Реактор

вн,треннего диаметра цилиндрического корпуса реактора. Величина зазора находится в пределах 2-4 мм и выбирается из условия, чтобы края диска при перемещении подвижной вставки по высоте моглиочищать внутреннююбоковую. поверхность реактора от возможных налипаний, а при загрузке в реактор давали возможность жидкостистекать вниз по стенке реактора в виде пленки беэ образования зарядов статического электричестваВ нижнем диске 19 по центру имеется отверстие 23 для прохода жид-. кости от периферии к приосевой зоне потокаМежду наружным диаметром нижнего диска 19 и стенкой корпуса 1 имеется кольцевой зазор 24, служащий для прохода вращающегося потока жидкости, поднимающейся вверх вдоль стенки раектора.В верхнем диске 18 подвижной вставки встроены патрубки 25 и 26, к которым соответственно подсоединены импульсный шланг 27 и гибкий метал лический трубопровод 28, Противополож ный конец импульсного шланга 27 выведен на крышку 29 патрубка 30, далее он направляется к регулятору давле" ния, импульс Р , (не показан), В1свою очередь, другой конец гибкого металлического трубопровода 28 закреплен на внутренней стороне крышки 31 латрубка 32.С наружной стороны к крышке 31 подсоединен металлический трубопровод 33, который в своей нижней части прикреплен к трехходовому крану. 34, подсоединенному к сливному патрубку 35, Кран 34 предназначен для пропуска циркулирующей жидкости иэ верхней части реактора" путем сообщения низа реактора с разгру.зочной емкостью (не показана).На трубопроводе 33 можно устанавливать датчики температуры, водородного показателя рН среды, вязкости, участок из. термостойкогостекла для наблюдения за движущейся реакционной средой, (не показаны), атакже патрубок 36 с краном 37 для отбора пробы и штуцер 38 для отбора импульса статического давления Р, который подается на вторичный прибор для Измерения давления (или на регулятор давления).В средней части общей высоты реак тора, в месте перехода конического днища 2 в цилиндрический корпус 1,имеется кольцевая вставка (кольцо)39 с внутренней рифленой поверхностью. Кольцо 39 предназначено для 5интенсификации тепло-и массобменав пристенной зоне реактора, в местеудара о стенку корпуса 1 высоконапорных .жидкостных струй, выбрасываемыхвращающимся перемешивающим органом.В основание нижней конической час"ти реактора вмонтирован герметичныйпривод (с регулируемым числом оборотов), состоящий иэ электродвигателя 40,укороченного ступенчатого вала 41 с закрепленным на нем при помощи гравер-шайбы 42 и гайки 43 перемешивающим органом в виде усеченного сплошного конуса 44, изготовленного из дюралюминия, со сквознымицилиндрическими каналами 45 диаметром 25-30 мм, равномерно распределенными по периметру и проходящимивдоль образующей в теле конуса у егооповерхности под углом 45 к горизонтальной плоскости. Для заполненияреактора жидкостью служит труба 46,твердый материал загружается черезцентральный патрубок 47. Патрубки48,49 предназначены для подачи в ЗОрубашку и выхода из нее теплоноси-.теля или хладагента. Через латрубок50 в реактор могут дополнительновводится по ходу ведения процессагазообразные или жидкие вещества.В нижнюю часть реактора помещенавставка 51 в видеобратного конуса. Наличие этойвставки обеспечиваетполное опорожнение реактора при разгрузке.Снаружи реактора имеются лапы 52,53 для крепления и фиксации реакторав вертикальном положении. Штуцеры54-57 на корпусах гидравлических(пневматических) цилиндров предназначены для подвода или отвода масла(воздуха) от регулятора давления.Реактор работает следующим образом.Заливку жидкости в реактор осуществляют через патрубок 46 при 50 максимально верхнем положении подвижной вставки. Путь движения жидкости таков: поступив на верхнийдиск 18 с минимальной высоты и ненайдя выхода через отверстие 21 вви ду наличия кольцевой перегородки 22,она растекается по поверхности диска 18, распределяется по кольцевомузазору между наружным диаметром диска 18 и внутренней стенкой корпуса1 О Как только подвижная вставкаокажется погруженной в верхний слойжидкости включает в работу приводмешалки,. С этого момента перемешивающий орган 44 мешалки придет в интенсивное вращательное движение.Прилегающая к нижней части перемешивающего органа 44 жидкостьначинает засасываться в каналы 45 и,продвигаясь вдоль них с ускорением под действием центробежной силы, ссилой выбрасывается в окружающиймешалкужидкостный объем в виде высоконапорных, дальнобойных струй, достигающих повевхностикольцевой вставки 39 с рифленой. поверхностью.В момент удара о стенку непрерывно выбрасываемые мешалкой высоконапорные струи расладаются на,множество мел .их вихрей, что приводит,40 45 50 55 5158131 и стекает по стенке реактора в видепленки. Заполнение внутреннего объема реактоРа жидкостью происходитпостепенно без удара падающей струио зеркало жидкости, образование за 5рядов статического электричествапри этом исключается.После окончания ввода заранеерассчитанно о объема жидкости приступают к разгрузКе твердого зернистого материала через патрубок 47.Предварительно жидкость, находящуюся в реакторе, приводят в интенсивное движение, определяемое на личием в аппарате двух устройств:вращающегося перемешивающего органа44 мешалки и подвижной вставки сдисками 18, 19 и направляющими спиралевидными лопатками 20. 20С этой целью включают в работурегулятор давления, (не показан), назадатчике регулятора давления устанавливают величину давления, соответствующую глубине погружения в жидкость конца патрубка 26 импульсногошланга 27 (а сией заодно и подвижнойвставки), по которому на регуляторпоступает импульс статического давления Р. После срабатывания регулято Ора подвижная вставка оказываетсяпогруженной в верхнюю часть жидкостного слоя на заданную глубину. Следует отметить, что включение в работу регулятора давления обеспечи 35вает автоматическое регулированиеположения подвижной вставки в зависимости от высоты уровня жидкости в реакторе,726в конечном итоге, к значительной интенсификации тепло-и массопереноса в пристенной зоне реактора.Поскольку жидкость в реакторе интенсивно вращается, а при выбрасывании струй по направлению к верхней крышке в объеме создаются значительные осевые скорости, то вдоль стенки Формируется устремляющийся вверх вращающийся поток жидкости. Дойдя до подвижной вставки, погруженной к этому моменту в жидкость, этотпериферийный поток набегает на неподвижные спиралевидные лопатки 20, установленные между дисками 18,19, и устремляется вдоль них в центральную приос евую зону реактора со все возрастающими (пропорционально уменьшению радиуса) вращательными и радиальными скоростями.СФормировавшись в приосевой зонев виде вращающегося цилиндра, выходящего из отверстия 23, нисходящий поток жидкости устремляется в нижнюю часть реактора, откуда ушла ранее на верх реактора жидкость (ввиду сохранения условия неразрывности движения жидкостного потока). По пути движения сверху вниз нисходящий поток жидкости (в виде вращающегося с большой скоростью цилиндра) частично рассеивается по радиальным направлениям в основной объем реактора, но основная его часть подходит к вращающемуся перемешивающему органу и, обтекая его (перемешивающий орган сверху не имеет отверстий для прохода жидкости), пересекается с жидкостными струями, выбрасываемыми из каналов 45 (а,также частично проходит между ними). В месте их встречи наблюдаются большие относительные скорости, создаваемые непосредственнов объемереак-, тораПродолжающий опускаться вниз жидкостный поток после прохождения через мощный восходящий поток устремляется к стенке реактора, а точнее к месту, где его коническая часть переходит в цилиндрическую, разворачивается иначинает опускаться вниз вдоль конического днища 2 к оси реактора со все возрастающими (по мере уменьшения радиуса) вращательными и радиальными скоростями, препятствуя образованию отложений на днище 2. Дойдя до вставки 51, поток жидкости в виде поднимающегося с большой вращательной .скоростью цилиндра устремляется к нижней части перемешивающего органа и всасывается в его каналы 45.После выброса высоконапорных струй жидкости из наклонных каналов 455 вращающегося конуса 44 в объем реактора описаннаявыше схемадвижения жидкос ти повторяется.Подлежащие загрузке в реактор твер 0 дые частицы не дожны иметь размер, превышающий 5-10 мм, из-за опасности" их заклинивания в каналах перемешиваю- щего органа мешалки, имеющий диаметр 25 - 30 мм.15Твердые частицы поступают в реактор вначале через патрубок 47, затем через отверстие 21 на нижний диск 19, либо непосредственно через центральное отверстие 23 в нижнем диске в нисходящий жидкостный поток, Частицы, попавшие на поверхность нижнего диска 19 (между направляющими лопатка-. ми 20), подхватываются потоком жидкости, движущимся от периферии к 25 центральной зоне, и уносятся снова в тот же нисходящий жидкостный поток.Движение твердых частиц (особенно больших размеров) в объеме аппарата 1 происходит иначе, чем движение жид кости, так как на их движение оказывает большое влияние:центробежная сила, силы инерции и сопротивления среды, а также лобовое давление набегающего на них потока жидкости. 35Наличие больших относительных скоростей создает благоприятные условия для перемешивания твердых частиц с жидкостью и их растворения,В придонной части твердые час тицы засасываются с жидкостью в каналы 45 перемешивающего органа 44 и выбрасываются из них вместе с. жидкостью в виде высоконапорных струй.При ударе о рифленую стенку твердые 45 частицы дробятся. Распределив твердые частицы равномерно по объему жидкости, находящейся в реакторе, приступают к разогреву содержимого реактора (если в этом естественно, имеется необходимость)В случае, если растворимость вещества твердых частиц возрастает при повышении тампературы, разогревать реактор можно уже на стадии разгрузки и распределения твердых частиц по жидкостному объему. Поскольку в данном реакторе вседатчики температуры, рН среды, вязкости и т.д, вынесены за его пределы иэ соображений удобства и снижения затрат энергии, затрачиваемойна перемешивание, и установлены натрубопроводе 33, то перед выходомна заданную температуру синтеза вреакторе необходимо дополнительнопривести в действие так называемыйвнешний циркуляционный контур движения жидкости,Для этого терхходовой кран 34 устанавливают в положение, при котором нижняя часть реактора оказывается сообщенной с верхней через сливной патрубок 35, трехходовой кран 34,трубопровод 33 и гибкий металлический трубопровод 28.%Ввиду наличия вращающегося перемешивающего органа мешалки, выбрасывающего струи жидкости в верхнюючасть реактора, внизу коническогоднища 2 создается разрежение, и жидкость из его верхней части устремляется в нижнюю по вышеуказанному пути,но в обратном направлении, т,е, через гибкий металлический трубопровод28, трубопровод 33, трехходовойкран34 и сливной патрубок 35, промываяпоследний.В момент выхода на установившееся движение жидкости по внешнему циркуляционному контуру величина разрежения в верхней части трубы у штуцера, 38 становится строго фиксированной и в дальнейшем не неизменяю,щейся (импульс давления Р ): в про- веденных опытах данное разрежение достигает величины, равной 11,0 кПа. Этот Факт облегчает осуществление контроля за наличием названного контура.Перепад давлений Д Р = Р-Р можно использовать при одновременной регулировке при помощи регулятора Д Р глубины погружения подвижной вставки в жидкость, обеспечивающей наличие устойчивого внешнего циркуляционного контура. К этой схеме регулировки, однако, надо подходить с осторожностью, учитывая, что подача или подсос различных текучих сред под вращающийся перемешивающий орган могут существенно изменить величину давления Р.Как только жидкость по внешнему . циркуляционному контуру придет вдвижение, на задатчике регуляторатемпературы (не показан) устанавливают заданную температуру нагревасодержимого реактора и в рубашку 5 начинают подавать теплоноситель.5При наличии тепловой изоляции натрубопроводе 33 температура движущейся среды во внешнем циркуляционномконтуре стабилизируется и становится равной температуре в объеме реактора (это утверждение верно и дляхимического состава жидкости, протекающей по трубе) ввиду практически мгновенного выравнивания (за2-3 с) полей температур и концентраций в объеме реактора вследствиеособой гидродинамической структурыпотока, исключающей образованиезастойных зон, создающей условия для20больших относительных скоростей и,как следствие, обеспечивающей достижение высоких значений. степеней перемешивания.Время выхода на заданную температуру синтеза завист от объема реактора и вида применяемого теплоносителя (пар, вода, высокотемпературный органический теплоноситель ит.д.).30При достижении заданной температуры синтеза приступают к подаче вреактор дополнительных количеств газообразных или жидких веществ, Такаяситуация складывается, например,когда в нагретую смесь, находящуюся 35в реакторе, необходимо быстро ввести промотор (или ингибитор) в жидком виде, а по ходу процесса надоеще подавать инертный газ.40Ввод вышеназванных веществ осуществляют через придонную часть реактора, а точнее через патрубок 50. Вводимое жидкое вещество сразу подхватывается восходящим жидкостным 45 потоком, подсасывается в каналы 45 вращающегося конуса 44 и выбрасывается иэ них в объем реактора, Пройдя описанный выше путь по внутреннему циркуляционному контуру, введенное вещество оказывается равномерно распределенным по всему объему реактора (интервал времени от момента ввода компонента до момента его равномерного распределения по объему реак тора, определяемого по выходу на постоянную концентрацию во времени в различных точках реактора, практически равен 2-3 с),Данный компонент можно распределить по объему реактора и заранее, т.е. еще до выхода на температуру синтеза.Подачу газообразного вещества в в реакционную массу осуществляют аналогичным образом. Интересно, что при подаче газа в реактор только за счет разрежения, создаваемого в его придонной части, величина разрежения (импульс Р) уменьшается по сравнению с аналогичной величиной при работе мешалки без подсоса и колеблется в пределах 5,0-6,6 кПа. Объясняется эта пульсация тем, что газ вначале,. в момент наибольшего разрежения, засасывается жидкостью, идущей в каналы 45, затем выбрасывается в окружающую мешалку жидкость, дробится, распределяется по объему (при этом разрежение падает), выходит из жидкости при прохождении вдоль лопаток, при этом разрежение возрастает, опять подсасывается к ханалам 45, выбрасывается с жидкостью из них, и процесс повторяется.Распределение газа по объему реактора происходит в виде мельчайших пузырьковХод процесса синтеза контролируется при условии устойчивой работы его внешнего циркуляционного контура. Для контроля протекающего в аппарате процесса, на трубопроводах 33 устанавливают всевозможные датчики температуры, рН среды, вязкости и т.д в разрыв трубы (или параллельно с ней) встраивают участок из прозрачного термостойкого стекла (название детали на чертеже не показаны) и патрубок 36 с краном 37 для отбора пробы в предварительно отвакуумированный пробоотборник (ввиду наличия в данной линии разрежения даже при проведении процесса под атмосферным давлением).Движущаяся по трубопроводу 33 реаке ционная масса хорошо усреднена, имеет тот же состав, что инаходящаяся в реакторе реакционная масса. Все это обеспечивает отбор представительной пробы.Возможен контроль и управление процессом синтеза по изменению показателя преломления срецы по визуальному наблюдению за реакционной массой и т.д.Процесс синтеза при проведении в данном реакторе легко контролируется и регулируется, Когда к концу указанного процессавозникнет необходимость его мгновеннои остановки, например, из-забольших тепловыделений, то гидродинамика данцогореактора позволяет выйти изэтого затруднительного положения. 10Использование в этих условияхтеплоотвода через боковую поверхностьреактора или встроенный змеевик не1 поаволяйт быстро остановить процессввиду ограниченных значений коэффициента теплоотдачи от реакционноймассы к охлаждаемой металлическойс;тенке. Охлаждаемой поверхности длябыстрого отвода тепла в этих условиях процесс просто не хватает и ее 2 Онельзя создать конструктивно.В этом случае можно игпользоватьэффект охлаждения реакционной массыза счет испарения воды или какогоу Жлибо другого растворителя. 5Во всех известных конструкцияхреакторов это мероприятие не помагает - вода просто испаряетс я с поверх. -ности зеркала реакционной массы вреакторе, а сшивка массы и неуправляемый при этом процесс тепловыделения все равно идут до конца из-згтого, что не от всех точек объема вэтих условиях отбирается тепло.Для мгновенной остановки процессасинтеза на заданной температуре (илигораздо ниже нее) в предлагаемой конеструкции реактора достаточно влитьсверху заранее рассчитанное количество воды или летучего растворителя 4 Ов приосевую зону реактора, а точнеев его нисходящий жидкостный поток.В этом случае вода рас;пределяетсяпо всему объему реакционной массы,отбирая тепловую энергию у послед 45ней по всех точках реакционного пространства. Путь движения введеннойдля охлаждения воды на участке еенагрева за счет непосредственногоконтакта с реакционной массой таковнисходящий жидкостный поток с рассеиванием по радиальным нагсравлениямниз аппарата - распределение перемешиващим органом по объему аппаратав области, прилегающей к стенке,движение снизу вверх вдоль боковыхстенок.,На участке перебрасывания реакционной массы с периферии реактора к центру, когда она движется вотносительно тонком слое по поверхности нижнего диска 19.вдоль спиралевидцых лопаток 20, вода испаряется.Вариант ввода небольшой порцииводы для ос:тановки процесса синтезачерез патрубок 50, находящийся внижней части реактора, не всегдаоказывается приемлемым из-за того,что масса жидкости в месте продвижения центрального нисходящего потокане успевает отдать воде свое тепло.Особенно хорошо срабатывает эффект мгновенной остановки процессасинтеза, заканчивающегося резким повышением температуры и объемной сшивкой реакционной массы, когда поусловиям синтеза необходим вакуум,а все реагирующие вещестнн являютсянелетучими (или высококипящими) компонентами. Ввод воды в этом случаев реакционную массу, ее нагрев споследующим испарением в вакуум исвязанное с этим охлаждение реакционной массы по всему объему реактора происходят действительно практически мгновенно (в течение 3-ч с).При проведении процесса синтезапод разрежением регулировку положения подвижной вставки в зависимости от уровня жидкости в реакторе .осуществляют по величине перепададавлений Л Р = Р -Р либо по разнице давлений между величиной,. Р и1величиной остаточного давления, создаваемого под крышкой реактора.(данный импульс на чертеже не показан),По окончании процесса синтезаготовый продукт охлаждают до температуры, при которой происходитразгрузка реактора. Для этого черезрубашку 5 прокачивают хладагент(чаще всего техническую воду), Содержимое в реакторе при этом продолжают перемешивать. Готовый охлажденный продукт вы" гружают из реактора через сливной патрубок 35. Трехходовой кран 34 при этом устанавливают в такое положение, когда низ реактора сообщается с емкостью (не показана) для приема готового продукта.При опорожнении реактора привод мешалки выключают и только в конце разгрузки снова включают на непродолжительное время для сбрасывания с егоповерхности налипшего на него готового продукта.Для очистки стенок реактора от , налипаний используют продвижение подвижной вставки по высоте реактора сверху вниз. Эффективность очистки внутренних поверхностей реактора (особенно боковых стенок) резко возрастает при возвратно-поступательном перемещении подвижной вставки по высоте реактора и одновременном вводе какого-либо растворителя для готового продукта.Формула изобретения1. Реактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крышкои и днищем, в верхней части которого по периметру размещены поперечныеспиральные направляющие лопатки,снабженные дисками с отверстиями поцентру, перемешивающий орган с валом, о т л и ч а ю щ и и с я тем,что, с целью интенсификации процессаперемешивания, реактор снабжен установленной над перемешивающим органом 10 , кольцевой вставкойс внутреннейпифленой поверхностью, кольцевой переФород.4кой в центре верхнегодиска, размещенного с возможностью перемещениявдольоси реактора, при этомперемешивающий, 15 орган мешалки выполнен в виде сплош. ного усеченного конуса со сквознымицилиндрическими каналами.2, Реактор по п.1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что верхний диск 20снабжен дополнительным патрубком дляотвода реагентов.1581372 оставитель Л.Лазаренехред Л.Олийнык Корректор акт овт Тираж 404 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагар Заказ 2049ВНИИПИ Госуда енного комите 13035, Москва Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС