Реактор прямого хлорирования этилена

 

Изобретение относится к аппаратам для получения дихлорэтана (ДХЭ). Задача изобретения - повышение выхода и качества ДХЭ и снижение удельного расхода этилена. Прямое хлорирование этилена осуществлено в вертикальной колонне, имеющей штуцер для ввода жидкого ДХЭ, штуцер для вывода газообразного ДХЭ. Через трубчатый распределитель вводят газообразный этилен, а после установления вертикальной циркуляции ДХЭ в колонне через трубчатый распределитель вводят газообразный хлор, который равномерно растворяется в восходящем потоке ДХЭ, выходящем из нижнего конца циркуляционной трубы. Установленная на днище колонны кольцевая решетка, составляющая из двух кольцевых обечаек, образующих между собой кольцевой проход, выполняет роль направляющего устройства для выравнивания скорости восходящего потока ДХЭ и обеспечивает формирование равномерного профиля скорости восходящего потока ДХЭ в зоне ввода хлора, что позволяет получить однородную расчетную концентрацию растворенного хлора по всей площади сечения колонны в зоне ввода этилена, где реакции его хлорирования протекает без возникновения локальных зон кипения ДХЭ. Жидкий синтезированный ДХЭ отводится через штуцер. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к конструкции аппаратов, применяемых в химической промышленности для получения дихлорэтана путем хлорирования газообразного этилена в среде жидкого дихлорэтана (ДХЭ).

Известен реактор прямого хлорирования этилена, выбираемый в качестве прототипа [1] содержащий вертикальную колонну со штуцерами.

Сущность изобретения заключается в том, что в реакторе прямого хлорирования этилена, включающем вертикальную колонну со штуцерами вывода продуктов реакции и ввода компонентов реакции, распределителями хлора и этилена, циркуляционную трубу и секционирующие тарелки, расположенные в верхней части колонны, согласно изобретению, в нижней части колонны под распределителями хлора и этилена установлено направляющее устройство для выравнивания скорости восходящего потока дихлорэтана, выполненное в виде кольцевой решетки, состоящей из наружной и внутренней кольцевидных обечаек, концентрично расположенных относительно оси колонны с образованием между собой кольцевого прохода, площадь сечения которого выполнена большей, чем площадь сечения циркуляционной трубы, при этом высота наружной обечайки выполнена большей, чем высота внутренней обечайки и верхние кромки обеих обечаек расположены на одном уровне, а нижняя кромка наружной обечайки прикреплена к днищу корпуса колонны.

Направляющее устройство для выравнивания скорости восходящего потока дихлорэтана может быть выполнено в виде, по меньшей мере, двух перфорированных тарелок, расположенных между днищем колонны и распределителем хлора, перфорации тарелок выполнена в виде концентрично расположенных относительно оси колонны кольцевых проходов для каждой тарелки ширины, при этом на каждой тарелке, расположенной выше смежной с нею нижней тарелки, количество кольцевых проходов увеличено вдвое по сравнению со смежной с нею нижней тарелкой.

Для решения задачи изобретения в предлагаемой конструкции реактора обеспечивают одинаковую скорость во всем сечения восходящего через зону растворения хлора потока ДХЭ. Этим обеспечивается одинаковая концентрация растворенного хлора в ДХЭ, поступающем в зону реакции, а величина концентрации растворенного хлора не превышает среднюю расчетную для реактора и, таким образом, в предлагаемой конструкции исключается парообразование в зоне реакции.

Конструкция предлагаемого реактора представлена на чертежах, где на фиг. 1 схематически показан общий вид предлагаемого реактора, продольный разрез, на фиг. 2 нижняя часть реактора с кольцевой решеткой, продольный разрез и график профиля скорости потока ДХЭ.

Реактор прямого хлорирования этилена включает в себя вертикальную колонну 1, имеющую в нижней части штуцер 2 для ввода жидкого возвратного дихлорэтана, а в верхней части штуцер 3 для вывода продуктов реакции паров дихлорэтана. Внутри колонны 1 установлены расположенные один над другим распределители 4 и 5 для ввода компонентов реакции газообразных хлора и этилена, соответственно. Каждый распределитель 4 и 5 выполнен в виде нескольких концентрических трубных колец, присоединенных к соответствующему входному штуцеру и имеющих равномерно размещенные под углом минус 45 градусов и минус 135 градусов к горизонтальному сечению ряды отверстий для выхода газообразных реагентов хлора и этилена. По оси колонны 1 установлена вертикальная циркуляционная труба 6 таким образом, что ее нижний конец расположен ниже распределителей 4 и 5. В верхней части колонны 1 размещено несколько горизонтальных секционирующих тарелок 7, расположенных ниже верхнего конца циркуляционной трубы 6. В нижней части колонны 1 под распределителями 4 и 5 установлено направляющее устройство для выравнивания скорости восходящего потока дихлорэтана, выполненное в виде кольцевой решетки 8, состоящей из двух кольцевых обечаек наружной обечайки 9 и внутренней обечайки 10, концентрично расположенных относительно оси колонны 1 с образованием между собой кольцевого прохода 11 для выхода восходящего потока дихлорэтана, ориентированного примерно посредине между стенками трубы 6 и колонны 1. Площадь сечения кольцевого прохода 11 выполнена в 3-6 раз больше, чем площадь сечения циркуляционной трубы 6. Высота наружной обечайки 9 выполнена большей, чем высота внутренней обечайки 10, но их верхние кромки расположены на одном уровне. Нижняя кромка наружной обечайки 9 доходит до днища корпуса колонны 1 и прикреплена к нему, а нижняя кромка внутренней обечайки 10 не доходит до днища корпуса колонны 1 и образует с ним проход для входа потока дихлорэтана, выходящего из циркуляционной трубы 6.

Минимальное расстояние от верхних кромок обечаек 9 и 10, а также от верхней тарелки 12 до распределителя 4 хлора, выбрано обеспечивающим слияния границ струй потоков ДХЭ, выходящих из их кольцевых проходов 11 или 13. В днище колонны 1 имеется штуцер 14 для вывода жидкого ДХЭ.

Предложенный реактор прямого хлорирования этилена работает следующим образом.

Сначала в реактор осуществляется подача газообразного этилена через его распределитель 5. Этилен плохо растворяется в ДХЭ, поэтому основная его часть при отсутствии химической реакции не растворяется в жидкости, образуя в реакторе газожидкостную смесь, плотность которой меньше плотности чистого ДХЭ.

За счет разности плотности газожидкостной смеси в основном объеме реактора и чистого ДХЭ в циркуляционной трубе 6, в реакторе возникает движущая сила циркуляции, которая создает нисходящий поток в циркуляционной трубе 6 и восходящий поток через распределители 4 и 5 для ввода газообразных компонентов реакции.

После организации в реакторе циркуляции, в него подается хлор через распределитель 4 для его ввода. Хлор имеет хорошую растворимость в ДХЭ и растворяется в нем полностью за время прохождения до уровня ввода этилена, где начинается химическая реакция его хлорирования. В результате химической реакции происходит уменьшение количества этилена, находящегося в реакторе, но увеличивается количество паров ДХЭ, которые образуются в результате нагревания ДХЭ теплом, выделяющимся в ходе химической реакции. Количество паров ДХЭ значительно, поэтому несмотря на уменьшение находящегося в реакторе этилена, среднее газосодержание в реакторе возрастает и движущая сила циркуляции увеличивается, достигая своего расчетного значения, которое обеспечивает необходимое количество циркулирующего ДХЭ.

Нисходящий поток ДХЭ, вытекающий из циркуляционной трубы 6, растекается по днищу колонну 1, но не доходит до стенки колонны 1, а встречая на своем пути кольцевую обечайку 9, направляется ею вверх и подается в кольцевой проход 11, ограниченный обечайками 9 и 10. Благодаря тому, что площадь сечения кольцевого прохода 11 выполнена большей, чем площадь сечения циркуляционной трубы, кольцевой проход 11 имеет меньшее гидравлическое сопротивление, чем сопротивление трубы 6, и поэтому через него проходит почти весь объем циркулирующего ДХЭ. Поток ДХЭ, выходящий из кольцевого прохода 11, расширяется по мере его подъема вверх. Угол расширения потока составляет около 15 градусов, поэтому при достижении им уровня расположения распределителя 4 хлора, он распределяется равномерно по всему сечению пространства, расположенного между стенками колонны 1 и циркуляционной трубы 6 в зоне ввода хлора. Этим обеспечивается равномерный профиль скорости восходящего потока ДХЭ в зоне ввода хлора, что в свою очередь, обеспечивает однородную расчетную концентрацию растворенного хлора в восходящем потоке ДХЭ.

Восходящий поток ДХЭ, имеющий однородную концентрацию хлора, поднимается до распределителя 5 этилена, то есть до уровня ввода этилена, где происходит химическая реакция хлорирования этилена, протекающая с выделением большого количества тепла. Однако, благодаря отсутствию в этом потоке локальных зон с повышенной концентрацией растворенного хлора по сравнению с ее расчетной величиной, не происходит локального вскипания жидкого ДХЭ и, следовательно, не происходит образования парогазовых пузырей и не происходит нежелательной реакции между хлором и этиленом и их газообразном состоянии, так как не происходит выделения газообразного хлора. Таким образом, химическая реакция хлорирования этилена в зоне реакции протекает без выделения газообразного хлора. Таким образом, химическая реакция хлорирования этилена в зоне реакции протекает без выделения газообразного хлора, следовательно, выход вредных подобных продуктов резко сокращается или почти исключается.

Вскипание ДХЭ происходит при дальнейшем восхождении нагретого ДХЭ в зону, расположенную над распределителем 5 этилена, где происходит уменьшение избыточного давления в результате уменьшения высоты гидростатического столба жидкости. Вследствие этого снижения давления, снижается и температура кипения ДХЭ. Ввиду того, что практически весь растворенный в ДХЭ хлор прореагировал с этиленом в зоне реакции, его количество, выделяющееся из ДХЭ в результате его вскипания, пренебрежимо мало, поэтому и количество вредных побочных продуктов, образующихся в зоне кипения ДХЭ, будет также незначительно. Газожидкостная смесь, образующаяся в зоне кипения и состоящая из ДХЭ в жидкой и паровой фазах и остатков хлора и этилена, поднимается выше и проходит через перфорацию секционирующих тарелок 7, где происходит перемешивание компонентов реакции и их дальнейшее реагирование. Продукты реакции парообразный ДХЭ выводится через штуцер 3, а жидкий дихлорэтан выводится через штуцер 14.

Таким образом, в предлагаемой конструкции реактора предотвращается протекание реакции синтеза ДХЭ в газовой фазе, что позволяет снизить образование вредных побочных продуктов в нем не менее, чем на 40-50% по сравнению с прототипом. Кроме того, благодаря однородной концентрации хлора в ДХЭ, отпадает необходимость в излишне завышенной подаче этилена в реактор и его избыток может быть сокращен на 30-40%

Формула изобретения

Реактор прямого хлорирования этилена, включающий вертикальную колонну с штуцерами ввода компонентов реакции хлора и этилена и вывода дихлорэтана и других продуктов реакции, циркуляционную трубу и секционирующие тарелки, отличающийся тем, что тарелки расположены в верхней части колонны, а в нижней части колонны размещены распределители хлора и этилена, под которыми установлено направляющее устройство для выравнивания скорости восходящего потока дихлорэтана, выполненное в виде кольцевой решетки, состоящей из наружной и внутренней кольцевых обечаек, концентрично расположенных относительно оси колонны с образованием между собой кольцевого прохода, площадь сечения которого выполнена большей, чем площадь сечения циркуляционной трубы, при этом высота наружной обечайки выполнена большей, чем высота внутренней обечайки, и верхние кромки обеих обечаек расположены на одном уровне, а нижняя кромка наружной обечайки прикреплена к днищу корпуса колонны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2