Трубчатый реактор

 

Цель изобретения - повышение эффективности работы и снижения экономических затрат. Реактор содержит замеевик, каждая секция которого выполнена из двух вертикальных труб, соединенных поворотными коленами, и включает входной, центральный и выходной участки, диспергаторы и патрубки ввода и вывода компонентов и продуктов реакции. Соотношение проходных сечений входных, центральных и выходных участков труб составляет соответственно 1:(3-20):(100-1000). Диспергаторы выполнены в виде установленных по оси труб стержней, образующих с внутренней поверхностью труб кольцевой зазор. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК () 9) (11) (st)s В 01 J 19/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3477769/23-26 (22) 23.07.82 (46) 23.09.90. Бюл. М 35 (72) В.Ф.Попов и H.Â.Âèíîãðàäîâà (53) 66.023(088.8) (56} 1. Патент Польши М 62465, кл. 12 g 4/02, 1980, 2. Авторское свидетельство СССР

М 392961, кл. С 01 G 9/14, 1970. (54К57) 1,ТРУБЧАТЫЙ РЕАКТОР, содержащий змеевик, каждая секция которого выполнена из двух вертикальных труб, соединенных поворотными коленами, и включает входной, центральный и выходной участки, диспергаторы и патрубки ввода и вывода компонентов и продуктов реакции. отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы и сниже1593696 ния экономических затрат, диспергаторы расположены во входных участках секций, диаметр трубы выходного участка каждой секции больше диаметра входного. участка и меньше диаметра центрального участка, при этом выходной конец входного участка соеДинен с входом центрального участка посредством диффузора, а выход центрального участка связан посредством конфузора с поворотным коленом.

Изобретение относится к химическому машиностроению, предназначено для осуществления химических реакций в жидкофазных дисперсных системах и может быть использовано, например, в производствах нитроанилинов(2,4-динитроанилина,2-нит роанилина, 4-нитроанилина и др.).

Известен трубчатый реактор, выполненный B виде концентрически расположенных змеевиков, которые размещены в цилиндрической емкости (1), Недостатком данного реактора является низкая эффективность процесса и громоздкость аппаратуры.

Наиболее близким к изобретению является реактордля окисления нефтяных остатков, выполненный в. виде трубчатого змеевика, составленного из прямых труб и поворотных колен (2) . Для повышения эф. фективности работы на системах жидкость— газ внутри труб установлены кольца и серповидные полукольца.

Недостаток данного реактора заключается в его низкой эффективности, которая связана с.. выполнением реактора из труб постоянного проходного сечения. Медленно протекающие жидкофазные химические реакции (несколько минут) требуют одновременного выполнения двух взаимоисключающих условий: создания реакционного объема, в котором должна полностью завершаться реакция, и обеспечения такой скорости движения дисперсной системы (эмульсии) в этом объеме. при которой предотвращается ее расслоение. При большом проходном сечении труб (скорость потока

0,05-0,5 м/с) дисперсные системы расслаиваются, поверхность контакта фаз резко уменьшается, поэтому эффективность процесса также снижается. При малом проходном сечении труб (скорость потока 5 — 10 м/с) обеспечиваются наиболее благоприятные условия для получения высокодисперсных систем, а следовательно, и для высокой эффективности протекания процессов тепло2. Реактор по и. 1, отличающийся тем, что соотношение проходных сечений входных. центральных и выходных участков труб составляет соответственно 1:(320):(100-1000).

3. Реактор по и. 1, отличающийся тем, что диспергаторы выполнены в виде установленных по оси труб стержней, образующих с внутренней поверхностью труб кольцевой зазор. массообменэ и химических превращений, Однако общая длина такого реактора может достигать нескольких тысяч метров, что оказывается нецелесообразным как конст5 рутивно, так и экономически. Применение же трубчатого реактора, выполненного ввиде концентрических змеевиков, для работы на больших скоростях потоков невозможно из-за возникновения центробежной силы, 10 способствующей появлению обратного эффекта — расслоения эмульсии.

Цель изобретения — повышение эффективности работы и снижение экономических затрат, 15 Поставленная цель дотигается тем, что в трубчатом реакторе, содержащем змеевик, каждая секция которого выполнена из двух вертикальных труб, соединенных поворотными коленами, включает входной, цен20 тральный и выходной участки, диспергаторы и патрубки ввода и вывода компонентов и продуктов реакции, диспергаторы расположены во входных участках секции, диаметр трубы выходного участка

25 каждой секции больше диаметра входного участка и меньше диаметра центрального участка, при этом выходной конец входного участка соединен с входом центрального участка посредством диффузора, а выход

30 центрального участка связан посредством конфузора с поворотным коленом, а также тем, что соотношение проходных сечений входных центральных и выходных участков труб составляет соответственно 1;(335 20):(100 — 1000), а диспергаторы выполнены в виде установленных по оси труб стержней, образующих с внутренней поверхностью труб кольцевой зазор, 40. На фиг. I изображен трубчатый реактор. разрез; на фиг. 2 — труба-диспергатор; на фиг, 3 — трубчатый реактор, смонтированный в цилиндрической емкости; на фиг. 4— разрез А — А на фиг, 3; нэ фиг. 5 — разрез Б-Б

45 на фиг.3.

1593696

Реактор включает входные участки труб— диспергаторы 1 и 2, центральные участки труб 3; выполняющие функции реакционных колонн, и выходные участки труб — гидроэлеваторы 4. Трубы соединены между 5 собой посредством диффузоров 5, конфузоров 6 и поворотных колен 7. На входе в реактор к диспергатору 1 присоединена цилиндроконическая насадка 8, в которую вмонтирован изогнутый под 90 патрубок9. 10

Основные элементы реактора оснащены теплообменными рубашками 10-12, кото-. рые имеют патрубки 13 и 14 для подвода и отвода теплоносителя или хладоагента, а также температурные компенсаторы 15 и 15

16. Проходное сечение диспергаторов (фиг. 2) в форме кольца образуется путем монтажа по оси трубы 1 цилиндрического стержня 17. центровка которого осуществляется направляющими лепестками 18. 20

Вариант трубчатого реактора, размещенного в цилиндрической емкости (фиг; 3), предусматривает монтаж реакционных. колонн и гидроэлеваторов в распределительной решетке 19, которая устанавливается на 25 корпусе 20 цилиндрической емкости. Верхняя часть реактора закрывается, крышкой

21, через патрубки 22 и 23 которой проходят труба-диспергатор 1 и конечная труба-гидроэлеватор 4. Корпус 20 снабжен патруб- 30 ками 24 и 25 для подвода и отвода теплоносителя или хладоагента.

Работа трубчатого реактора на примере непрерывного производства 2,4-динитроанилина осуществляется следующим обра- 35 эом.

В спутный поток 57-ной аммиачной воды, непрерывно поступающей в цилиндроконическую насадку 8 под давлением 2530 ати с температурой около 180 С, через 40 патрубок 9 при таких же температуре и давлении подается плав 2,4-динитрохлорбензола. 8 диспергаторе 1 скорость потока до, стигает 5-10 м/с. благодаря чему

2,4-динитрохлорбензол диспергируется s .45 аммиачной воде, образуя эмульсию. С помощью диффузора 5 скорость потока эмульсии снижается до 0,01=О,05 м!с. Эмульсия поступает в верхнюю чеЬь реакционной колонны 3, где, в основном. осуществляется 50 реакция аммонолиза 2,4-динитрохлорбен- зола. Время расслоения эмульсии определяет время контакта фаз. Не вступившие в реакцию капли 2,4-динитрохлорбензола коалесцируют в нижней части реакционной колонны 3 и попадают в конфузор 6, в котором скорость потока снова увеличивается до 0,5-1,5 м/с. обеспечивая транспортировку крупных капель через поворотные колена

7 трубой-гидроэлеватором 4 в трубу-диспергатор 2, в котором осуществляется вторичное дробление капель 2,4-динитрохлорбензола в потоке аммиачной воды и образовавшихся продуктов реакции. Вновь образованная эмульсия поступает во вторую реакционную колонну 3 и тд, до полного превращения 2,4динитрохлорбензола в 2,4-динитроанилин.

На выходе из реактора продукты реакции через дросселирующее устройство (не показано) поступают на выделение, известным способом. Рубашки 10-12 позволяют автономно поддерживать и изменять температуру в каждом элементе трубчатого реактора с учетом выделяющегося тепла реакции.

Работа трубчатого реактора может осуществляться и на таких жидкофазных системах, когда плотность дисперсной фазы меньше плотности сплошной фазы (при расслоении эмульсии капли дисперсной фазы всплывают). Для таких систем трубы-дис-. пергаторы 1 и 2, насадка 8 с патрубком 9, а также диффузоры 5 присоединяются к нижнему концу колонн 3, а конфузоры 7 — к верхнему концу. При небольшой теплоте реакции целесообразно использовать трубчатый реактор, показанный на фиг. 3.

Использование предлагаемого изобретения позволит перевести периодические производства нитроанилинов на непрерывный способ в отличие от периодического способа в автоклавах высокого давления.

При этом мощность производства увеличивается в два раза, снижаются экономические затраты, увеличивается производительность труда в 2 раза с обеспечением horiной автоматизации производства, снижаются капитальные и эксплуатационные затраты, а также повышается культура производства и улучшаются условия труда, 1593б9б

1593696

Составитель Э.Скачкова .Редактор А.Козориэ ТехредМ.Моргентал Корректор А.Обручар

Заказ 2788 Тираж 415 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101