Реактор для сернокислотного алкилирования

(51) ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТИЯМ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ кий институт Галустов и к аппаратур- алкилироваожет быть -каталитиче илиро ми для прыски релкам являет кт кис вдния, ввода вания и. Неся то, лоты и АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1099834, кл. В 01 Е 19/00, 1983.Авторское свидетельство СССРМ 1346219, кл. В 01 Р 5/18, 1988,(54),РЕАКТОР ДЛЯ СЕРНОКИСЛОТНОГО АЛ ИИ Л И РОВАН ИЯ(57) Изобретение относится к аппаратам для процесса алкилирования углеводородов, может быть использовано для кислотно-каталитического окисления и позволяет увеличить выход алкилата за счет повышения однородности получаемой эмульсии. Реактор содержит патрубки для ввода реагентов и кислоты и смесительный элемент. Углеводородные реагенты вводятся на смесительный элемент в виде пленки чеИзобретение относится ному оформлению процесса ния углеводородов и м использовано для кислотно ского окисления.Известен аппарат для алк содержащий корпус с патрубка кислоты, устройствами для в реагентов и смесительными та достатком данного аппарата что в нем не достигается конта рез кольцевое. сопло, образованное смесительным элементом и отсекателем, Кислота распыливается через форсунки и орошает пленку, пробивая и перемешивая ее по всей толщине, что достигается тем, что расстояние от нижней плоскости отсекателя до поверхности смесительного элемента определяют по формуле 11 = 0,019 Н бс/(бэ- б 0 ) , где Н - расстояние от сопл форсунок2 0,9до нижней плоскости отсекателя, м; бс - диаметр сопл форсунок, мм; бэ, бо - соответственно диаметры смесительного элемента и отсекателя, м, при этом угол наклона винтовых каналов вкладышей Форсунок определящт по формуле1 ф,32 10 агс 19(бэ /2 ЙХО Й, ) + 0 32, где ц - диаметр отверстия центрального канала вкладыша. Для поддержания однородности эмульсии и стабилизации толщины пленки смесительный элемент имеет бортик, высоту которого находят по формуле Ьб= 1 - 1,9 Ъбо/бэ. 5 ил. реагентов из-за неоднородного пер вания распыленных реагентов с и й кислоты,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для смешения жидкостей, содержащее корпус, патрубок ввода сплошной фазы, патрубок и форсунку для распыливания дисперсной фазы и смесительный элемент.Недостатком такого устройства является то, что с его помощью нельзя получитьэмульсию с высокой степенью однородности. Пленка сплошной фазы пробивается каплями дисперсной фазы и необходимо, чтобы глубина такого пробивания ыла равна толщине пленки по всему смесительному элементу. Тогда пленка будет равномерно насыщаться каплями и иметь в поперечном направлении степень однородности, близкую к единице. В данном устройстве это условие не обеспечено, так кэк не заданы оптимальные геометрические соотношения основных узлов, В общем случае глубина пробоя либо меньшетолщины пленки(тогда не насыщаются каплями нижние слои), либо больше нее (тогда дисперсная фаза будет скапливаться в виде слоя под пленкой сплошной фазы). Оба варианта при серно- кислотном алкилировании приведут к резкому ухудшению однородности эмульсии и появлению нежелательных продуктов реакции, Кроме того, не обеспечивается постоянная оптимальная толщина пленки нэ всем смесительном элементе, так по мере ее продвижения по смесительному элементу (диску) ее толщина может уменьшаться. Это также приводит к снижению однородности эмульсии,Недостатком устройства являетсятакже и то, что геометрические параметры форсунки не связаны с основными параметрами реактора и в общем случае сечение факела дисперсной фазы может оказаться как больше диаметра смесительного элемента (что приведет к перерасходу компонента), так и меньше него (что вследствие увеличения удельной плотности орошения приведет к более глубокому пробиванию пленки).Цель изобретения - повышение выхода алкилата за счет увеличения однородности эмул ьсии.Для достижения поставленной цели расстояние от нижней плоскости отсэкателя до поверхности смесительного элемента определяют по формуле0,155Ь = 0,019 Н(бэ - бо)где бс - диаметр сопл форсунок, мм; Н - расстояние от сопл форсунок до нижней плоскости отсекателя,м; бэ, бо - соответственно диаметры смесительного элемента и отсекателя, м; при этом угол наклона а винтовых каналов вкладышей форсунок определяют по формуле1 5ГС 105 32 10 мс 19(с 3,/2 Н)(бй) + 0 32 (2)где бц - диаметр отверстия центрального канала вкладыша форсунки, а высоту бортика на смесительном элементе рассчитывают по формуле5(3) Ь 5= Ь,9бэ Сопоставление предлагаемого устрой ства с известными показывает, что заявляемое устройство отличается наличием строгой связи геометрических параметров основныхузлов. Расстояние Ь определяется по формуле (1) в зависимости от Н; бэ, бо, бс.15 Угол наклона каналов вкладыша аопределяется по формуле (2) в зависимости от бэ, Н, бо, бц, а высота бортика на смесительном элементе - по формуле (3) в зависимости отЙ 1, бо20 Известно, что при распылительно-пленочном смешении жидких компонентов (т,е, когда одна из фаз диспергируется в промежуточную газовую среду и орошает пленку сплошной фазы) глубина проникновения 25 дисперсных потоков в пленку является функцией параметров факела. Существует зависимость для определения этой глубины Ьп = 0,164 иН,30где Н - высота от среза форсунки до пленки,м;п - безразмерный комплекс, рассчитываемый по формуле35 3/4 , 3/4-сргде Ч - скорость капель факела при ударе опленку, м/с;40 бк - средний объемно-поверхностныйдиаметр капель факела, м;0 уо - объемный расход дисперсной фазы,м /с,Яор - площадь сечения факела на расСТОянии Н,м2В численный коэффициент входят значения кинематической вязкости пленки р состепенью 3/4 и скорости разбегания волныкратера Чр = 0,08, При получении эмульсийнеобходимо, чтобы толщина пленки быларавна глубине Ьп, т.е. чтобы пленка насыщалась каплями и перемешивалась по всейтолщине. Получают зависимость Ь от основных геометрических параметров реактора вобщем виде и исключая режимные параметры и константы.Зависимость (2) записана для жидкостей, близких по свойствам к воде. Можно записать, принимая во внимание, чтоводы= 10 м /с:,исм =631 мПэ с,20 ТОГда 1 см =исмФсм,15 3/4 Ь= 0,164 Н 0,043 О 16 3600 0 785 10,155с Отсюда Ь = 0,019 Ь 2 12 )0,9 где 1/р - скорость разбегания волны всплеска (кратера) от единичной капли по поверхности пленки смеси,м/с:и см - кинематическая вязкость смеси, мг/с, которую можно определить по уравне. нию, Аррениуса-Кендалла 1 Я,Исм = Х 1 Я,И 1 + Х 2 1 Я,И 2 ГдЕ,и,ми 1 иг - дИНаМИЧЕСКИЕ ВяЗКОСтИ 10смеси и компонентов, Па с;х 1, х 2 - мольные, доли компонентов всмеси.Принимая х 1, = х 2 = 0,5 и учитывая, чтовязкость 75 серной кислоты,и 1= 15,9 мПа 15с, вязкость углеводородов,и 2=2,8 мПа с,получают ГДЕ Р см - ПЛОтНОСтЬ СМЕСИ; Рсм = 1100; 1 см = =5,7 10 м /с.Скорость разбегания волны кратера Чр в углеводородной пленке можно принять равной 0,16 м/с, что объясняется меньшим поверхностным натяжением; чем у воды.Средний объемно-поверхностный диа- метр капель факела определяется в зависи 30 мости от параметров форсунки и давления распыливания Выполнение этого условия при изготовлении реактора позволяет задать глубину проникновения дисперсной фазы равной толщине пленки сплошной фазь. Это позволяет получать эмульсию с высокой степенью однородности как в продольной, так и в поперечном направлении и обеспечивает интенсивное перемешивание пленки на требуемую глубинуВ качестве распылителя дисперсной фазы (кислоты) используются гидравлические центробежно-струйные форсунки, обеспечивающие конический заполненный факел и однородную плотность орошения по его сечению. Необходимо, чтобы диаметр сечения факела на расстоянии Н от форсунки былравен диаметру смесительного элемента (фиг.5). Сечение факела определяется углом его раскрытия,В, который задается Ьутем где бс - диаметр сопла форсунки, мм;Р - избыточное давление на распыли-. теле, МПа, При сернокислотном алкилировании значение давления составляет Р=О,З МПа, следовательно Общий расход кислоты в горизонтальном каскадном реакторе 09 = 90 м /ч. В3 предлагаемом устройстве 12 форсунок. Расход через одну форсунку 7,5 м /ч. Диаметр3сечения конического факела целесообразно задавать равным диаметру смесительного элемента (фиг.5).Поэтому площадь, орошаемую факелом, определяют по формуле 5 Ф= 4 (бэ-бо) =0785(бэ-бо),2 2где бэ, бо - диаметры смесительного элемента и отсекателя, м, так как часть факелаперекрывается отсекателем,Учитывая, что при Р = 0,3 МПа гидравлические центробежно-струйные форсунки обеспечивают на расстоянии 0,75 м от среза сопла до пленки скорость капель до 15 м/с, получают 3 0 26 б 0,23 3/4 7 5(с 1 э - бо) (5,710 ) выбора необходимого угла наклона а винтовых каналов вкладыша форсунки (фиг,З и 4) по расчетной зависимости2,1,1 ь102,6610 Я(б,/дс) + 0 где бц - диаметр центрального отверстиявкладыша.Диаметр сечения конического факеларавен диаметру смесительного элемента,поэтомуР = 2 агст 9 бэ/2 Н); Аьв= 10 2 бб 10 2 агс 19 (О/2 НЩ/б,) + 0 32 5,32,1 о агсгя(сУгнИЮ + 0,32,таким образом каждая форсунка оро шает весь смесительный элемент, что увелиисключает появление локальных неоднородностей (горячих пятен) в реакционной массе, которые приводят к появлению нежелательных побочных продуктов и снижению выхода алкилата. Разрушение горячих пя тен способствует также и то, что вся реагирующая масса на смесительном элементе постоянно простреливается и перемешивается дисперсными потоками по всей ее толщине. 10В реакторе, смонтированном на люке готовой емкости, расстояние Н составляет 0,75 м. Параметры форсунок следующие: б,= 13 мм, бц= 8 мм. По конструктивным соображениям принято бэ = 0,9 м, бо = 0,2 м, 15 Вычисляют и по формуле (1): й = 0,026 м, находят значение а по формуле (2), а О, определяют высоту й 5 по формуле (3), Ь 5 = = 0,015 м.Предлагаемый реактор прост по конст рукции и удобен в эксплуатации и ремонте. Реактор монтируется на крышке люка и может быть легко снят и поставлен, так как диаметр смесительного элемента меньше диаметра люка, Каждая из форсунок может 25 быть заменена или прочищена без разборки реактора, так как коллекторы для подачи кислоты имеют такую форму, что вместе с форсунками извлекаются через фланец.30Формула изобретения Реактор для сернокислотного алкилирования, содержащий корпус, патрубки ввода углеводородного сырья и кислоты, центробежноструйные форсунки с вкладышами для распыливания кислоты, смесительный элемент с бортиком и пленкообразующее устройство в виде отсекателя, закрепленного на штоке, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения выхода алкилата за счет увеличения Однородности эмульсии, расстояние от нижней плоскости отсекателя до поверхности смесительного элемента определяют по формуле0 Л 55Ь =0,019 Н2 2)09где Н - расстояние от сопл форсунок до нижней плоскости отсекателя, м;бс - диаметр сопл форсунок, мм;бэ, бо - соответственно диаметры смесительного элемента и отсекателя, м; при этом угол наклона винтовых каналов вкладышей форсунок вычисляют по формуле-А, (,Ф10 5,32 10 агс 1 ф/2 НХ 4,У 4,) + 0 32где бц - диаметр отверстия центрального канала вкладыша, а высоту бортика на смесительном элементе находят по формуле.й 5=п,9бэ1713641 Составитель А,Чуфаровскийедактор А.Козориз Техред М.Моргентал ор А.Осауленко Заказ 647 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводствен но-издательский комбинат "Патен город, ул.Гагарина