)одинамической картиной движения газожидкостных пото25 ков, на фиг. 2 —. то же,с усеченными конусами размещенными с внутренней сто) роны центральной трубы.

Реактор содержит цилиндрический корпус 1, коаксиально установленную центральную трубу 2, гаэосборные камеры 3, образованные поверхностью центральной трубы 2 и коническими обечайками 4, присоединенными к трубе 2, газоотводные отверстия 5, технологические патрубки для ввода продуктов 6 и вывода жидких 7 и газообразных 8 продуктов. В верхней части газосборных камер 3 в центральной трубе размещены отверстия 5 для прохода парогазовой фазы из кольцевого зазора 9 во внутрь трубы 2 при наружном расположении газосборных камер (фиг.1), или из трубы 2 в кольцевой зазор 9 при внутреннем расположении газообразных камер (фиг.2).

Площадь сечения для прохода потока газонаполненной реакционной массы в сечениях 10, наиболее суженных газо1 сборными камерами 3, выбирается с таким расчетом,.-чтобы скорость потока несколько превышала скорость всплытия газовых пузырей.

Реактор работает следующим образом. 55

Аппарат заполняется исходной суспензией (или смесью плохо растворимых друг в друге жидкостей) при

59 4 этом создаются условия, необходимые для протекания реакции, сопровождающейся выделением газовой фазы.

По фиг.1 парогазовая смесь, обра— зующаяся в центральной трубе выходит из нее и через патрубок 8 покидает ре— актор. Парогазовая смесь, образующаяся в кольцевом зазоре 9, частично попадает в конические газосборные камеры 3 и начинает поступать во внутрь центральной трубы 2 через отверстия 5. В результате этого плотность газонаполненной жидкости внутри трубы 2 снижается и возникшая разность плотностей в трубе 2 и коль— цевом зазоре 9 приводит к интенсивно— му и направленному движению газонаполненной жидкости вверх по центральной трубе 2, на выходе из которой газожидкостной поток дегазируется: газовая фаза устремляется к патрубку 8, а жидкость, практически не содержащая газовых пузырей, поступает в кольцевой зазор 9 и движется по нему вниз. В результате реакции, сопровождающейся выделением газа, в этом потоке вновь образуются парогазовые пузырьки, которые увлекаются потоком вниз через суженное сечение 10. Далее площадь сечения для прохода потока реакционной массы резко увеличивается, что приводит к снижению скорости потока до скоростей ниже скорости всплытия пузырьков газа. В пространстве под конусом происходит всплытие парогазовых пузырьков, которые через отверстия 5 поступают во внутрь центральной трубы.

Таким образом, 60-95 парогазовой смеси, образующейся в кольцевом зазоре 9, поступает в центральную трубу 2 через газосборные камеры 3 и отверстия 5. Возникающая при этом разность плотностей потоков в кольцевом зазоре 9 и центральной трубе 2 более чем достаточна для обеспечения необходимой интенсивности циркуляции.

Во втором варианте устройства (фиг.2) газосборные камеры 3 размещены внутри центральной трубы 2.

В этом случае реактор работает так же как и в первом варианте, только с той разницей, что изменяется направление циркуляции потока внутри реактора: по кольцевому зазору 9 поток движется вверх, а по центральной трубе 2 — вниз.

Первый вариант исполнения газосборных камер предпочтительнее при

1142159

У2. Я

ВНИИПИ Ь аказ 598/8

Тираж 541 Подписное

Филиал ППП "Ввтеит", г.Ужгород, ул.Проектная, 4 экзотермических реакциях, при которых стенки аппарата охлаждаются, второй — при протекании зндотермических реакций, требующих подвода теп-, ла в реакторе через стенки аппарата.

При этих -условиях направление конвективных токов будет совпадать с направлением движения потока.

Таким образом, в предлагаемом аппарате с помощью газосборных камер обеспечивается зрлифтный способ перемещения без подачи газа извне, только за счет образующихся в ходе реакции газов, с созданием интенсивной направленной циркуляции потоков реагентов, что и обеспечивает равномерное распределение твердой фазы по реакционному объему.

Предлагаемый колонный реактор с. центральной трубой, снабженной усеченными конусами, может быть использован для процесса получения дихлорангидрида терефталевой кислоты (ДХА ТФК} при каталитическом взаимодействии терефталевой кислоты (1ФК) с тионилхлоридом (5OC1 ) .