Способ обеспечения взрывобезопасностижидкофазных химических процессов

ОП ИСАНИЕ И 167 зИЗОБРЕТЕНИЯ Совэ СоветскикСфцивпистическикРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт, свид-ву(22)Заявлено 24.07,79 (21) 2806816/23-26с присоединением заявки йе -(53)М, Кл. 10/00 Гееудееетееннмй комнтет СССР ав делам нзабретеннй и отнрытнй(53) УДК 614. .839,53 (088.8) Дата опубликования описания 30,06.81(72) Авторы изобретения Э.А.Грановский, Я,М.Ландесман, В.Н.Бушинский и Н.В.Федяйнов Всесоюзный научно-исследовательский институт техники безопасности в химической промышленности(54) СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЗРЫВОБЕЗОПАСКОСТЯ ЖИДКОфАЗНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ1Изобретение относится к технике взрывобезопасности химических процессов и может быть использовано для обеспечения взрывобезопасности жидкофазных химических процессов.Известен способ обеспечения взрывобезопасности жидкофаэных химических процессов путем подачи в слой реакционного раствора вместе с газообразными реагентами инертных газов10 или паров (флегматизаторов) в таком количестве, чтобы концентрация газообразного реагента, например, кислорода, на выходе из реакционной -зоны была меньше максимальной взрывобезо 13 пасной концентрации в смеси с парами горючей жидкости реакционного раствора Г 1Введение различных флегматизаторов вызывает уменьшение выхода целе. вых продуктов, ухудшение их качества, увеличение объема рециркуляциоиных потоков и размеров аппаратуры, большой унос ценных продуктов реакции, реагентов и растворителей сотходящими газами,Известен способ предотвращениявзрывов в процессах жидкофаэного окисления путем разбрызгивания в свободном пространстве реактора жидкоГореагента н поддержания равномернойконцентрации капель в потоке отходящей парогазовой смеси Г 21,Известный способ уменьшает опасность взрыва, но не исключает подачуиа входе в реактор флегматизатора вколичестве, необходимом для поддержания минимальной взрывоопасной концентрации кислорода в отходящихгазах. При разбрызгивании капельв полом пространстве реактора укоспродуктов увеличивается и не исключается возможность образования взрывоопасных туманов в отводящем трубопроводе и дефлегматорах.Известен также способ обеспечения взрывобезопасности жидкофазныххимических процессов путем проведе30 35 40 45 50 55 3 84167 ния их при температуре реакционного раствора, соответствующей равновесной концентрации паров горючей жидкости большей верхнего концентрационного предела воспламенения с получением отходящей парогазовой смеси Я.Недостатком известного способа является образование взрывоопасных туманов при охлаждении отходящей парогазовой смеси в отводящем трубопрово де, холодильниках и дефлагматорах.При этом не исключается необходимость поддержания в отходящей парогазовой смеси содержания кислорода ниже максимальной взрывобезопас ной концентрации.С целью повьппения взрывобезопасности и эффективности процессов отхо;. дящую парогазовую смесь абсорбируют жидкостью при температуре, соответ ствующей равновесной концентрации паров горючей жидкости меньшей нижнего концентрационного предела воспламенения, а в качестве жидкости используют компоненты реакционного 25 раствора. П р и м е р 1, Иидкофазное окисление толуола.В нижнюю часть реактора подают толуол, где поддерживают его температуру, равную 190 С. Давление в реакторе 20 атм. Пузырьки воздуха, подаваемого через барботажное устройство, в этих условиях насьпцаются парами толуола до концентрации 30,8 об.7., которая больше его верхнего концентрационного предела воспламенения в воздухе, равного в данном случае 7,9 об, .На газопроницаемую перегородку подают толуол, температуру которого поддерживают не выше 50 С. При этой температуре будет происходить конденсация паров толуола из пузырьков барботирующей парогазовой смеси и уменьшение его концентрации в газовой фазе до 0,6 об.7, что меньше нижнего концентрационного предела воспламенения толуола в воздухе, равного 1,2 об.7 Это обеспечивает взрывобезопасность смеси, выходящей из реактора, Концентрация кислорода на выходе из реактора может быть увеличена от максимальной взрывобезопасной, равной 5 об,Х до 20 об,7, что увеличивает скорость реакции и выход целевых продуктов. 3 4П р и м е р 2. Получение циклогек 1 санона жидкофазным окислением цикло гексана.В нижнюю часть реактора подаютциклогексан с растворенным в нем катализатором. Температуру в зоне реакоции поддерживают равной 120 С. Давление в реакторе 16 атм. Окислениепроводят кислородом воздуха, который,барботируя в зоне реакции, насыщаетсяв этих условиях парами циклогексана до концентрации 17.8 об.7, большей верхнего концентрационного предела, равного 10 об.7 На газопроницаемую перегородку подают свободный откатализатора циклогексан, температуру которого поддерживают не вьппе20 С. При этой температуре происходит конденсация и поглощение паровциклогексана из парогазовой смеси,выходящей из реакционной зоны, до концентрации его в газовой фазе 0,85 об 7что меньше нижнего концентрационногопредела воспламенения, равного2,3 об. .П р и м е р 3. Получение адипииовой кислоты жидкофазным окислениемпиклогексана,Способ осуществляется в каскадеиз нескольких реакторов, В отличиеот предыдущего процесса температурав реакционной зоне каждого реактораравна 160 С, давление в реакторе20 атм. В нижнюю часть первого реактора подают циклогексан с растворейным в нем катализатором, Реакционная масса перетекает из первого реактора во второй и т,д. Воздух набарботирование поступает в каждыйреактор каскада и насыщается парамициклогексана до концентрации33,25 об.7,Температуру циклогексана на газопроницаемой перегородке в каждомреакторе поддерживают равной 28 оС,При этой температуре концентрацияциклогексана в воздухе на выходе изреактора будет 1 об.7., что меньшенижнего концентрационного пределавоспламенения,П р и м е р 4. Получение уксусной кислоты жидкофазным окислением ацетальдегида.Ацетальдегид и раствор катализатора в уксусной кислоте из сборников поступают в нижнюю часть реактора. Температуру в реакционной зоне поддерживают равной 60 С. Давление20 25 ЭО 35 50 равного 16,4 об.Х. 5в реакторе 4 атм. Кислород поступает на барботирование в 4 точки по высоте зопы реакции и насыщается парами ацетальдегида до концентрации 97,5 об,Х, которая выше верхнего концентрационного предела воспламенения ацетальдегида в кислороде, равного .96 об.%.На газопроницаемую перегородку подают чистый ацетальдегид, температуру которого поддерживают не выше -30 С. При этой температуре будет происходить поглощение ацетальдегида из парогазовой смеси, выходящей из зоны реакции, так что концентрация его в кислороде уменьшается до 2,4 об,%, что меньше нижнего концентрационного предела воспламенения, равного 4 об.%.П р и м е р 5, Получение терефталевой кислоты жидкофазным окислением п-ксилола.П-ксилол и раствор катализатора в уксусной кислоте из сборников подают в нижнюю часть реактора. В зоне релаксации поддерживают температуру 200 С. Давление в реакторе 20 атм, В зоне реакции пузырьки воздуха, подаваемого на барботирование, насыщаются парами уксусной кислоты до концентрации 39 об.Х, которая выше ее верхнего предела воспламенения в воздухе, равного 30 об.Х. Вследствие низкой концентрации, ксилола в растворе в зоне реакции, и более низкого, чем у уксусной кислотЬ 1, давления насыщенных паров, его концентрация в газовой фазе пренебрежимо мала и при расчете взрывоопасных свойств смеси не учитывается, 4 На газопроницаемую перегородку подается чистая уксусная кислота,температура которой поддерживаетсяне выше 100 С. При этой температуре будет происходить поглощениепаров уксусной кислоты из смеси,выходящей из эоны реакции. При этомконцентрация уксусной кислоты в газовой фазе понизится до 2,7 об.Хчто меньше ее нижнего концентрационного предела воспламенения в воздухе, равного 5,4 об.Х,При этом концентрация кислородана выходе из реактора может бытьувеличена от максимальной взрывобезопасной, равной 3-5 об.Х, до 20 об.Х,Это позволяет увеличить выход целевых продуктов и их качество. 6П р и м е р 6. Получение перекиси водорода жидкофазным окислением изопропилового спирта.Изопропиловый спирт с добавками перекиси водорода, являющейся инициатором окисления, поступает в нижнюю, часть реактора, Температуру в зоне реакции поддерживают равной 140 С.о Давление в реакторе 14 атм. На барботирование в зону реакции подают кислород. Процесс ведут до небольшой степени конверсии спиртами поэтому доля продуктов реакции в растворе мала и взрывоопасность смеси будет определяться концентрацией в газовой фазе паров изопропилового спирта. При барботировании кислород будет насыщаться парами изопропилового спирта до концентрации 50 об.Х.На газопроницаемую перегородку подают свободный от перекиси водорода изопропиловый спирт, температурукоторого поддерживают не выше 27 фС.Такая температура обеспечивает конденсацию и поглощение изопропилового спирта из парогазовой смеси, выходящей из реакционного раствора. Приэтом концентрация его уменьшается до0,54 об.%, что меньше его нижнего концентрационного предела воспламенения,равного 2 об.Х.П р и и е р 7. Получение дихлорэтана жидкофазным хлорировайием этилена, В нижнюю часть реактора, заполненную дихлорэтаном, подают раздельно газообразные этилен и хлор, каждый через свое газораспределительное устройство. Барботируя через дихлорэтан, они растворяются в нем имреагируют друг с другом, Температуру в. зоне реакции поддерживают 60 С. При увеличении подачи хлора и/или уменьшении подачи этилена, пузырьки хлора при этой температуре насыщаются парами дихлорэтана до концентрации 44,8 об.Х, что больше его верхнего концентрационного предела воспламенения в хлоре, равного 36,8 об.Х.На газопроницаемую перегородку подают дихлорэтан, температуру которого поддерживают не вьппе 20 С. При этой температуре происходит поглощение дихлорэтана из отходящей парогазовой смеси так, что его содержание в хлоре уменьшается до концентра" ции 8 об.Х, меньшей нижнего концентрационного предела воспламенения,841673 Предлагаемый способ обеспечения взрывобезопасности жидкофазных химических процессов имеет преимущест 1 ва, так как позволяет увеличить концентрацию реагентов и скорость целевой реакции. При этом уменьшается скорость побочных реакций и улучшается качество целевых продуктов. Поскольку конденсация паров уносимой жидкости происходит непосредственно в реакторе, отпадает необходимость в выносных холодильниках и дефлегматорах для их улавливания и исключается возможность образования в них и в соединительном трубопроводе взрывоопасных туманов. Исключение флегматизатора приводит , к уменьшению объема рециркуляционных потоков, что позволяет снизить унос продуктов с отходящими газами и уменьшить размеры аппаратов. Формула изобретения 1, Способ обеспечения взрывобезопасности жидкофазных химичес 8,: ких процессов с образованием парогазовой смеси путем проведения их притемпературе реакционного раствора,соответствующей равновесной концентрации паров горючей жидкости большейверхнего концентрационного пределавоспламенения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышениявзрывобезопасности и эффективности10 процессов, отходящую парогазовуюсмесь абсорбируют жидкостью при температуре, соответствующей равновесной концентрации паров горючей жидкости меньшей нижнего концентрацион 15 ного предела воспламенения.2, Способ по п. 1, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, в качествежидкости используют компоненты реакционного раствора.20 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Розловский А.И. Научные основытехники взрывобезопасности при работес горючими газами и парами, М., "Хи 25 мия", 1972, с. 222-223, 225-226.2. Патент США 9 3692823, кл. 260497 А, 1972, Составитель А. ТарасовРедактор П Макаревич Техред А, Ач Корректор С. ЩомакЗаказ 492973 Тираж 567 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Москва, ЖРаушская наб. д. 4/5п -Филиал ППП "Патент , г, Ужгород, ул, Проектная, 4