Дозирующее кольцо

Настоящее изобретение касается устройства для дозирования текучих сред или газов и его применения. Устройство для дозирования текучих сред или газов в трубопроводах, реакторах в виде труб или реакторах с внутренним контуром циркуляции содержит одно или несколько дозирующих колец, оснащенных точками дозирования, причем одно или несколько дозирующих колец расположены снаружи, по образующей которых проходит распределительная камера, и внутренняя стенка дозирующего кольца пронизана каналами впрыскивания. Изобретение позволяет улучшить подачу и тонкодисперсное распределение сред или газов в трубопроводах. 5 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

(Мет)акриловая кислота и сложные эфиры (мет)акриловой кислоты - это важные продукты химической промышленности, которые служат исходными материалами для многих других важных продуктов. Поэтому существенное значение для экономического успеха в процессе производства такого важного продукта имеют максимальный выход и особо высокая чистота при низких производственных расходах. Уже относительно небольшие улучшения по параметрам выхода, срока службы установок или тому подобным показателям процесса дают значительное улучшение в отношении нежелательных побочных продуктов и производственных затрат.

Применяемый для производства метакриловой кислоты метакриламид целесообразно получать с помощью так называемого «процесса АЦГ». На первом этапе из синильной кислоты и ацетона синтезируют ацетонциангидрин, который затем преобразуют в метакриламид. В числе прочего эти этапы представлены в патенте США US 7,253,307, европейской заявке ЕР-А-1666451 и международной заявке РСТ/ЕР2007 059092.

Ацетонциангидрин синтезируют общеизвестными способами (см., например, Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie, 4-е издание, том 7). При этом в качестве участников реакции нередко применяют ацетон и синильную кислоту. Реакция между ними - экзотермическая. Обычно, чтобы противодействовать разложению ацетонциангидрина, образовавшегося в этой реакции, теплоту реакции отводят, используя подходящее для этого устройство. При этом реакцию можно в принципе проводить как периодический или как непрерывный процесс; если предпочтителен непрерывный способ работы, реакцию часто осуществляют в реакторе с внутренним контуром циркуляции, устроенном соответствующим образом.

Ацетонциангидрин, полученный различными известными способами синтеза, обычно подвергают дополнительной обработке дистилляцией. При этом стабилизированный сырой ацетонциангидрин в соответствующей колонне освобождают от компонентов с низкой температурой кипения (низкокипящих). Надлежащий процесс дистилляции можно проводить, например, всего лишь в одной колонне. Равным образом, однако, в рамках соответствующей очистки сырого ацетонциангидрина можно применять комбинацию двух или более дистилляционных колонн, в том числе в сочетании с пленочным выпарным аппаратом с нисходящим потоком. Кроме того, можно комбинировать друг с другом два или более таких испарителя или же две или более дистилляционные колонны.

Сырой ацетонциангидрин поступает с хранения на дистилляцию при температуре примерно 0-15°С, например при температуре 5-10°С. В принципе, сырой ацетонциангидрин можно вводить непосредственно в колонну. В некоторых случаях оказалось, однако, целесообразно, чтобы сырой, холодный ацетонциангидрин сначала принял часть тепла продукта, уже очищенного дистилляцией, через теплообменник. Поэтому в рамках еще одной формы исполнения описанного здесь способа сырой ацетонциангидрин нагревают в теплообменнике до температуры примерно 60-80°С.

Дистилляционную очистку ацетонциангидрина проводят в дистилляционной колонне, имеющей более 5, предпочтительно - более 10, тарелок, или в каскаде из двух или более соответствующих дистилляционных колонн. Обогревать нижнюю часть колонны целесообразно паром. Оказалось целесообразным, чтобы температура нижней части колонны не превышала значения 140°С; благоприятных показателей выхода и очистки удалось добиться, когда температура нижней части колонны не выше примерно 130°С или не выше примерно 110°С. При этом в качестве показателей температуры приведены значения температуры стенки колонны в ее нижней части.

Сырой ацетонциангидрин вводят в корпус колонны в верхней трети колонны. Дистилляцию целесообразно проводить при пониженном давлении, например при давлении примерно от 50 до 900 мбар, в частности примерно от 50 до 250 мбар; хорошие результаты получают при давлении от 50 примерно до 150 мбар.

Из головы колонны отводят в газообразной форме примеси, в частности, ацетон и синильную кислоту. Отделенные газообразные вещества охлаждают с помощью теплообменника или каскада из двух или более теплообменников. При этом предпочтительно применять рассольное охлаждение при температуре примерно от 0 до 10°С. Газообразным компонентам паров дают возможность конденсироваться. Первый этап конденсации может проходить, например, при нормальном давлении. Равным же образом, однако, возможно, а в некоторых случаях оказалось и выгодным, проводить конденсацию на этом этапе под сниженным давлением, предпочтительно - под давлением, которое установлено в рамках дистилляции. Конденсат направляют в охлаждаемый приемный бак и собирают там при температуре примерно 0-15°С, в частности при температуре 5-10°С.

Газообразные соединения, не конденсировавшиеся на этом этапе конденсации, удаляют из объема пониженного давления с помощью вакуумного насоса. При этом можно в принципе использовать любой вакуумный насос. Во многих случаях, однако, оказалось выгодным применять вакуумный насос, который в силу своей конструкции не приводит к внесению жидких примесей в поток газа. Поэтому здесь предпочтительно использовать, например, вакуумные насосы, работающие всухую.

Газовый поток, отходящий от насоса со стороны нагнетания, проводят через еще один теплообменник, который предпочтительно охлаждают рассолом при температуре примерно 0-15°С. Конденсирующиеся при этом компоненты также направляют в сборную емкость, принимающую также и конденсаты, полученные в условиях вакуума. Конденсацию, проводимую на стороне нагнетания вакуумного насоса, можно, например, реализовывать с помощью одного теплообменника, но также и с помощью каскада из двух или более последовательно-параллельно размещенных теплообменников. Газообразные вещества, остающиеся после этого этапа конденсации, отводят и предназначают для любого другого варианта применения, например для термической утилизации.

Дальнейшая утилизация собранных конденсатов также может быть любой. С экономической точки зрения, однако, оказалось чрезвычайно выгодно возвращать конденсаты в реакцию для получения ацетонциангидрина. Это предпочтительно осуществлять в одной или нескольких точках, дающих доступ к реактору с внутренним контуром циркуляции. Постольку, поскольку конденсаты не оказывают помех синтезу ацетонциангидрина, их состав в принципе может быть любым. Во многих случаях, однако, преобладающее количество конденсата состоит из ацетона и синильной кислоты в молярном соотношении, например, от 2:1 до 1:2, нередко в соотношении 1:1.

Полученный из нижней части дистилляционной колонны ацетонциангидрин сначала охлаждают в первом теплообменнике до температуры примерно от 40 до 80°С с помощью подаваемого холодного сырого ацетонциангидрина. Затем ацетонциангидрин по меньшей мере в одном следующем теплообменнике охлаждают до температуры примерно 30-35°С и при необходимости направляют на промежуточное хранение.

В рамках еще одного элемента способа ацетонциангидрин подвергают гидролизу. При этом в качестве продукта после ряда реакций на различных температурных уровнях образуется метакриламид.

Преобразование осуществляют известным специалисту образом посредством реакции между концентрированной серной кислотой и ацетонциангидрином. Преобразование проходит с выделением тепла (экзотермическая реакция), так что из системы отводят теплоту реакции, что целесообразно.

Преобразование можно также проводить периодическим или непрерывным способом. Последний продемонстрировал свои преимущества во многих случаях. Постольку, поскольку преобразование проводят в рамках непрерывного процесса, применение реакторов с внутренним контуром циркуляции оправдывает себя. Реакторы с внутренним контуром циркуляции известны в профессиональном сообществе. В частности, их можно выполнять в форме реакторов в виде труб с возвратом. Преобразование может проходить, например, только в одном реакторе с внутренним контуром циркуляции. Может, однако, оказаться выгодно осуществлять преобразование в каскаде из двух или более реакторов с внутренним контуром циркуляции.

В рамках описанного способа в подходящем реакторе с внутренним контуром циркуляции имеются одна или более точек подачи ацетонциангидрина, одна или более точек подачи концентрированной серной кислоты, один или более газовых сепараторов, один или более теплообменников и один или более смесителей. В состав реактора с внутренним контуром циркуляции могут входить и другие компоненты, как, например, средства подачи, насосы, контрольные элементы и т.д.

Как уже сказано, гидролиз ацетонциангидрина серной кислотой - экзотермический процесс. Параллельно главной реакции проходят несколько побочных реакций, из-за которых выход снижается. В предпочтительном диапазоне температур существенную роль играет разложение ацетонциангидрина - также экзотермическая и быстрая реакция. Теплоту, образующуюся в рамках этой реакции, необходимо, однако, отвести из системы как минимум большей частью, поскольку с ростом рабочей температуры и повышением длительности пребывания выход снижается. В принципе, с помощью соответствующих теплообменников можно обеспечить быстрый и широкомасштабный отвод теплоты реакции. Слишком сильное охлаждение смеси перед введением ацетонциангидрина может, однако, также оказаться невыгодным, поскольку как для смешивания, так и для эффективного теплоотвода требуется турбулентность. Поскольку со снижением температуры резко возрастает вязкость подготавливаемой смеси, то турбулентность потока соответственным образом снижается, частично вплоть до диапазона ламинарности, что приводит к неэффективному теплоотводу в теплообменнике, а при введении ацетонциангидрина - к медленному и неравномерному (негомогенному) смешению.

Требуется быстрое перемешивание ацетонциангидрина и реакционной смеси, поскольку ацетонциангидрин должен прореагировать, прежде чем он разложится из-за нагрева. Мелкодисперсное распределение капель реагента, означающее большую удельную поверхность фазового раздела, дает преимущество желательной реакции на поверхности капель перед нагревом объема капель со следующим за ним разложением. Тонкодисперсное распределение ацетонциангидрина оказалось выгодным, поскольку реакция проходит на поверхности капель. Кроме того, из-за слишком низких температур в реакционной смеси возможна кристаллизация компонентов реакционной смеси на теплообменниках. Это еще сильнее ухудшает теплопередачу, в результате чего регистрируют однозначное падение выхода. Далее, в реактор с внутренним контуром циркуляции не удается подавать оптимальные количества реагентов, так что страдает эффективность способа в целом.

Потому задача настоящего изобретения состоит в улучшении подачи и тонкодисперсного распределения текучих сред или газов в трубопроводах или реакторах в виде труб, в идеале - в улучшении также и процессов смешения.

Эту задачу решают посредством устройства для дозирования текучих сред или газов, отличающегося тем, что в трубопроводах, реакторах в виде труб или реакторах с внутренним контуром циркуляции применяют одно или несколько дозирующих колец, оснащенных точками дозирования [11]. Неожиданно было обнаружено, что обеспечиваемая дозировочным кольцом подача текучей среды или газа и тонкодисперсное распределение его (ее) по всей образующей трубы или же по всей площади сечения трубы приводит к значительному улучшению процесса перемешивания. Можно быстро смешивать большие объемы.

Дозирующее кольцо согласно изобретению можно изготавливать в различных формах. Например, в кольцо можно ввести много мелких точек (мест) дозирования [11] или малое число крупных точек (рис.1). Точки дозирования могут также выступать во внутреннее пространство трубы [13] посредством трубочек (рис.2), в особых формах исполнения - также и трубочек различной длины.

В зависимости от задач дозирования дозирующее кольцо можно охлаждать или нагревать.

В этом состоит еще одно преимущество расположенного снаружи кольца согласно изобретению, не нагреваемого окружающим веществом, как это имеет место, например, в случае трубки для ввода, выступающей в трубу. Кроме того, с помощью этого кольца можно охлаждать ацетонциангидрин, что в случае, например, трубки для ввода (копья) было бы значительно сложнее.

Особую форму исполнения представляет собой дозирующее кольцо, при использовании которого ввод осуществляют под повышенным давлением. Геометрическая форма устройства может быть любой, предпочтительно же придавать ему форму кольца. При этом можно также применять двойные или множественные кольца. Особо удобно применять дозирующее кольцо в непрерывных процессах. Дозирующее кольцо предпочтительно применяют при непрерывном изготовлении метакриламида методом гидролиза ацетонциангидрина серной кислотой. Другой областью применения может быть, например, изготовление ацетонциангидрина из ацетона и синильной кислоты.

Согласно изобретению преобразование осуществляют непрерывно в реакторе в виде трубы или в реакторе с внутренним контуром циркуляции. Понятия «непрерывно» и «реактор в виде трубы» (трубчатый реактор) известны специалистам. Под непрерывной реакцией подразумевают, в частности, преобразования, при которых на протяжении длительного времени подают исходные компоненты и отводят из реакционной смеси продукты. Трубчатые реакторы включают в себя, по меньшей мере, одну область в виде трубы, в которой может происходить реакция. Конструкция этих реакторов обычно относительно проста, так что капиталовложения сравнительно малы.

Исходные компоненты можно вводить в трубчатый реактор насосом. Во избежание перерывов в эксплуатации, обусловленных техническим обслуживанием, можно также предусмотреть два или более насоса, которые можно подключить параллельно. Смешивание исходных компонентов с помощью дозирующего кольца целесообразно осуществлять перед насосами, если смотреть в направлении потока, то есть с всасывающей стороны насосов, причем особо предпочтительно, чтобы в составе установки не было никаких других внутренних устройств для смешивания на участке между насосами и реактором в виде трубы. Дозирующее кольцо, однако, может также представлять собой компонент насоса и быть интегрировано в корпус насоса. Эти меры позволяют добиться неожиданных преимуществ с точки зрения безопасности работы и срока службы установки, а также преимуществ в смысле выхода и чистоты продукта.

Те компоненты установки, которые контактируют с веществами, вызывающими коррозию, в частности трубчатый реактор, насосы или фазовые сепараторы, изготовлены из надлежащих материалов, например из кислотоустойчивого металла, как то: циркония, тантала, титана или нержавеющей стали, или же из металла, несущего покрытие, например, со слоем эмали или слоем циркония. Кроме того, можно также использовать пластмассы, например детали, заключенные в оболочку из ПТФЭ, компоненты, покрытые графитом, или компоненты из графита, в частности, в насосах. В рамках реализации способа часть потока ацетонциангидрина, предпочтительно примерно от одной трети до трех четвертей по объемному потоку, вводят в первый реактор с внутренним контуром циркуляции. Предпочтительно, чтобы первый реактор с внутренним контуром циркуляции был оборудован одним или несколькими теплообменниками, одним или несколькими насосами, одним или несколькими элементами смешивания и одним или несколькими газовыми сепараторами. Целесообразно, чтобы потоки, циркулирующие по первому реактору с внутренним контуром циркуляции, находились в пределах примерно от 50 до 650 м³/ч, предпочтительно - в пределах от 100 до 500 м³/ч, а более предпочтительно - в пределах примерно от 150 до 450 м³/ч. Целесообразно, чтобы потоки, циркулирующие по меньшей мере по еще одному реактору с внутренним контуром циркуляции, следующему за первым, находились в пределах примерно от 40 до 650 м³/ч, предпочтительно - в пределах от 100 до 500 м³/ч, а более предпочтительно - в пределах примерно от 60 до 350 м³/ч. Кроме того, предпочтительно, чтобы разность температур по теплообменнику составляла примерно 1-20°С, причем особо предпочтительны значения примерно от 2 до 7°С.

Подачу ацетонциангидрина в реактор с внутренним контуром циркуляции, согласно изобретению - через дозирующее кольцо, можно в принципе осуществлять в любом месте. Была, однако, продемонстрирована выгода варианта, когда подачу осуществляют в элемент смешивания, например в смеситель с подвижными деталями, или в статический смеситель, или в месте, где показатели перемешивания хороши. Подачу серной кислоты целесообразно осуществлять до добавления ацетонциангидрина. Помимо этого также можно вводить серную кислоту в реактор с внутренним контуром циркуляции в любом месте.

Дозирующее кольцо согласно изобретению применяют для подачи сред, например, серной кислоты или ацетонциангидрина, незадолго перед насосом или в насосе. Таким образом, поток высокой турбулентности в корпусе насоса используют для смешивания исходных компонентов, и, следовательно, устройство подачи применяют одновременно в качестве устройства смешивания. Соответственно, смесительный потенциал насоса используют с выгодой.

Соотношение реагентов в реакторе с внутренним контуром циркуляции регулируют так, чтобы имелся избыток серной кислоты. Избыток серной кислоты составляет (по молярным соотношениям компонентов) от 1,8:1 примерно до 3:1 в первом реакторе с внутренним контуром циркуляции, а в последнем реакторе примерно 1,1:1-2:1.

В некоторых случаях проведение реакции в реакторе с внутренним контуром циркуляции с таким избытком серной кислоты оказалось выгодным. Здесь серная кислота может служить, например, растворителем и удерживать вязкость реакционной смеси на низком уровне, что может обеспечить быстрое отведение реакционной теплоты и низкую температуру реакционной смеси. Это может обеспечить существенные выгоды по показателю выхода. Температура в реакционной смеси составляет примерно 85-150°С.

Теплоотвод обеспечивают посредством одного или нескольких теплообменников в реакторе с внутренним контуром циркуляции. При этом оказалось целесообразным, чтобы у теплообменника имелись надлежащие датчики для регулировки мощности охлаждения во избежание слишком сильного охлаждения реакционной смеси по вышеупомянутым причинам. Так, например, может быть целесообразно точечным или непрерывным образом измерять теплопередачу в теплообменнике или теплообменниках и соответственно ей изменять охлаждающую способность теплообменников. Это можно реализовывать, например, с помощью самого хладагента. Равным же образом можно, изменяя соответственным образом подачу участников реакции и вырабатывая больше реакционной теплоты, добиваться соответствующего нагрева реакционной смеси. Допустимо также сочетание обоих вариантов работы. Кроме того, предпочтительно, чтобы реактор с внутренним контуром циркуляции располагал по меньшей мере одним газовым сепаратором. С одной стороны, через газовый сепаратор можно непрерывно изымать из реактора с внутренним контуром циркуляции образовавшийся продукт. С другой стороны, можно выводить из реакционного объема образовавшиеся в рамках реакции газы. Основной образующийся газ - это монооксид углерода (угарный газ). Отобранный из реактора с внутренним контуром циркуляции продукт предпочтительно переносить во второй реактор с внутренним контуром циркуляции. В этом втором реакторе реакционная смесь, содержащая серную кислоту и амид метакриловой кислоты, полученная при реакции в первом реакторе, подвергается реакции с остальной частью потока ацетонциангидрина. При этом избыток серной кислоты из первого реактора, или по меньшей мере часть избыточной серной кислоты, реагирует с ацетонциангидрином, продолжая образовывать амид сульфокси-изомасляной кислоты (SIBA). Проведение реакции в двух или более реакторах с внутренним контуром циркуляции обладает тем преимуществом, что благодаря избытку серной кислоты в первом реакторе улучшается пригодность реакционной смеси к перекачиванию насосом и, следовательно, теплопередача и, наконец, выход. Во втором реакторе опять же размещены по меньшей мере один смесительный элемент, по меньшей мере один теплообменник и по меньшей мере один газовый сепаратор. Температура реакции во втором реакторе с внутренним контуром циркуляции также составляет примерно 90-120°С.

Проблема пригодности реакционной смеси к перекачиванию насосом, проблема теплопередачи и по возможности низкой температуры реакции возникают в каждом следующем реакторе с внутренним контуром циркуляции точно так же, как и в первом. Поэтому целесообразно, чтобы во втором реакторе также был теплообменник, мощность охлаждения которого можно регулировать с помощью соответствующих датчиков.

Подачу ацетонциангидрина опять же осуществляют через подходящий смесительный элемент, предпочтительно - через статический смеситель или дозирующее кольцо согласно изобретению. Продукт можно отобрать из газового сепаратора второго реактора с внутренним контуром циркуляции и для завершения преобразования и для формирования амида метакриловой кислоты нагреть до температуры примерно 130-180°С.

Нагрев предпочтительно проводить так, чтобы достигать максимальной температуры лишь на короткий промежуток времени, например на период примерно от одной до 30 минут, в особенности на период примерно от одной до восьми минут или на три-пять минут. В принципе это можно реализовывать в любом оборудовании для достижения такой температуры на такой короткий период. Подачу энергии можно осуществлять обычным путем - электроэнергией или посредством пара. Равным же образом, однако, возможно подавать энергию с помощью электромагнитного излучения, например СВЧ.

В различных случаях оказалось выгодным реализовывать этап нагрева в теплообменнике с двухступенчатым или многоступенчатым расположением змеевиков труб, которые предпочтительно можно размещать, по меньшей мере, по две противотоком. При этом реакционная смесь быстро нагревается до температуры примерно 130-180°С.

Температура получаемого таким образом раствора амида составляет, как правило, более 100°С, обычно примерно 130-180°С. Охлаждение до температур менее 130°С также возможно.

Помимо применения устройства согласно изобретению в химических процессах возможно разнообразное иное применение.

Например, дозирующее кольцо можно применять также в наземных трубопроводах для транспортировки нефти. В сырую нефть необходимо с регулярными интервалами добавлять модификаторы текучести. В точках подачи модификатор текучести обычно добавляют через сопло. Большой объемный поток оттесняет введенное средство в основном к внутренней стороне трубы, преобразование происходит медленно и только на длинном участке. С помощью дозирующего кольца согласно изобретению можно обеспечить подмешивание модификатора текучести к сырой нефти по всему сечению трубы.

Сходный вариант применения - это добавление необходимых при добыче нефти и газа химикатов.

Еще один предмет изобретения - это применение дозирующего кольца согласно изобретению в химических процессах, предпочтительно - в процессах, при которых требуется быстрое перемешивание и тонкодисперсное распределение некоторой среды. В идеальном случае добавляемая среда полностью реагирует или смешивается с протекающей мимо средой в точке добавления. Путь от точки добавления до точки тонкодисперсного смешивания с другой средой при добавлении, например, капли жидкости должен быть максимально коротким.

Было обнаружено, что дозирующее кольцо согласно изобретению дает возможность почти идеального перемешивания или почти идеальной реакции при добавлении текучих сред или газов в точке ввода.

В отличие от обычных устройств дозирования, у которых точка ввода одна, при использовании дозирующего устройства согласно изобретению через кольцо с несколькими точками дозирования добавляемый материал более равномерно распределяется по сечению трубы. Это значительно улучшает результат смешивания и одновременно сокращает время смешивания. Внутренняя стенка дозирующего кольца пронизана любым количеством каналов впрыскивания. Предпочтительно используют от 2 до 20, особо предпочтительно 16 каналов впрыскивания, равномерно распределенных по образующей. По отдельности или вместе, каналы могут быть наклонены относительно внутренней стенки трубопровода под углом от 1° до 179°, предпочтительно от 20°-120°, особо предпочтительно 60°. В известных дозирующих устройствах с одной точкой ввода при большом потоке внутри трубы возникает ситуация, когда добавленная среда прижимается к стенке трубы протекающей средой, в результате не происходит никакого перемешивания вообще, либо оно очень незначительно. Поэтому эти точки ввода нельзя одновременно использовать для перемешивания. В таких случаях кроме точки ввода приходится дополнительно организовывать процессы перемешивания. Это осуществляют, встраивая статические элементы перемешивания, встраивая насосы и т.п.

Известные способы добавления с несколькими точками ввода вдоль трубы непригодны для многих химических процессов, поскольку на длинном участке смешивания химическая реакция подвергается отрицательному влиянию. Длинный участок смешивания означает термическое разложение, и выход в результате падает.

Можно обойтись без использования статических элементов смешивания, которые в случае использования сред, способствующих коррозии, к тому же еще и приходится регулярно заменять, что означает простои. Кроме того, применение статических элементов смешивания всегда ведет к нежелательным потерям давления.

Особо целесообразно устанавливать дозирующее кольцо перед насосом. В идеальном случае дозирующее кольцо размещают непосредственно перед всасывающим патрубком циркуляционного насоса. Это позволяет использовать для смешивания турбулентность в насосе.

Равным же образом можно применять дозирующее кольцо в центробежном насосе. Идеально - вблизи точки, где кинетическая энергия максимальна, чтобы обеспечить наилучшее перемешивание. Добавление в середине насоса означает длинный путь до выхода из насоса и, следовательно, длинный участок перемешивания.

В некоторых особенных случаях применение дозирующего кольца позволяет обойтись без смесителя или насоса.

Например, введением газа, при необходимости - инертного газа, в среде, протекающей по трубе, можно создать турбулентность. В силу этого можно предотвратить осаждение суспензии из-за ламинарного течения в трубе.

Более широкое и гомогенное распределение по всему сечению трубы можно реализовать, придавая точкам дозирования (трубочкам дозирующего кольца) различную длину. Это позволяет целенаправленно вводить исходный компонент в любую точку, включая внутреннее пространство (середину) трубы.

Спектр применения дозирующего устройства согласно изобретению широк. Использовать его можно везде, где требуется быстрое и/или равномерное введение текучих сред или газов. Можно вводить жидкости с низкой или высокой вязкостью, но также и суспензии, эмульсии, газы и т.д. Устройство применяют в химических установках, например трубопроводах или трубчатых реакторах. При этом дозирующее кольцо исполняет функцию дозирующего устройства и/или смесителя. В особо предпочтительном варианте применения дозирующее кольцо используют при гидролизе ацетонциангидрина серной кислотой до метакриламида. Ниже дано подробное описание изобретения с помощью чертежей:

Фигура 1

Продольный разрез участка трубопровода с вмонтированным в него дозирующим кольцом

Фигура 2

Фрагмент измененной формы исполнения, увеличено

Список условных обозначений

1 Трубопровод

2 Фланцы трубы

3 Уплотнения

4 Дозирующее кольцо

5 Средства затяжки

6 Распределительная камера 4

7 Подводящий патрубок текучего материала F

8 Подводящий патрубок текучего материала F

9 Впрыскивание

10 Внутренняя стенка дозирующего кольца 4

11 Каналы впрыскивания (точки дозирования)

12 Внутренняя стенка 1

13 Трубка

14 Упорный бурт для 13

15 Выходная кромка на 13

16 Точка дозирования

d Диаметр инъекционного канала 11

D Наружный диаметр трубки 13

α Угол

Y Радиальные выступы 13, 15

М Среда

F Текучий материал

На чертежах показаны два примера исполнения дозирующего кольца согласно изобретению.

Согласно фиг.1 в трубопровод 1, по которому протекает среда М, между двумя фланцами 2 и двумя уплотнениями 3 с помощью двух схематически обозначенных средств затяжки 5 вмонтировано дозирующее кольцо согласно изобретению 4.

По образующей дозирующего кольца 4 проходит распределительная камера 6, в которую по двум подводящим патрубкам 7 и 8 поступает подлежащий введению текучий материал F.

Внутренняя стенка 10 дозирующего кольца 4 пронизана предпочтительно шестнадцатью каналами впрыскивания 11, равномерно распределенными по образующей. Они, опять же предпочтительно, наклонены относительно внутренней стенки 12 трубопровода 1 под углом α, равным 60°. Это гарантирует равномерное впрыскивание 9 текучего материала F в поток среды М.

В решении согласно фиг.2 предусматривается вставка в каналы впрыскивания 11 трубок 13, которые характеризуются радиальным выступом Y над внутренней стенкой 12 трубопровода 1. При этом конец трубки 13, который, таким образом, несколько вдается в поток среды М, образует точку дозирования 16.

Благодаря этому введение текучего материала F в поток среды М оптимизируют таким образом, что текучий материал F не может перемещаться вдоль внутренней стенки 12 трубопровода 1, а в точке дозирования 16, поскольку среда М обтекает выходные кромки 15 трубки 13, отрыв капли происходит уже только в потоке среды как таковом.

Чтобы трубки 13 нельзя было вдавить в распределительную камеру 6, предусмотрен упорный буртик 14, который образован разностью между диаметром d канала впрыскивания 11 и наружным диаметром D трубки 13. Этот конструктивный признак обеспечивает рациональный монтаж дозировочной трубки 13 с одновременной гарантией предварительно заданного положения точки дозирования 16 - ее радиального выступания Y относительно внутренней стенки 12 трубопровода 1.

Приводимые ниже примеры служат для иллюстрации настоящего изобретения, но не предназначены для того, чтобы ограничить изобретение обозначенными в них признаками.

Примеры

В нескольких эксплуатационных опытах определяли выход. При этом экспериментально определяли эффективность дозирующего кольца. Регистрацию выхода проводили при реализации процесса с дозирующим кольцом и подключенным после него в качестве динамического смесителя насоса, а для сравнения использовали примененный обычным образом статический смеситель. Насос расположен по направлению потока непосредственно после дозирующего кольца. Дозирующее кольцо прифланцовано (смонтировано) непосредственно к всасывающему штуцеру насоса, чтобы обеспечить максимально короткий путь АЦГ до смешивания и таким образом добиться по возможности быстрого перемешивания. Насос при проведении процесса с дозирующим кольцом согласно изобретению представляет собой циркуляционный насос, который обычно используют в реакторе с внутренним контуром циркуляции для проведения амидной смеси по контуру.

Сравнение полученных значений выхода приведено на графике А. Варьировали различные параметры эксперимента и, отбирая пробы и анализируя амидную смесь, определяли значения выхода. По оси абсцисс - номер эксперимента. По оси ординат - разность от вычитания выхода при использовании статического смесителя из выхода при использовании дозирующего кольца («Кольцо минус статический смеситель»).

Результат большинства измерений свидетельствует о повышении выхода. Положительные значения разности выхода, составляющие до 3,2%, демонстрируют улучшение показателей выхода благодаря применению дозирующего кольца.

1. Устройство для дозирования текучих сред или газов, отличающееся тем, что в трубопроводах, реакторах в виде труб или реакторах с внутренним контуром циркуляции применяют одно или несколько дозирующих колец, оснащенных точками дозирования [11], причем одно или несколько дозирующих колец расположены снаружи, по образующей которых проходит распределительная камера [6], и внутренняя стенка дозирующего кольца пронизана каналами впрыскивания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в дозирующем устройстве размещено произвольно большое количество точек дозирования [11].

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что точки дозирования можно выполнять различной ориентации и длины.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что текучие среды или газы добавляют через точки дозирования при повышенном давлении.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дозирующее кольцо подогревают.

6. Применение дозирующего устройства по п.1 в химических способах с быстрыми процессами смешивания.

7. Применение дозирующего устройства по п.5 для изготовления амида метакриловой кислоты из ацетонциангидрина и серной кислоты.

8. Применение дозирующего устройства по п.1 в нефтепроводах и газопроводах, а также в водопроводах для питьевой, технической или сточной воды.

9. Применение дозирующего устройства по п.1 в трубопроводах в точках подачи текучих или газообразных сред.