Реактор для прямого синтеза органохлорсиланов

Использование: в различных отраслях промышленности для проведения процессов с использованием режима кипящего слоя, в частности, в кремнийорганической промышленности для прямого синтеза органохлорсиланов из кремнесодержащей контактной массы. Сущность изобретения: реактор для прямого синтеза органохлорсиланов содержит снабженный внешним теплообменным устройством цилиндрический корпус с расположенным в его верхней части сепаратором, узлы загрузки контактной массы и выгрузки отработанной контактной массы, подвода газообразного компонента и отвода готового продукта, газораспределитель и встроенный теплообменник,при этом реактор снабжен внешним циркуляционным контуром, содержащим теплообменник циркуляционного потока, насос и эжектор, соединенный с узлом подачи газообразного компонента, а сепаратор снабжен патрубком для рециркуляции непрореагировавших продуктов реакции, соединенным с циркуляционным контуром. Встроенный теплообменник может быть выполнен, по меньшей мере, из одной тепловой трубы, зона испарения которой расположена в корпусе реактора, а зона конденсации снабжена теплообменной охлаждающей камерой, расположенной снаружи реактора над верхней частью его корпуса. Встроенный теплообменник может быть также выполнен из двух или более тепловых труб, соединенных между собой горизонтальными мостиками. Изобретение позволяет повысить выход готового продукта при одновременном сокращении энергетических затрат. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к аппаратам химических производств, а именно к конструкциям тепломассообменных реакторов с псевдоожиженным слоем, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для проведения процессов с использованием режима кипящего слоя, в частности в кремнийорганической промышленности для прямого синтеза органохлорсиланов из кремнесодержащей контактной массы в кипящем слое.

В процессе синтеза контактная масса вступает во взаимодействие с газообразным компонентом в условиях высокотемпературного кипящего (псевдоожиженного) слоя. В процессе прямого синтеза органохлорсиланов происходит взаимодействие мелкодисперсной кремнийсодержащей контактной массы, с газообразным компонентом хлоралкилом в кипящем слое при нагревании.

Выход готового продукта (качественно и количественно) зависит от условий проведения тепломассообменных процессов. Совершенствование аппаратурного оформления этих процессов направлено на выравнивание температурных, газодинамических и концентрационных полей в реакторе, что позволяет повысить надежность работы реактора и интенсифицировать процесс за счет полноты использования контактной массы.

Известен реактор с псевдоожиженным слоем для прямого синтеза органохлорсиланов, содержащий снабженный внешним теплообменным устройством цилиндрический корпус с расположенным в его верхней части сепаратором, встроенный теплообменник, трубные элементы которого выполнены в виде петель с циркулирующим в них теплоносителем, узлы загрузки и выгрузки контактной массы, узел подвода газообразного компонента, снабженный пульсатором, узел отвода готового продукта и газораспределитель, выполненный в виде пакета установленных по оси реактора распределительных элементов /Патент RU № 2162735, B 01 J 8/18, 2001 г./.

Недостатком этого реактора является использование теплообменников в виде петлевых труб, что обуславливает неравномерность температурного поля по объему реактора, возникает необходимость прокачки большого количества теплоносителя и равномерного его распределения по трубкам теплообменника, что приводит к большим энергетическим затратам и увеличению стоимости проведения процесса. Кроме того, повышенная вероятность спекания и забивки контактной массы внутри пространства петлевого теплообменника, особенно в U-образной части и в верхних горизонтальных участках входа и выхода теплоносителя, приводит к выходу теплообменника из строя. Своевременное обнаружение, отсечка дефектного теплообменного элемента и его демонтаж в рабочей зоне реактора достаточно сложны.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является реактор для прямого синтеза органохлорсиланов, содержащий снабженный внешним теплообменным устройством, цилиндрический корпус с расположенным в верхней его части сепаратором, узлы загрузки и выгрузки контактной массы, подвода газообразного компонента и отвода готового продукта, газораспределитель, коаксиальный щиток с вибратором, который обеспечивает перемешивание в пульсирующем режиме, и встроенный теплообменник /Авторское свидетельство SU № 1556733, B 01 J 8/18, 1990 г./.

Недостатками этого реактора являются невозможность создания однородного кипящего слоя и температурного поля по всему объему реактора, сложность регулирования температуры контактной массы и опасность спекания контактной массы из-за появления застойных зон. Нестабильность теплового режима обуславливает пониженную селективность процесса синтеза.

Задачей настоящего изобретения является повышение полноты использования контактной массы, конверсии и селективности газообразного компонента реакции за счет выравнивания температурных и концентрационных полей в объеме реактора.

Технический результат от использования предложенного реактора заключается в повышении выхода готового продукта при одновременном снижении энергозатрат.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что реактор для прямого синтеза органохлорсиланов, содержащий снабженный внешним теплообменным устройством цилиндрический корпус с расположенным в его верхней части сепаратором, узлы загрузки контактной массы и выгрузки отработанной контактной массы, подвода газообразного компонента и отвода готового продукта, газораспределитель и встроенный теплообменник, снабжен внешним циркуляционньм контуром, содержащим теплообменник циркуляционного потока, насос и эжектор, соединенный с узлом подачи газообразного компонента, а сепаратор снабжен патрубком для рециркуляции непрореагировавших продуктов реакции, соединенным с циркуляционным контуром, при этом встроенный теплообменник может быть выполнен, по меньшей мере, из одной тепловой трубы, зона испарения которой расположена в корпусе реактора, а зона конденсации снабжена теплообменной охлаждающей камерой, расположенной снаружи реактора над его верхней частью; встроенный теплообменник может быть также выполнен из двух или более тепловых труб, соединенных между собой мостиками.

На чертеже представлен общий вид предложенного реактора. Для большей наглядности соотношение размеров отдельных элементов на чертеже изменено.

Реактор для прямого синтеза органохлорсиланов содержит цилиндрический корпус 1 с расположенным в верхней части сепаратором 2 и снабжен внешним теплообменным устройством 3 с патрубками подачи теплоносителя 4 и отвода теплоносителя 5, узлами загрузки контактной массы 6 и выгрузки отработанной контактной массы 7, узлами ввода газообразного компонента 8 и вывода готового продукта 9, газораспределительной решеткой 10 и встроенным теплообменником, выполненным, по меньшей мере, из одной тепловой трубы 11, зона испарения которой расположена в корпусе 1 реактора, а зона конденсации снабжена теплообменной охлаждающей камерой 12 с патрубками подачи охлаждающего агента и отвода пара (не показаны). В варианте выполнения встроенного теплообменника, выполненного из двух и более тепловых труб, последние соединены между собой мостиками 13. Количество тепловых труб, а также расстояние между отдельными тепловыми трубами зависят от диаметра реактора и необходимой поверхности охлаждения. Сепаратор 2 снабжен патрубком для рециркуляции непрореагировавших продуктов реакции 14, соединенным с внешним циркуляционным контуром 15, содержащим теплообменник циркуляционного потока 16, насос 17 и эжектор 18, установленный на линии узла ввода газообразного компонента 8.

Реактор может дополнительно содержать другие конструктивные элементы, приспособления и особенности, которые не меняют технической сущности предложенного технического решения.

Реактор для прямого синтеза органохлорсиланов работает следующим образом. В корпус 1 реактора загружают контактную массу через узел загрузки контактной массы 6, реактор разогревают путем пропускания теплоносителя, подаваемого через патрубок подачи теплоносителя 4 во внешний теплообменник 3 с последующим отводом теплоносителя через патрубок отвода теплоносителя 5. Затем через узел ввода газообразного компонента 8 вводят газообразный компонент, который, проходя через газораспределительную решетку 10, превращается в пары, проходящие через весь слой реакционной массы, в результате слой реакционной массы переходит в псевдоожиженное состояние. В сепараторе 2 происходит разделение готового продукта и непрореагировавших продуктов реакции. Непрореагировавшие продукты через патрубок для рециркуляции непрореагировавших продуктов реакции 14 поступают в циркуляционный контур 15, в теплообменнике циркуляционного потока 16 которого выравнивается температура газовой смеси, а затем в циркуляционный насос 17 и эжектор 18, установленный на узле ввода газообразного компонента 8, где смешивается с новыми порциями подаваемого газообразного компонента.

Выполнение встроенного теплообменника может быть самым разнообразным, но наиболее эффективный и устойчивый отвод теплоты, выделяющейся в процессе реакции, обеспечивают тепловые трубы 11. Тепловая труба состоит из герметизированной трубы, частично заполненной жидким теплоносителем, который, испаряясь у одного конца тепловой трубы (зона испарения), расположенного в корпусе 1, поглощает теплоту, выделяющуюся в процессе реакции синтеза, а затем, конденсируясь у другого конца трубы (зона конденсации), расположенного внутри теплообменной охлаждающей камеры 12, отдает ее. Охлаждающий агент, который вводят в камеру 12, расположенную снаружи над верхней частью корпуса 1 реактора, в которой расположен сепаратор 2, в процессе прохождения через теплообменную охлаждающую камеру 12 превращается в пар и отводится. Пары теплоносителя в зоне конденсации тепловой трубы 11, расположенной внутри камеры 12, конденсируются и стекают по внутренней поверхности тепловой трубы, при этом происходит охлаждение контактной массы. Трубы 11 соединены между собой мостиками 15. Отработанную контактную массу выводят из реактора через узел выгрузки отработанной контактной массы 7, а готовый продукт - через узел вывода готового продукта 9.

Использование тепловых труб известно в энергетике, космической технике и т.д. (см. Новый политехнический словарь. Научное издательство “Большая Российская энциклопедия”, М., 2000 г., с. 531).

Наличие в предложенном реакторе внешнего циркуляционного контура позволяет производить возврат непрореагировавших продуктов реакции в голову процесса синтеза, что позволяет повысить степень использования исходного сырья. Наличие встроенного теплообменника, предпочтительно выполненного в виде тепловых труб, позволяет обеспечить выравнивание теплового поля контактной массы, увеличить конверсию газообразного компонента реакции и полноту использования контактной массы, что приводит к повышению выхода готового продукта при одновременном сокращении энергетических затрат.

1. Реактор для прямого синтеза органохлорсиланов, содержащий снабженный внешним теплообменным устройством цилиндрический корпус с расположенным в его верхней части сепаратором, узлы загрузки контактной массы и выгрузки отработанной контактной массы, подвода газообразного компонента и отвода готового продукта, газораспределитель и встроенный теплообменник, отличающийся тем, что реактор снабжен внешним циркуляционным контуром, содержащим теплообменник циркуляционного потока, насос и эжектор, соединенный с узлом подачи газообразного компонента, а сепаратор снабжен патрубком для рециркуляции непрореагировавших продуктов реакции, соединенным с циркуляционным контуром.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что встроенный теплообменник выполнен, по меньшей мере, из одной тепловой трубы, зона испарения которой расположена в корпусе реактора, а зона конденсации снабжена теплообменной охлаждающей камерой, расположенной снаружи реактора над его верхней частью.

3. Реактор по п.1 или 2, отличающийся тем, что встроенный теплообменник выполнен, по меньшей мере, из двух тепловых труб, соединенных между собой мостиками.