Реактор с рамной мешалкой

(71) й.нин градский научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения (72) М.П, Уманский и В.р, Медведев (53) 66.В 23 (В 88.8)(56) Авторское свидетельство СССР Р 1327944, кл. В 01 1 19/В 0, 1987,Авторское свидетельство СССР997772, кл. В В 1 3 7 Л 4, 1983. (54) РЕАКТОР С РАМНОЙ МЕИАЯКОЙ (57) Изобретение относится к реактор- ному оборудованию, применяемому для осуществления тепломассообменных технологических процессов, например, при синтезе полимеров растворным способом - полистирола, полиэтилена и др. продуктов, и позволяет повысить 1;зооретение относится к реакторн му Оборудованию, применяемому для осуществления тепломассообменных те нологических процессов, например при синтезе полимеров растворным способом - полистиропа, полиэтилена и других продуктов.Известны аппараты с рамными мешаг;ками, которые Относятся к тихоходным перемешивэющкм устройствам и не обеспечивают необходимую интенси фикацию теплообменных технологичес" ких процессов при увеличении габари тов реакторов для крупнотоннажных производств полимеров. Известно такойство аппэрат пе рсмешивающ содержащее в стГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИаОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТПРИ ГННТ СССР удельную прокзводительновть реакторапо целевому продукту за счет увеличения коэффициента теплоотдачи от перемешиваемой реакционной среды к хладоносителю путем разрушения пристеночного пограничного слоя жидкости,Реактор с раиной мешалкой содержитпродольные периферийные лопасти рамной мешалки, которые со сторонынаправления вращения выполнены ввиде вогнутого профиля, напримеруголкового, в углублении котогого повсей высоте ло":сти расголожень кри -волинейные каналы с "ыходными отверстиями., направленньми радиально в.торону корпуса ре; ктора, В противоположно расположенных лог:астях попродольно" Оси мешалки ка-.элы сме -щены друг относител н д;: га.кл.,1 табл. 11"О разную мешалку, закр;. леннуюгоризонтальной своей частью на валус вертикальнымк час,ями, расположенньми параллельно валу, и пластину,надетую на вал и закрепленную своимиторцами нэ вертикальных частях мешалкк с изгибамк пластины в сторонупротквоположн,ю вращению мешалки, иотверстиями на выпуклых ее частях,В данном устройстве также не достигается требуемая интенсивность перемешивания непосредственно у корпусааппарата и, как следствие этого,недостаточен коэффициент теплоотдачиот геремешиваемой среды,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущноеи достигае 1699589мому эффекту является техническоерешение, в котором лопасти рамноймешалки выполнены в виде подковообразного профиля, вогнутой сторонойнаправленного в сторону внутреннейповерхности корпуса,Однако недостатками данной конструкции являются высокая металлоемкость, трудности ее изготовления 10и низкая эффективность при перемешивании сред повышенной вязкости иэза отсутствия радиальных и осевых потоков жидкости непосредственно вблизи поверхности корпуса . Не достигается разрушения пристеночного пограничного слоя, который создает термическое сопротивление тепловому потокуот реакционной среды и является причиной, тормозящей увеличение коэффициента теплоотдачи.Целью изобретения является повышение удельной производительности реактора по целевому продукту за счетувеличения коэффициента теплоотдачи. 25Поставленная цель достигается тем,что в установленной в реакторе рамной мешалке ее продольные периферийные лопасти выполнены со стороны направления вращения в виде вогнутогопрофиля, например уголкового, в углублении которого по всей высоте лопастей расположены криволинейные каналы, выходные отверстия которыхнаправлены радиально в сторону корпуса реактора, причем в противоположно расположенных лопастях по продольной оси мешалки каналы смещеныотносительно друг друга,На фиг,1 показан реактор с рамной мешалкой, общий вид; на Фиг,2то же, разрез; на Фиг.3 и 1 - каналы, варианты; на Фиг.5 - вид А наФиг.М.Реактор состоит из коопуса 1 с , 45теплообменной рубашкой 2. На крышкереактора размещается привод,на валу3 которого установлено перемешивающее устройство рамного типа, состоящее иэ продольных периферийных ч ипоперечных 5 лопастей. Лопасти ч имеют лобовую поверхность со сторонывращения в виде вогнутого профиля,например уголкового (Фиг,2),и могуттакже иметь форму полуокружности, ввиде квадрата и т,п.55Конкретная форма вогнутости выбирается и рассчитывается исходя изгабаритов аппарата, вязкости обра,батываемой среды и ее особенностей(наличие твердой фазы, склонностьк адгезии и др.).По всей высоте лопасти 5 и ч пронизаны криволинейными каналами б,которые могут быть выполнены в видекруглых труб (Фиг.1 и 2), в видеплоских щелеобразных устройств и комбинированных (Фиг.ч и 5). Конкретнаяформа канала 6 также выбираетсяпутем расчета скорости вращения рамной мешалки, вязкости среды, величины пристенного - пограничного слоясреды, подлежащего смыву.Каналы б имеют изгиб примерно на90 , который выполняется в форме полукруга по радиусу, по эллипсу илипросто выполняется по косому срезу,форма кривизны выбирается исходяиз получения минимального гидравлического сопротивления при поворотесреды . Так, если среда маловязкая,то достаточно канал 6 выполнить покосому срезу, а если среда высоковязкая, то необходиму кривизну выполнить по эллипсу, как наиболее отвечающему плавному беэвихревому течению. Во всех случаях конечный периФерийный участок каналов б, оканчивающийся выходным отверстием, долженбыть направлен радиально на поверхность корпуса, так как только приъаком положении обеспечиваются макси"мальное соударение истекающей из канала 6 струи с пристенным слоем,который имеет повышенную вязкость,и его энергичный смыв.Другой особенностью установки каналов 6 является то, что в противоположно расположенных лопастях попродольной оси мешалки каналы смеще;"ы относительно друг друга,Наиболее оптимальным смещениемявляется такое положение каналов,когда каналы б на одной лопастирасполагаются примерно посредине(Фиг.1) расстояния между каналами напротивоположной лопасти. Такое расположение позволяет максимально охладить поверхность корпуса смывомпограничного слоя струями истекающей жидкости из каналов 6 и получитьвысокий коэффициент теплоотдачи.Реактор с раиной мешалкой работает следующим образом.Через патрубок 7 периодическиили непрерывно подаются исходныекомпоненты (мономер, катализатор,1699589 Форму ла изобретения 3540455055 растворитель и др.), При включенииэлектродвигателя приводится в движение вал 3 с рамной мешалкой. Ее уголковые периФерийные лопасти 4, про низанные каналами 6, создают вращательное движение жидкости в аппарате.Происходит перемешивание реакционнойсреды. За счет конфузорности уголкового профиля увеличивается скоростьреакционной среды в его узкой части,а следовательно, и в выходящих струях из пронизывающих криволинейныхканалов 6, которые разрушают пристеноч-,ный пограничный слой среды, смывают его и рассеивают во всем объеме реактора, Смещенные по высоте друг относительно друга в противоположнорасположенных лопастях 4 рамной мешалки криволинейные каналы. 6 практически обеспечивают разрушение и смывпристенного пограничного слоя повсей внутренней поверхности корпусареактора и способствуют турбулизации основного потока обрабатываемой сре ды аПо мере проведения процесса мономер и катализатор все активнее вза"имодействуют и все больше выделяется экзотермического тепла, которое ЗОнеобходимо отводить через корпус реактора. Так как пристенный - пограничный слой, величина которогоколеблется от 0,2-0,5 до 1,0-2,0 мм(в зависимости от частоты вращения мешалки, вязкости среды и температуры), является значительным термическим сопротивлением, то разрушение исмыв его с теплообменной поверхностиповышают коэффициент теплоотдачи и способствуют тому, что в единицу вре"иени можно отвести значительно большее количество тепла, а это позволя ет сократить время процесса, т.е,повысить удельную производительностьреактора, Слив готового продукта осуществляется через патрубок 8.Результаты испытаний реактораббъемом 0,063 мз с рамной мешалкой, лопасти которой выполнены в виде уголкового профиля, пронизанного каналами круглой формы (трубами И 32 мм), приведены в таблице.Как видно из приведенных данных, в предлагаемом техническом решении Укоэффициент теплоотдачи О, по сравнению с рамной мешалкой по ОСТУ 26- 01-1245-23 увеличивается на 434.Коэффициент гидравлического сопротивления уменьшается на 213, Снижение гидравлического сопротивления объясняется тем, что при наличии ка" налов на поверхности лопасти снижается напор на лопасть при ее вращении за счет того, что основная часть жидкости, натекающая в объем вогнутой части лопасти, сразу через каналы вытекает из этого объема, Этот положительный факт несколько снижает на 4-6) мощность, потребляемую мешалкой.Экономическая эффективность предлагаемого решения заключается в том, что интенсификация теплоотвода экзотермической теплоты позволяет сократить процесс полимеризации стирола в реакторах объемом 20 мз на 4 ч (вместо 16 ч процесс проходит за 12 ч) . Это позволит (с учетом чистки реакторов и профилактических ремонтов) с одного реактора получить дополнительно в год 15-17 т ударопрочного полистирола, тонна которого стоит 500-700 рублей в зависимости от марки полистирола. Реактор с раиной мешалкой, .содержащий вертикальный ципиндрическийкорпус, теплообменную рубашку, привод с валом и закрепленную на немрамную мешалку, состоящую из продольных периферийных лопастей, и гатрубки для входа сырья ,; вых;дэ готового продукта, о т л и ч а ю щ и й стем, что, с целью повышения удельной производительности реактора поцелевому продукту за счет увеличениякоэффициента теплоотдачи, продольныепериферийные лопасти рамной мешалкивыполнены со стороны направлениявращения в виде вогнутого профиля,в углублении которого по всей высотелопасти расположены криволинейныеканалы с выходными отверстиями, направленными радиально в сторону карпу"са реактора, причем в противоположнорасположенных лопастях по продольнойоси мешалки каналы смещены друг относительно друга, 1699589Рамнаямешалкапо ОСТУ2601-1245-83 Параметр 400 5460 3900 5710 1,30 1,28 1,05 ния 1 КоэФфициент теплоотдачи от перемешиваем й среды,8 т/ (м К) Коэффициентгидравлического сопротивлеРамная мешалка изуча ст кового профилябез труб,пронизывающих периФерийныелопасти Рамная мешалка изуголковогопрофиля,пронизанного трубами,повернутыми на 90 Рамная мешалкаиз уголковогопрофиля, пронизанного трубами,смещенными повысоте друготносительно друга в противоположных лопастях1699589 Составите Войцеховс Редактор Л. Гратилл Корректор С. Шекмар ехред М.Дидык Подписноеизобретениям и открытиям при ГКНТ СССР5, Раушская наб д. 4/5 водственно-издательский комбинат "Патент", г, Ухгсрсд, ул, Гаг П аэ 4471 Тира НИИПИ Государственного комитета 113035, Москва, Ж