Реактор для проведения процессов синтеза биологически активных соединений

 

Изобретение относится к химическому машиностроению. Для повышения коррозионной стойкости и увеличения срока службы реакторов, используемых в химико-фармацевтической промышленности при термических и механических ударах реактор выполнен из стали с антикоррозионным двухслойным покрытием, в котором под слоем тугоплавкого металла (например, Ta, W, Nb, Mo) расположен слой никеля при отношении его толщины к наружному слою 0,1 - 0,2. 1 табл.

Изобретение относится к химическому машиностроению и может быть использовано при проведении процессов синтеза биологически активных веществ (в фармацевтических производствах).

Известны реакторы для проведения химических процессов под давлением, состоящие из несущей оболочки из нержавеющей стали и двухслойной внутренней футеровки, выполненной из листов титана или других цветных металлов, соединенных сварными швами, под которыми размещены подложки из несвариваемых листов стали.

Известен также реактор, работающий при высоком давлении, изготовленный из углеродистой стали с покрытием, получаемым наплавлением. Внешний слой покрытия сплав железа с Cr или Ni (Nb, Mo, Ta).

Недостатком указанных выше устройств является низкая коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах органических и минеральных кислот, их солей, а также в щелочных средах, широко применяемых для получения ряда фармацевтических препаратов. Кроме того, наличие большого количества сварных швов резко снижает ресурс эксплуатации оборудования из-за ускоренной коррозии в местах соединения футеровочных листов.

Прототипом предполагаемого изобретения является реактор, состоящий из несущей оболочки из конструкционных сталей со стеклоэмалевыми покрытиями.

Реакторы со стеклоэмалевыми покрытиями обычно эксплуатируются с достаточно высокой надежностью при умеренных температурах (от -20 до 150^oC) и небольших значениях теплоперепадов. Их нагрев в процессе эксплуатации допускается производить без опасности повреждения покрытия со скоростью до 2^o в мин. В то же время имеется ряд химико-фармацевтических процессов, при которых стеклоэмалевые покрытия не обеспечивают длительную и надежную работу оборудования. Например, задержка передачи тепла через стеклоэмалированное покрытие из-за низкого коэффициента теплопередачи стеклоэмалевых слоев не позволяет проводить в эмалированных реакторах быстропротекающие процессы синтеза лекарственных препаратов, а также экзотермические процессы.

Основным недостатком стеклоэмалевых покрытий является их хрупкость и чувствительность к механическим и термическим ударам.

Целью предполагаемого изобретения является повышение коррозионной стойкости и увеличение срока службы реакторов, используемых в химико-фармацевтической промышленности, при термических и механических ударах.

Эта цель достигается тем, что в реакторе, изготовленном из стали с антикоррозионным покрытием, покрытие выполнено двухслойным, в котором под слоем тугоплавкого металла (например, Ta, W, Mo, Nb) расположен слой никеля при отношении его толщины к наружному слою 0,1 0,2.

Существо предполагаемого изобретения состоит в следующем. Покрытия из тугоплавких металлов защищают несущую оболочку реактора, изготовленного из конструкционных сталей, от коррозионного и механического воздействия и обеспечивают более высокую теплопередачу, чем стеклоэмалевые покрытия. Дополнительный слой никеля, расположенный между покрытием и поверхностью реактора, обеспечивает высокое сцепление покрытия с основой и повышает стойкость реактора с покрытием к тепловым и механическим ударам. Следует подчеркнуть, что при нанесении покрытия из никеля и пироплавкого металла необходимо обеспечить газоплотность покрытия и прочное сцепление между основой (сталью) и слоем никеля, а также между слоем никеля и слоем тугоплавкого металла.

Наши исследования показали, что ни однослойные покрытия из Ta, W, Mo, Nb, ни двухслойные покрытия Ti (V, Cr, Zr) тугоплавкий металл на сталях не обеспечивают необходимой стойкости к тепловым и механическим ударам в отличие от двухслойного покрытия никель-тугоплавкий металл. Это, по-видимому, связано с тем, что никель имеет достаточно высокую пластичность и образует непрерывные твердые растворы с железом (основным компонентом сталей), что обеспечивает снижение напряжений в покрытиях и способствует улучшению сцепления покрытия с основой. Подслой из Ti, V, Cr, Zr, как показали выполненные нами эксперименты, не может обеспечить такую стойкость покрытия к тепловым и механическим ударам, по-видимому, вследствие того, что эти металлы отличаются более высоким сродством к кислороду и углероду, чем никель, и, следовательно, при нанесении покрытия осаждаются непластичные промежуточные слои.

Наибольший эффект по стойкости двухслойного покрытия никель-тугоплавкий металл достигается в случае, если отношение внутреннего слоя (никеля) к внешнему (Ta, W, Mo, Nb) равно 0,1 0,2 при оптимальной толщине основного слоя (100 300 мкм).

Если это отношение меньше 0,1, то никелевый подслой не обеспечивает необходимого снижения уровня напряжений в покрытии, ответственных за термостойкость и адгезию покрытий. Если же это отношение больше 0,2, то ухудшается способность никелевого подслоя к деформациям и возрастает склонность к образованию микротрещин и снижению его механической прочности, что приводит к общему снижению стойкости двухслойных покрытий к механическим и термическим ударам.

В таблице 1 приведены среднестатистические данные по стойкости к термическим и механическим ударам образцов (диаметром 18 мм и высотой 3 мм) и реакторов (объемом 4,5 л) с однослойными и двухслойными покрытиями из тугоплавких металлов, а также приведены данные по коррозионной стойкости двухслойных покрытий при синтезе анаприлина, хлорацетопирокатехина и хлортрианизена.

Подслои из Ni, Ti, V, Zr, Cr наносили вакуумным электродуговым методом. Покрытие Ta, W, Mo, Nb наносили путем термического разложения карбонилов и водородного восстановления хлоридов и фторидов соответствующих металлов.

Вначале на образцы или реакторы наносили слой никеля или титана (V, Zr, Cr), а затем слой тугоплавкого металла. Толщина подслоя составляла 10 15 мкм, толщина слоя тугоплавкого металла 100 300 мкм.

Испытание покрытий на удар проводили методом свободного падения металлического бойка.

Определение термостойкости покрытий проводили путем повторения теплосмен (нагрев образца с покрытием со скоростью 15^o/c и его резкое охлаждение в воде при температуре 20^oC) до достижения температуры нагрева, при которой происходит нарушение целостности покрытия.

Коррозионные испытания двухслойных покрытий проводили при синтезе анаприлина, хлорацетопирокатехина и хлортрианизена в соответствии с регламентом их производства.

Выбор указанных выше препаратов обусловлен тем, что сырье для их производства, а также продукты, полученные на отдельных стадиях их синтеза, обладают высокой коррозионной активностью.

Например, синтез анаприлина проходит в среде водного раствора соляной кислоты, активно реагирующей со многими металлами и сталями. Хлорацетопирокатехин получают из моноуксусной кислоты, пирокатехина и хлорокиси фосфора в присутствии хлороформа. Реакционная масса после проведения синтеза обрабатывается водой. При этом образуется смесь растворов соляной и уксусной кислот, органических кислот и веществ. В качестве сырья для производства хлортрианизена применяются такие агрессивные реагенты как монохлоруксусная и соляная кислоты, хлор, уксусная кислота, хлорокись фосфора и др. При этом одна из стадий, а именно получение 1,1,2-трианизилэтилена проводится при повышенных температурах 170 180^oC.

В качестве основной характеристики коррозионной стойкости покрытий принята скорость коррозии, выраженная в миллиметрах в год.

Как видно из табл. 1, Ta, W, Nb, Мо покрытия, полученные нами, имеют высокую коррозионную стойкость. Скорость коррозии их при синтезах анаприлина и хлорацетопирокатехина не превышает 1·10^-2 мм/год. При синтезе хлортрианизена скорость коррозии защитных покрытий из вольфрама и молибдена несколько повышается и составляет 6·10^-2 и 1·10^-1 мм/год соответственно. Согласно классификации покрытий в соответствии с ГОСТом 24000 80 данные покрытия по коррозионной стойкости относятся к высшему классу.

Качество анаприлина, хлорацетопирокатехина, хлортрианизена, синтезированных в стальных реакторах с Ta, W, Mo, Nb покрытиями, соответствует требованиям НТД.

Коррозионная стойкость покрытий не обнаруживает зависимости от материала подложки, что свидетельствует об отсутствии сквозной пористости в покрытиях. Скорость коррозии Ta, W, Nb, Mo покрытий постоянна во времени и не зависит от количества проведенных синтезов.

Из таблицы также видно, что двухслойные покрытия с подслоем из никеля при соотношении его толщины к наружному слою тугоплавкого металла 0,1 0,2 более устойчивы к термическим и механическим ударам, чем стеклокристаллические и композитные эмалевые покрытия, а также имеют лучшие термомеханические свойства, чем однослойные покрытия из Ta (W, Nb, Mo) и двухслойные покрытия с титановым или ванадиевым (Zr, Cr) подслоем.

Двухслойные покрытия с никелевыми подслоями по своим эксплуатационным характеристикам могут быть рекомендованы для защиты химико-фармацевтического оборудования, работающего при больших перепадах температуры и ударных нагрузках, а также в средах с высоким абразивным износом.

Использование предложенных покрытий позволит повысить надежность работы химико-фармацевтического оборудования, улучшить технологию производства и качество препаратов медицинского назначения.

Формула изобретения

Реактор для проведения процесса синтеза биологически активных соединений, содержащий несущую оболочку из стали с антикоррозионным покрытием, включающим тугоплавкие металлы, отличающийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости и увеличения срока службы реактора при термических и механических ударах, покрытие выполнено двуслойным, и в нем под слоем тугоплавкого металла (например W, Ta, Nb, Mo) расположен слой никеля при отношении его толщины к толщине наружного слоя 0,1 0,2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2